一种无固相低摩阻泡沫钻井液及其制备方法与流程

本发明提供了一种无固相低摩阻泡沫钻井液及其制备方法和应用，涉及钻井液。

背景技术：

1、泡沫钻井液是一种以泡沫作为钻井流体的欠平衡钻井技术，适用于目前大量存在的低压、低渗油气藏、压力枯竭地层勘探开发。泡沫钻井液具有显著提高机械钻速、有效减缓或消除钻井液滤液向储层滤失、对地层污染小、携岩能力强等的特点，在钻井过程中，形成的泡沫半衰期越长，在井底循环次数越多，越有利于节约配制成本、减少井底事故发生。

2、现有泡沫钻井液技术cn201210310014.4、cn201410448547.8以及cn201610821642.7等报道了泡沫钻井液的配制及其使用，在公开的文献中，起泡剂均为磺酸盐、羧酸盐、硫酸盐、烷基溴化铵、甜菜碱等常规表面活性剂，常用泡沫钻井液是对上述现有起泡剂进行优选，并与其它处理剂复配而研制成的。目前泡沫钻井液存在着起泡剂加量大、成本高、泡沫稳定性差、半衰期短等缺陷，制约着推广应用。

3、采用泡沫钻井液钻进时钻速高，井筒内存在较多钻屑，增大了钻杆与井壁、钻杆与套管间的摩擦系数，存在钻具侵蚀严重、钻具疲劳等风险。在常规钻井中通常加入原油、润滑剂等提高钻井液润滑性，但对于泡沫钻井液而言，原油、常规润滑剂一般具有消泡作用，极大降低了泡沫的稳定性，因此有必要研制一种具有降低摩擦阻力的泡沫钻井液，以更好的满足现场对泡沫钻井液性能的要求。

4、专利cn201610821642.7公开了一种泡沫钻井液，包括第一发泡剂(烷基硫酸盐、烷基甜菜碱和羧酸盐)、第二发泡剂(烷基磺酸盐、烷基溴化铵)、无机纤维和水，第一发泡剂的质量百分比为2％～4％，第二发泡剂的质量百分比为1％～2％，且第一发泡剂用量为第二发泡剂用量两倍，无机纤维的质量百分比为1％～3％，余量为水。该泡沫钻井液第一起泡剂和第二起泡剂为常规的起泡材料，2种起泡剂累计达3％～6％，用量较高，成本高。

5、专利cn201210310014.4公开了一种泡沫钻井液，包括发泡剂为0.5％～2.0％、稳泡剂为0.2％～0.5％、泥页岩抑制剂为2％～10％、泥页岩稳定剂为0.2％～1.0％，余量为水；且泡沫钻井液的ph值为8～10。该泡沫钻井液起泡剂为十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基二甲基甜菜碱或十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种，常温下半衰期最高达26.9min，经130℃热滚16h后，半衰期最高仅为8.3min，高温老化后，半衰期衰减快，且非常低。

6、专利cn201310078767.1公开了一种高含油微泡沫钻井液，各组分含量按重量份为：水100；膨润土2.5-3；碳酸钠0.1-0.15；ph值调节剂0.1-0.15；抑制防塌剂0.2-0.25；降滤失剂0.4-0.5；防塌剂1.5-2；抗高温降滤失剂0.8-1.0；流型调节剂0.1-0.15；油47-113；油水兼容型发泡剂drfoam-ⅱ3-4，该微泡沫钻井液通过加入为轻质原油，以提高钻井液润滑性，但发泡体积较小。

7、综上，现有技术缺少一种既能够提高钻井液润滑性又能具有良好发泡性的泡沫钻井液。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种无固相低摩阻泡沫钻井液，引入了二烷基二硫代磷酸锌作为起泡剂，具有泡沫稳定性强、抗高温能力强、润滑性好的特点。本发明还提供一种无固相低摩阻泡沫钻井液的制备方法。

2、本发明第一方面提供了一种无固相低摩阻泡沫钻井液，包括水、起泡剂、增黏剂、润滑剂、降滤失剂和稳泡剂；

3、所述起泡剂为二烷基二硫代磷酸锌，其分子式如式(1)所示：

4、

5、其中，r1和r2相同或不同，分别选自c1-c8的烷基中的至少一种。

6、根据本发明的一些实施方式，r1和r2分别选自甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基中的至少一种。

7、根据本发明的一些实施方式，所述起泡剂为丁基辛基二硫代磷酸锌、二辛基二硫代磷酸锌、丁基己基二硫代磷酸锌、异丙基异辛基二硫代磷酸锌、二仲戊烷基二硫代磷酸锌中的至少一种。

8、根据本发明的一些实施方式，以水的重量计，包括以下组分：

9、0.2wt％-0.5wt％起泡剂，0.5wt％-1.0wt％增黏剂，1.0wt％-3.0wt％润滑剂，0.2wt％-0.5wt％稳泡剂，1.5wt％-3.0wt％降滤失剂。

10、根据本发明的一些实施方式，所述起泡剂的含量可以为0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％以及它们之间的任意值。

11、根据本发明的一些实施方式，所述增黏剂的含量可以为0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1.0wt％以及它们之间的任意值。

12、根据本发明的一些实施方式，所述润滑剂的含量可以为1.0wt％、1.5wt％、2.0wt％、2.5wt％、3.0wt％以及它们之间的任意值。

13、根据本发明的一些实施方式，所述增黏剂为高黏羧甲基纤维素、生物聚合物、高黏聚阴离子纤维素、羟乙基纤维素中的至少一种。

14、根据本发明的一些实施方式，所述润滑剂为磷酸酯类润滑剂。

15、根据本发明的一些实施方式，所述磷酸酯类润滑剂为磷酸三甲酚酯、亚磷酸二丁酯中的至少一种。

16、根据本发明的一些实施方式，所述降滤失剂选自褐煤树脂、羧甲基淀粉、磺化酚醛树脂、磺酸盐共聚物中的至少一种。

17、根据本发明的一些实施方式，所述稳泡剂选自硅酸钾或硅酸钠中的至少一种。

18、根据本发明的一些实施方式，还包括ph调节剂。

19、根据本发明的一些实施方式，所述ph调节剂用以调节所述钻井液的ph值为8-10。

20、根据本发明的一些实施方式，所述ph调节剂为naoh或koh。

21、本发明第二方面提供了第一方面所述的钻井液的制备方法，包括将起泡剂、增黏剂、润滑剂、降滤失剂、稳泡剂、水和任选的ph调节剂混合，得到无固相低摩阻泡沫钻井液。

22、根据本发明的一些实施方式，所述混合的具体方法包括：向水中依次加入起泡剂、增黏剂、润滑剂、降滤失剂、稳泡剂和任选的ph调节剂。

23、根据本发明的一些实施方式，所述混合过程在搅拌状态下进行，搅拌速率优选为10000r/min-12000r/min。

24、根据本发明的一些实施方式，搅拌时间为1-5min，优选为1-3min。

25、根据本发明的一些实施方式，所述制备方法包括如下步骤：

26、(1)将水加入高搅杯中，开启搅拌器在10000r/min-12000r/min条件下进行搅拌；

27、(2)加入所述起泡剂，搅拌使其充分溶解；加入所述增黏剂，继续搅拌使其充分溶解；然后加入所述磷酸酯类润滑剂，继续搅拌使其充分溶解；再加入降滤失剂，继续搅拌使其充分溶解，最后加入所述稳泡剂，继续搅拌使其充分溶解；继续搅拌1-3min制备得所述无固相低摩阻泡沫钻井液。

28、与现有技术相比，本发明包括以下有益效果：

29、(1)本发明将二烷基二硫代磷酸锌(zddp)作为起泡剂，zddp遇水分解为硫磷酸盐，能够提高泡沫钻井液的起泡体积和泡沫稳定性。

30、(2)利用二烷基二硫代磷酸锌(zddp)中的zn、s、p可与钻具表面金属离子形成嵌合作用，并协同磷酸酯，在摩擦面上形成物理或化学吸附膜，提高钻井液的润滑性，减轻钻屑对钻具的侵蚀。同时zddp产品中的硫、磷是极压抗磨剂的主要活性组分，具有极强的极压抗磨能力，可极大提高磷酸酯的润滑性。

31、(3)本发明的无固相低摩阻泡沫钻井液将润滑油领域的添加剂应用到钻井液领域，丰富了起泡剂的产品种类。

32、(4)本发明的无固相低摩阻泡沫钻井液泡沫稳定性强，泡沫半衰期最长可达120min。

33、(5)本发明的无固相低摩阻泡沫钻井液抗温能力强，在120℃老化16h后，仍然具有较强的泡沫稳定性。

34、(6)本发明的无固相低摩阻泡沫钻井液zddp和润滑剂共同作用，钻井液润滑性好，极压润滑系数≤0.40，有利于减轻钻屑对钻具的侵蚀。