本发明涉及一种钻井
技术领域：
，特别是涉及一种抗高温环保水基钻井液及其制备方法。
背景技术：
：随着石油钻探向深井、超深井发展，钻遇井底温度越来越高，地层情况越来越复杂。在钻遇高温、高压和高矿化度等深层及复杂地层条件时，钻井液容易发生高温降解、高温交联、高温去水化、遇盐发生分子链卷曲和沉淀失效等问题，进而造成钻井液高温增稠、胶凝、减稠、固化以及泥饼增厚、滤失量上升等恶劣情况。在高温作用下，钻井液中的粘土颗粒热运动更加剧烈，高温分散作用会引起钻井液高温增稠，造成钻井液的表观粘度、静切力和动切力均增大。当粘土含量大到一定数值，钻井液在高温作用后会丧失流动性而形成凝胶，即高温胶凝，继而丧失其热稳定性，性能受到破坏。在高温作用下，粘土颗粒还会发生不同程度的聚结现象。在矿化度高的钻井液中，高温会加剧粘土颗粒聚结，钻井液的粘度和切力也随之降低。同时，高温聚结也会降低泥饼质量，导致钻井液的高温高压滤失量增加。同时，现有技术的大部分钻井液的环保指标超标，对环境危害极大。上述问题都与钻井液技术直接相关，有必要研发一种钻井液以解决上述的技术问题。技术实现要素：本发明的主要目的在于提供一种抗高温环保水基钻井液及其制备方法，所述的抗高温环保水基钻井液在抗高温增粘降滤失剂、多功能降滤失剂、高温稳定剂和高效降粘剂等几种原料的协同作用下，能减缓高温下黏土颗粒的分散和聚结现象，能解决高温条件下钻井液降解、交联、滤失量大、抗盐能力差和环保等多个问题，使其在180℃高温下仍具有良好的流变性、润滑性、抗污染能力和油气层保护作用，且重金属含量较低、无毒环保，适用于深井、超深井使用，从而更加实用。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种抗高温环保水基钻井液，以重量份数计，其包括：水：385-400份；氢氧化钠：2.0-2.5份；评价土：10.0-15.0份；抗高温增粘降滤失剂：8.0-12份；多功能降滤失剂：14-20份；高温稳定剂：2.0-4.0份；高效降粘剂：10.0-12.5份；防塌润滑剂：5.0-10.0份；氯化钠：36-45份；封堵剂：5.0-10.0份；重晶石：390-425份。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的抗高温环保水基钻井液，其中所述的抗高温增粘降滤失剂为n-n-二甲基丙烯酰胺、丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的三元共聚物。优选的，前述的抗高温环保水基钻井液，其中所述的多功能降滤失剂为乙烯基磺酸钠、甲基丙烯酸、丙烯酸钠和甲基丙烯酰胺的四元共聚物。优选的，前述的抗高温环保水基钻井液，其中所述的高温稳定剂选自改性有机硅和/或抗高温保护剂gbh。优选的，前述的抗高温环保水基钻井液，其中所述的高效降粘剂选自改性木质素磺酸盐和/或改性腐殖酸。优选的，前述的抗高温环保水基钻井液，其中所述的防塌润滑剂选自磺化沥青soltex、植物沥青和白沥青中的至少一种。优选的，前述的抗高温环保水基钻井液，其中所述的抗高温环保水基钻井液中氯离子浓度为110-130g/l。优选的，前述的抗高温环保水基钻井液，其中所述的封堵剂选自500-800目碳酸钙粉末和/或1000-2000目碳酸钙粉末。优选的，前述的抗高温环保水基钻井液，其中所述的重晶石的密度大于4.3g/cm3。本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种前述的抗高温环保水基钻井液的制备方法，其包括以下步骤：1)将氢氧化钠、评价土和水混合，搅拌均匀，得到基浆；2)在所述的基浆中依次加入抗高温增粘降滤失剂、多功能降滤失剂、高温稳定剂、高效降粘剂、防塌润滑剂、氯化钠和封堵剂并搅拌均匀，得到胶液；3)在所述的胶液中加入重晶石，搅拌至密度为1.80-1.90g/cm3，得到抗高温环保水基钻井液；所述的搅拌速率为10000-12000r/min。借由上述技术方案，本发明提出的抗高温环保水基钻井液及其制备方法至少具有下列优点：1)本发明提出的抗高温环保水基钻井液，含有通过反相微乳液聚合方法自行合成的抗高温增粘降滤失剂，确保该钻井液在180℃高温、氯离子浓度为110-130g/l的高矿化度下，钻井液减稠现象不明显，粘度无明显降低，无沉淀现象，具有良好的流变性；2)本发明提出的抗高温环保水基钻井液，含有自行合成的抗高温增粘降滤失剂和自行合成的多功能降滤失剂，二者的协同作用能够确保在高温高压的条件下钻井液的滤失量极低，其滤失量均能控制在10ml以内，形成低滲透率、柔韧、薄而致密的泥饼，可减少有害液体侵入地层，防止泥页岩水化膨胀，保证井径规则和稳定井壁；3)本发明提出的抗高温环保水基钻井液具有良好的抗污染能力，在钻井液中加入不同量的水泥石后，该钻井液的流变性和滤失量虽然略微增大，但其滤失量依然很低，足以满足现场作业的要求，表明该体系表现出较强的抗污染能力；4)本发明提出的抗高温环保水基钻井液为白色或者灰色流体；钻井液的重金属全部在指标范围内，无毒、环保；生物毒性ec50大于2.0×104mg/l，属于一般废弃物，可直接排放；5)本发明提出的抗高温环保水基钻井液在180℃高温下静置长达10天，钻井液的状态依然为均匀分布，无分层、无清液析出和无硬沉淀，说明该钻井液能够作为高温完井液使用；6)本发明提出的抗高温环保水基钻井液配制和维护简单，且由于所述的钻井液重金属不超标，生物毒性鉴定属于一般废弃物，所以后期不需要特别处理即可排放，也即废弃钻井液的处理工艺简单；7)本发明提出的抗高温环保水基钻井液具有保护油气层作用，测定所述的钻井液岩屑滚动回收率和岩心渗透率恢复值都超过了80％，说明该钻井液能有效地抑制泥页岩水化分散和保护油气层，尤其适用于深井、超深井的目的层钻井。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。具体实施方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的抗高温环保水基钻井液及其制备方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。新疆塔里木油田克深区块井的开发，所述的区块钻遇目的层的井深达到7000～8000米，井底温度高达180℃，地层密度为1.80～1.90g/cm3。针对上述的地层条件，本发明的一个实施例提出的抗高温环保水基钻井液，以重量份数计，其包括：水：385-400份；氢氧化钠：2.0-2.5份；评价土：10.0-15.0份；抗高温增粘降滤失剂：8.0-12份；多功能降滤失剂：14-20份；高温稳定剂：2.0-4.0份；高效降粘剂：10.0-12.5份；防塌润滑剂：5.0-10.0份；氯化钠：36-45份；封堵剂：5.0-10.0份；重晶石：390-425份。所述的评价土是一种高岭土，和膨润土的功能相似，其满足行标sy/t5444。由于膨润土易高温分散，在高温下容易引起钻井液增稠；而评价土的造浆能力不如膨润土，其分散能力较弱，本发明选用评价土，旨在减少钻井液在高温条件下的增稠的问题。优选的，前述的抗高温环保水基钻井液，其中所述的抗高温增粘降滤失剂为n-n-二甲基丙烯酰胺、丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的三元共聚物。所述的抗高温增粘降滤失剂的制备采用反相微乳液聚合的方法是在反相乳液聚合的基础上发展起来的，它是将溶于水的单体借助油包水型乳化剂分散在油的连续介质中，引发聚合后得到油包水型的微乳液。该方法能使水溶性单体有效地聚合成粉状或乳状产物，且反应条件温和，反应速度更快，产物分子量高、胶粒细小、均一，水溶性极好。所述的抗高温增粘降滤失剂的制备方法包括以下步骤：1)在装有温度计、搅拌器、回流冷凝管和生物合成基油的四口烧瓶中，加入油酸和tween80,使两种混合物的hlb(表面活性剂的亲水亲油平衡值)值介于7.2～7.6之间；通氮气保护，匀速搅拌使其充分乳化，作为油相溶液。2)在烧杯中先将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶解于蒸馏水中，并用naoh调节ph值至7～8；然后加入n-n-二甲基丙烯酰胺和丙烯酸各，充分搅拌使其完全溶解，得到水相溶液。3)将上述水相溶液缓慢加入油相溶液中，于室温下用高剪切混合乳化仪高速(11000r/min)搅拌乳化30min，得到稳定的反相微乳液。4)将得到的反相微乳液置于恒温油浴中，通氮气保护，将温度缓慢升高到45℃，加入过硫酸铵-亚硫酸氢钠引发剂，引发聚合反应，3.5h后，再次加入引发剂反应至完全，停止反应，得到微乳液聚合产物。5)将得到的微乳液聚合产物用乙醇破乳沉淀，并用乙醇多次洗涤除去杂质，得到白色固体聚合产物，在75℃下真空干燥24h后，研成粉末，得到n-n-二甲基丙烯酰胺、丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的三元共聚物。所述的抗高温增粘降滤失剂可确保在高温高盐条件下，钻井液减稠不明显，无沉淀发生，同时可辅助降低钻井液的高温高压滤失量。优选的，前述的抗高温环保水基钻井液，其中所述的多功能降滤失剂为乙烯基磺酸钠、甲基丙烯酸、丙烯酸钠和甲基丙烯酰胺的四元共聚物。所述的多功能降滤失剂的制备方法包括以下步骤：1)将乙烯基磺酸钠加入含有水的反应器中，搅拌乙烯基磺酸钠，使其充分溶解于水；2)向乙烯基磺酸钠水溶液中加入丙烯酸，再加入氢氧化钠溶液调节ph值至7～8，得到第一混合溶液；3)加热反应器，使反应器中第一混合溶液的温度保持在60℃，然后向第一混合溶液中加入甲基丙烯酰胺和乙烯酸钠，搅拌均匀得到第二混合溶液；4)向第二混合溶液中加入过硫酸钾引发剂，在60℃的条件下反应60min，得到反应产物；将反应产物105℃真空干燥6小时粉碎得到白色粉末状的产物，得到乙烯基磺酸钠、甲基丙烯酸、丙烯酸钠和甲基丙烯酰胺的四元共聚物，即为多功能降滤失剂。所述的多功能降滤失剂在控制滤失的同时，可调节钻井液的粘度。优选的，前述的抗高温环保水基钻井液，其中所述的高温稳定剂选自改性有机硅和/或抗高温保护剂gbh。所述的高温稳定剂为市售，其中所述的抗高温保护剂gbh产自安徽陆海石油助剂科技有限公司。优选的，前述的抗高温环保水基钻井液，其中所述的高效降粘剂选自改性木质素磺酸盐和/或改性腐殖酸。所述的高效降粘剂为市售。优选的，前述的抗高温环保水基钻井液，其中所述的高效降粘剂为不含铬。优选的，前述的抗高温环保水基钻井液，其中所述的防塌润滑剂选自磺化沥青soltex、植物沥青和白沥青中的至少一种。优选的，前述的抗高温环保水基钻井液，其中所述的抗高温环保水基钻井液中氯离子浓度为110-130g/l。所述的抗高温环保水基钻井液为欠饱和盐水的钻井液。优选的，前述的抗高温环保水基钻井液，其中所述的封堵剂选自500-800目碳酸钙粉末和/或1000-2000目碳酸钙粉末。优选的，前述的抗高温环保水基钻井液，其中所述的重晶石的密度大于4.3g/cm3。引入密度比较高的重晶石，旨在在配制相同密度的钻井液时所需添加的重晶石的量比较小，因此而造成的钻井液粘度增加的负面效应也较小，有利于钻井液的良好的综合性能。本发明的另一实施例提出的一种前述的抗高温环保水基钻井液的制备方法，其包括以下步骤：1)将氢氧化钠、评价土和水混合，搅拌均匀，得到基浆；2)在所述的基浆中依次加入抗高温增粘降滤失剂、多功能降滤失剂、高温稳定剂、高效降粘剂、防塌润滑剂、氯化钠和封堵剂并搅拌均匀，得到胶液；3)在所述的胶液中加入重晶石，搅拌至密度为1.80-1.90g/cm3，得到抗高温环保水基钻井液；所述的搅拌速率为10000-12000r/min。实施例1本实施例制备一种抗高温环保水基钻井液，所述的钻井液中采用的抗高温增粘降滤失剂和多功能降滤失剂均为自行合成的聚合物，其中，所述的抗高温增粘降滤失剂的制备方法如下：1)在装有温度计、搅拌器、回流冷凝管和100ml生物合成基油的四口烧瓶中，加入4.3g油酸和3.7gtween80,使两种混合物的hlb(表面活性剂的亲水亲油平衡值)值介于7.2～7.6之间；通氮气保护，匀速搅拌使其充分乳化，作为油相溶液。2)在烧杯中先将13.5g2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶解于75ml蒸馏水中，并用naoh调节ph值至7～8；然后加入n-n-二甲基丙烯酰胺和丙烯酸各4.5g，充分搅拌使其完全溶解，得到水相溶液。3)将上述水相溶液缓慢加入油相溶液中，于室温下用高剪切混合乳化仪高速(11000r/min)搅拌乳化30min，得到稳定的反相微乳液。4)将得到的反相微乳液置于恒温油浴中，通氮气保护，将温度缓慢升高到45℃，加入1.75g过硫酸铵-亚硫酸氢钠引发剂，引发聚合反应，3.5h后，再次加入0.25g引发剂反应至完全，停止反应，得到微乳液聚合产物。5)将得到的微乳液聚合产物用乙醇破乳沉淀，并用乙醇多次洗涤除去杂质，得到白色固体聚合产物，在75℃下真空干燥24h后，研成粉末，得到n-n-二甲基丙烯酰胺、丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的三元共聚物，即为抗高温增粘降滤失剂。所述的n-n-二甲基丙烯酰胺、丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的三元共聚物的粒径范围为10-100nm，平均粒径为65.5nm，是一种达到纳米级别的产物。该产物为线性共聚物，其分子量为6～10×105。所述的多功能降滤失剂的制备方法如下：1)将10g乙烯基磺酸钠加入含有300ml水的反应器中，搅拌乙烯基磺酸钠，使其充分溶解于水；2)向乙烯基磺酸钠水溶液中加入15g丙烯酸，再加入氢氧化钠溶液调节ph值至7～8，得到第一混合溶液；3)加热反应器，使反应器中第一混合溶液的温度保持在60℃，然后向第一混合溶液中加入5g甲基丙烯酰胺和4g乙烯酸钠，搅拌均匀得到第二混合溶液；4)向第二混合溶液中加入0.5g过硫酸钾引发剂，在60℃的条件下反应60min，得到反应产物；将反应产物105℃真空干燥6小时粉碎得到白色粉末状的产物，得到乙烯基磺酸钠、甲基丙烯酸、丙烯酸钠和甲基丙烯酰胺的四元共聚物。所述的乙烯基磺酸钠、甲基丙烯酸、丙烯酸钠和甲基丙烯酰胺的四元共聚物为线性不规则共聚物，分子量为1～3×105，粒径100目～200目。所述的抗高温环保水基钻井液的原料配比以及制备步骤如下：1)取400ml水，在11000r/min高速搅拌的情况下，加入2.5g氢氧化钠，溶解后加入10g评价土，搅拌10min，得到基浆；2)在基浆中分别加入8.0g抗高温增粘降滤失剂、14.0g多功能降滤失剂、2.0g改性有机硅、10.0g改性木质素磺酸盐、5.0g植物沥青、36.0g氯化钠、5.0g碳酸钙(500-800目和1000-2000目各2.5g)；每种原料高速搅拌5min，若原料溶解或者分散不充分时，可适当延长搅拌时间，待溶解或者分散均匀后再加入下一种原料，直至全部加完，得到胶液；3)在胶液中加入390g重晶石，搅拌至密度为1.80g/cm3，得到抗高温环保水基钻井液，钻井液总体积为500ml。实施例2本实施例制备一种抗高温环保水基钻井液，所述的钻井液中采用的抗高温增粘降滤失剂和多功能降滤失剂同实施例1。所述的抗高温环保水基钻井液的原料配比以及制备步骤如下：1)取390ml水，在12000r/min高速搅拌的情况下，加入2.2g氢氧化钠，溶解后加入15g评价土，搅拌10min，得到基浆；2)在基浆中分别加入10g抗高温增粘降滤失剂、20.0g多功能降滤失剂、3.0g改性有机硅、10.0g改性腐殖酸、10.0g白沥青、45.0g氯化钠、10.0g碳酸钙(500-800目和1000-2000目各5.0g)；每种原料高速搅拌5min，若原料溶解或者分散不充分时，可适当延长搅拌时间，待溶解或者分散均匀后再加入下一种原料，直至全部加完，得到胶液；3)在胶液中加入400g重晶石，搅拌至密度为1.85g/cm3，得到抗高温环保水基钻井液，钻井液总体积为500ml。实施例3本实施例制备一种抗高温环保水基钻井液，所述的钻井液中采用的抗高温增粘降滤失剂和多功能降滤失剂同实施例1。所述的抗高温环保水基钻井液的原料配比以及制备步骤如下：1)取385ml水，在10000r/min高速搅拌的情况下，加入2.0g氢氧化钠，溶解后加入12g评价土，搅拌10min，得到基浆；2)在基浆中分别加入12.0g抗高温增粘降滤失剂、18.0g多功能降滤失剂、4.0g抗高温保护剂gbh、12.5g改性木质素磺酸盐、5.0g磺化沥青soltex、40.0g氯化钠、8.0g碳酸钙(500-800目和1000-2000目各4g)；每种原料高速搅拌5min，若原料溶解或者分散不充分时，可适当延长搅拌时间，待溶解或者分散均匀后再加入下一种原料，直至全部加完，得到胶液；3)在胶液中加入425g重晶石，搅拌至密度为1.90g/cm3，得到抗高温环保水基钻井液,钻井液总体积为500ml。上述实施例1-3制备的抗高温环保水基钻井液，在180℃下热滚16h后测试钻井液的各项性能。钻井液的性能测定方法按照以下石油行业标准进行执行：石油天然气工业钻井液现场测试第一部分水基钻井液，gb/t16783.1-2014，其中，流变性测试温度为50℃±2℃，hthp测试温度为180℃±2℃。钻井液的流变性、滤失量和润滑性等基础性能实验数据见表1，其中ρ为密度，av为表观粘度，pv为塑性粘度，yp为动切力，g10〞/10ˊ为静切力，api为常温中压失水，hthp为高温高压失水，kf为粘滞系数。表1实施例1-3抗高温环保水基钻井液热滚老化前后性能的测试结果由表1的测试数据可以看出，实施例1-3制备的抗高温环保水基钻井液，经180℃高温老化后，在cl-含量112-128g/l的高矿化度下，钻井液的减稠现象不明显，无沉淀现象，流变性良好；滤失量低，有利于保持井径规则和井壁稳定；粘滞系数较低，润滑性良好。钻井液的抗污染性能的实验数据见表2，其测试方法如下：在实施例1-3的抗高温环保水基钻井液中加入一定量水泥石(采用塔里木油田某井中通过100目筛后的水泥石)，通过评价该体系的流变性和滤失量的变化来评价所述的钻井液的抗污染性能。其中，流变性测试温度为50℃±2℃，hthp测试温度为180℃±2℃。表2实施例1-3抗高温环保水基钻井液抗污染性能的测试结果由表2的测试数据可以看出，在实施例1-3的抗高温环保水基钻井液中加入不同量的水泥石后，钻井液的流变性和滤失量略微增大，但其性能仍满足现场作业的要求，表明该钻井液体系表现出较强的抗污染能力。钻井液的油气层保护性能的实验数据见表3，其测试方法如下：对实施例1-3的抗高温环保水基钻井液进行岩屑滚动回收和岩心渗透率恢复值实验。在实施例1-3抗高温环保水基钻井液及清水中加入10g岩屑(采用塔里木油田某井7894m处岩屑)，180℃滚动老化后评价岩屑的回收率。用人造岩心对实施例1-3抗高温环保水基钻井液进行岩心渗漏率恢复实验。表3实施例1-3抗高温环保水基钻井液的油气层保护性能的测试结果岩屑滚动回收率，％岩心渗透率恢复值，％清水28.52/实施例181.5286.5实施例282.2785.4实施例381.4984.8从表3的测试数据可知，实施例1-3制备的抗高温环保水基钻井液的岩屑滚动回收率和岩心渗透率恢复值都超过了80％，说明其能有效地抑制泥页岩水化分散和保护油气层。对实施例1-3制备的抗高温环保水基钻井液进行180℃高温静置实验，将老化后的钻井液分别补充1％抗高温增粘降滤失剂，放置在180℃的烘箱中，静置不同天数，然后观察钻井液的现象，实验结果见表4。表4实施例1-3抗高温环保水基钻井液静置的测试结果从表4的测试结果可知，实施例1-3的抗高温环保水基钻井液在180℃高温条件下，静置10天无分层、无清液析出、无硬沉淀，可满足高温试油作业要求。对实施例1-3制备的抗高温环保水基钻井液进行重金属评价，将老化后的钻井液进行重金属含量检测，实验结果见表5所示。表5实施例1-3抗高温环保水基钻井液重金属含量的测试结果从表5的测试结果可知，实施例1-3制备的抗高温环保水基钻井液的重金属含量的指标全部复合相关的标准，且远远低于标准要求。根据水溶性油田化学剂环境保护技术要求(sy/t6788-2010)中钻井液的生物毒性指标，对实施例1-3制备的抗高温环保水基钻井液进行生物毒性试验，结果如表6所示。表6实施例1-3抗高温环保水基钻井液的生物毒性的测试结果从表6的测试结果可知，实施例1-3制备的抗高温环保水基钻井液的ec50均大于20000mg/l，没有毒性，可直接排放，有利于环境保护。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。当前第1页12