以生物柴油为分散相的水包油钻井液及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种水包油钻井液及其制备方法与应用，尤其涉及一种以生物柴油为 分散相的水包油钻井液及其制备方法与应用，属于石油天然气钻井液技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着国内外石油天然气勘探业务的迅速发展，钻井作业的地层条件日益复杂。在 低压低渗透油气藏中钻进时，由于地层压力低或缝洞发育，易发生钻井液漏失或储层伤害 等问题。另外在一些新发现的区块钻探井时，为了及时准确地发现新的油气藏，更有效地开 发油气资源，大多是实施欠平衡钻井作业，以最大限度地保护储层。
[0003] 水包油钻井液是一种低密度钻井流体，既保持了水基钻井液的优点，又具备油基 钻井液的特点，广泛应用于低压地层井、欠平衡井、水平井、大位移井钻井作业。
[0004]CN102140334A公开了一种适合不同配浆水和油的水包油钻井液，该水包油钻井液 包括海水或淡水、油（白油、气质油或柴油）、主乳化剂、辅乳化剂、降滤失剂、增粘剂和加重 材料，其密度可低至0. 87g/cm3,能有效防止低压衰竭油气层的地层漏失问题并可提高机械 钻速，有利于解放油气层，提高油气井产能。但该水包油钻井液体系中的增粘剂采用了抗温 性能较差的黄原胶，尽管该文献中未提供关于钻井液抗温性能的描述，但一般含有黄原胶 的体系抗温上限不超过120°C，在高温下可能失去合适的粘度和切力。
[0005]CN104140794A公开了一种抗高温水包油钻井液。该水包油钻井液由水、油（柴油 或白油）、钠基膨润土、氢氧化钠、抗温抗盐降滤失剂、羧甲基纤维素钠盐、磺化酚醛树脂、磺 化褐煤、高温稳定剂、抗高温乳化剂、氯化钾和沥青配制而成，其抗温上限达180°C，密度最 低可达0. 88g/cm3,能有效防止低压衰竭油气层的地层漏失，有利于提高油气井产能。
[0006]CN104194747A公开了一种耐温200°C的水包油钻井液。该水包油钻井液由水、柴 油、主乳化剂、辅乳化剂、稳定剂及页岩抑制剂组成，其密度最低可达0. 9g/cm3,且在200°C 环境条件下仍能保持其各项性能良好，保证了钻井施工的顺利进行。但该水包油钻井液体 系的水油质量比被固定为4:6,这意味着其密度相对固定，不能通过改变水油比的方式来灵 活地调整密度，导致其应用有一定局限性。
[0007]CN104610944A公开了一种以植物油为内相的水包油钻井液及其制备方法。其中所 述水包油钻井液包括水、植物油、主乳化剂、辅乳化剂、增粘剂、氢氧化钠、提粘切剂以及两 种降滤失剂，该水包油钻井液体系性能稳定，抗钻肩及粘土污染能力强，安全环保，可实现 直接排放，其抗高温上限可达170°C，密度范围为0. 89~0. 99g/cm3。
[0008]CN1362463A公开了一种抗高温水包油钻井液，其目的在于解决钻井过程中钻井液 抗高温性能较差且密度高的问题。该水包油钻井液包括水、柴油、膨润土、抗高温乳化剂、阳 离子型稳定剂和纤维素类降失水剂，其抗高温上限可达160°C，密度最低可达0. 9g/cm3,能 够保证钻井作业过程中较低的井底压差，从而满足在压力系数为1. 0左右的地层中实施欠 平衡钻井作业的要求，且该水包油钻井液失水量较低。
[0009] 尽管上述现有技术提供了多种水包油型钻井液，然而上述水包油钻井液体系中， 大多采用柴油、矿物油（白油）或气制油等作为分散相，这会带来诸多问题，例如环保问题、 作业问题及成本问题等。
[0010] 柴油中含有的硫单质、硫化物和芳香性物质有毒；柴油、白油和气制油都不易生物 降解。这些导致由这几种油配制的水包油钻井液在实际使用时不能直接排放，必须回收或 经处理后排放，在一定程度上使钻井作业复杂化，增加了作业成本。另外，现有技术有部分 水包油钻井液使用毒性较高的沥青类物质，例如CN104140794A，或者使用了含有苯环的乳 化剂，例如CN104610944A，这些钻井液的排放会破坏生态环境。此外，柴油的荧光性还会影 响录井资料的解释。
[0011] 现有技术中提供的水包油型钻井液，仅当以植物油为分散相时能部分满足对环保 性能的要求，但在钻井液中使用植物油有以下缺点：
[0012] ①植物油粘度高：这会在一定程度上影响水包油钻井液的流变性，使其当量循环 密度偏高，在钻井作业过程中容易压漏地层，对钻井液栗等流体输送机械的负荷也偏大；
[0013] ②植物油成本较高：目前三到四级植物油的成本在6000元左右；
[0014] ③影响其他行业：当前，水包油钻井液所用的植物油中有很大一部分是由可食用 作物或粮食制备的，如椰子油、菜籽油和大豆油等，将这些可食用油用于工业中会给农副产 品的供应带来一些压力，这是国家政策所不提倡的。
[0015] 因此，以植物油为内相的水包油钻井液体系有一定局限性，难以完全满足工业需 求。
[0016] 生物柴油的主要成分是脂肪酸的单烷基酯，当前人们主要用它作为燃料。近年来， 世界各国的生物柴油生产技术水平不断提高，产量快速增长，我国也在大力扶持生物柴油 技术。
[0017] 生物柴油具有安全环保、粘度低、成本低、来源丰富等诸多优势并且更加适合工业 应用，经检索，本领域技术人员对于如何在将生物柴油应用于钻井液体系有过相关研究：
[0018]CN102504772A公开了一种生物柴油钻井液，所述钻井液包括生物柴油、有机土、有 机褐煤和沥青，该体系是全油基钻井液体系；CN103305196A和CN103320104A分别公开了油 包水型生物柴油基钻井液。这些方案均是以生物柴油作为连续相，形成的是油包水钻井液 体系。
[0019] 经查，未发现以生物柴油为分散相的水包油钻井液的技术报道。
【发明内容】
[0020] 本发明的目的之一在于提供一种以生物柴油为分散相的水包油钻井液。
[0021 ] 本发明的另一目的在于提供所述水包油钻井液的制备方法。
[0022] 本发明的另一目的在于提供所述水包油钻井液的应用。
[0023] -方面，本发明提供了一种以生物柴油为分散相的水包油钻井液，该水包油钻井 液包括以下组分：
[0024] 水 40~70体积份；
[0025] 生物柴油 30~60体积份；
[0026] 以所述水和生物柴油的总体积为100%计，所述水包油钻井液还包括：
[0027] 质量体积比为1%~6%的膨润土；
[0028] 质量体积比为0· 05 %~0· 3 %的碳酸钠；
[0029] 质量体积比为0· 02 %~0· 05 %的氢氧化钠；
[0030] 质量体积比为2%~5%的主乳化剂；
[0031] 质量体积比为0. 2%~1%的辅乳化剂；
[0032] 质量体积比为0. 5%~5%的页岩抑制剂；
[0033] 质量体积比为0. 5%~5%的降滤失剂；
[0034] 其中，所述质量体积比的单位为g/mL;所述水为淡水或海水；
[0035] 所述的主乳化剂为聚氧乙烯失水山梨糖醇脂肪酸酯和/或脂肪醇聚氧乙烯醚；
[0036] 所述的辅乳化剂为失水山梨糖醇脂肪酸酯。
[0037] 根据本发明的具体实施方案，本发明的以生物柴油为分散相的水包油钻井液中， 所述生物柴油为以废弃油脂为原料制得的生物柴油，主要包括脂肪酸甲酯和/或脂肪酸乙 酯，其酸值、甘油类物质含量、氧化安定性等指标均符合我国GB/T20828-2007要求。所述 生物柴油具体可按现有技术自行制备或者直接商购获得。本发明所用生物柴油的基本性能 与柴油和低毒矿物油的对比可参见表1。
[0038] 表1本发明所用生物柴油（典型样例）与5号白油、0号柴油的基本性能指标
[0039]
[0040]由表1可以看出，本发明所用生物柴油的一些基本性能与柴油或植物油相比具有 显著差异，这类生物柴油并不能简单地直接替代现有水包油钻井液体系中的柴油或植物油 用于钻井作业。本发明中对以生物柴油为分散相的水包油钻井液体系配方进行了摸索研 究。
[0041] 根据本发明的具体实施方案，本发明的以生物柴油为分散相的水包油钻井液中， 所用乳化体系为：2%~5%的主乳化剂（聚氧乙烯失水山梨糖醇脂肪酸酯和/或脂肪醇聚 氧乙烯醚）+0. 2 %~1 %的辅乳化剂（失水山梨糖醇脂肪酸酯）。更具体地，所述聚氧乙烯失 水山梨糖醇脂肪酸酯为聚氧乙烯失水山梨糖醇单月桂酸酯（市售商品代号为Tween-20); 所述脂肪醇聚氧乙烯醚为月桂醇聚醚_4(市售商品代号为MOA-9)和/或α-异十三烷 基-ω-羟基-聚（氧-1，2-亚乙基）（异构十三醇聚氧乙烯醚，市售商品代号为Ε-1302); 所述失水山梨糖醇脂肪酸酯为失水山梨糖醇单油酸酯（