一种多重双效防塌环保高性能钻井液及其制备方法与流程

本发明涉及环保钻井液，具体涉及一种多重双效防塌环保高性能钻井液及其制备方法。

背景技术：

1、环保钻井液是目前石油行业进行源头控制，实现绿色生产的重要手段。现有的常用水基钻井液主要以磺化钻井液为主（即以磺化褐煤、磺化酚醛树脂、磺化褐煤树脂及磺化丹宁为主剂的钻井液），其在色度及生物毒性方面均超过国家标准要求。而川渝地区的天然气开发主要集中在人口密集区，周围农田密布，沟河纵横，对环保钻井液的需求越来越迫切。目前国内水基环保钻井液主要包括烷基糖苷钻井液体系、硅酸盐钻井液体系、甲酸盐钻井液体系、聚合醇钻井液体系、有机盐钻井液体系、有机胺类钻井液体系等，这些环保钻井液主在核心处理剂上都能够做到无毒环保，但现场应用时，均须配合其他处理剂才能完成钻井液的各项功能需求，如要强化钻井液的防塌能力，一般采用加入各种沥青类处理剂，但这类处理剂并不完全环保。现有的环保钻井液除硅酸盐类钻井液外，其它环保钻井液普遍存在成本较高的缺点，不利于大面积推广应用；而且主要集中在低固相钻井液，密度低，应用范围小，重点强调其环保特性，对体系的功能研究不足，大多没有对钻井液的防塌能力进行评估，而钻井液的一个重要功能就是保持井眼稳定，这就需要钻井液具有环保功能的同时，还必需具备超强的防塌能力，即具备高性能，在应用时，才能满足现场需要。

2、中国发明专利（申请公布号：cn111334262a）公开了一种多用途环保钻井液，其流变性好，中压滤失量以及高温高压滤失量控制的非常低，且流变性能良好，粘切适当，具有抗温达150℃，抗盐抗钙好的优点，但整个钻井液的组成中没有应对泥页岩水敏性垮塌的强效抑制剂，没有对泥页岩相关抑制防塌的评价，故应对泥页岩地层垮塌还存在不足，且配方组成中没有加重剂，只说明可通过配方调整可达到高密度，密度越高时，钻井液的流变性控制越困难，但配方中没有对钻井液流变性进行调整的相关组份。

3、中国发明专利（申请公布号：cn111040745a）公开了一种自然降解环保钻井液，其泥页岩抑制剂为甲酸钾配合硅酸钾，按照质量比为1:2组成的混合物，集成了有机盐及无机盐环保钻井液的特点，但对无机硅酸盐对钻井液流变性难调控的问题没有进行相应研究，且配方中没有加重剂，实例只有低密度情况，但在高密度情况下，无机的硅配盐有可能对钻井液的流变性产生较恶劣的影响。

4、中国发明专利（申请公布号：cn110373166a）公开了一种环保钻井液及其制备方法和应用，其泥页岩抑制剂为有机胺，有机胺主要的抑制泥页岩的渗透水化，有机胺类钻井液在使用时还应配合其它抑制剂使用，在钻遇大量泥页岩时其防塌能力还存在不足，且该钻井液密度控制范围为1.15-1.60g/cm3，而在川渝地区，钻进上部的泥页岩层段，钻井液的密度常超过2.0 g/cm3，该钻井液存在密度应用范围较窄的缺点；另外，其所述封堵剂选自天然沥青、磺化沥青、聚乙烯蜡和密胺树脂中的至少一种，这些材料中，沥青类并不完全环保，而且其色度也不符合环保要求，而密胺树脂有一定的毒性，聚乙烯蜡用于钻井液中，其封堵能力还有待研究。

5、中国发明专利（申请公布号：cn108373910a）公开了一种hl-ffqh环保钻井液体系及其制备方法，其主剂为烷基糖苷，抑制剂为包被剂，即以丙烯酰胺/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸/衣康酸三元共聚物，配合仿生氨基酸类聚合物，但没有评价整个钻井液的抑制防塌性能，且配方中没有加重剂，只适用于低密度情况。

6、中国发明专利（申请公布号：cn104531106a）公开了一种高效水合物抑制性环保钻井液，其组成为：膨润土4％～10％、季铵盐型双子表面活性剂0.1％～1％、无机盐5％～10％、羧甲基淀粉钠2％～4％、阳离子聚丙烯酰胺0.2％～1％、固体防塌润滑剂gfrh 1％～4％，余量为水，用于深水钻井，防止深水钻井中水合物的生成，且配方中没有加重剂，只适用于低密度情况。

7、中国发明专利（申请公布号：cn104497996a）公开了一种硝酸钙环保钻井液及制备方法，其组成中含有0.03～0.1％的防腐剂，其为甲醛或戊二醛，而这两种物质均毒性较大，不利于环保，其应用也集中在低密度范围内。

8、由此可见，为了强化环保钻井液防塌功能，降低其应用成本，有必要开发出一种功能更强、应用范围更广的环保钻井液以满足现场需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：提供一种环保、防塌能力强、抑制性能好、抗温性好的多重双效防塌环保高性能钻井液及其制备方法。

2、为实现上述发明目的，采用下述技术方案：

3、一种多重双效防塌环保高性能钻井液，按质量份计，包括以下组份：清水100份、膨润土2～5份、纯碱0.2～0.4份、烧碱0.5～1份、大分子包被剂0.1～0.2份、聚胺抑制剂0.5～1份、纳米疏水抑制剂0.5～1份、增粘型降滤失剂0.5～1份、降粘型降滤失剂3～6份、改性有机硅酸盐3～5份、kcl1～3份、环保耐温润滑剂2～5份、油层保护暂堵剂2～3份及重晶石；其中，重晶石的用量满足加重晶石调节后多重双效防塌环保高性能钻井液的密度达到1.4～2.3g/cm3的要求。

4、所述膨润土为新疆中非夏子街膨润土有限责任公司生产的钻井液用钠膨润土，所述大分子包被剂为爱森（中国）絮凝剂有限公司生产的聚丙烯酰胺钾盐kpam，所述聚胺抑制剂为中石化南京化工研究院有限公司生产的聚胺抑制剂nh-1。

5、所述增粘型降滤失剂为山东德顺源公司生产的磺酸盐共聚物降滤失剂dsp-2，所述降粘型降滤失剂为中石化西南石油工程有限公司钻井工程研究院生产的钻井液用降滤失剂酰胺共聚物xnpfl-2。

6、所述润滑剂为中石化石油工程技术研究院有限公司生产的植物油类环保耐温润滑剂smlub-et。

7、所述油层保护暂堵剂为粒径为800～2000目的超细碳酸钙，其配比为：800目的超细碳酸钙的质量、1200目的超细碳酸钙的质量、2000目的超细碳酸钙的质量之比为2：3：5。

8、所述纳米疏水抑制剂的制备方法是：使用笼形聚倍半硅氧烷硅烷单体以及含氟丙烯酸酯类单体，采用可逆加成断裂链转移法制备含氟硅纳米疏水抑制剂，包括以下步骤：

9、s1，聚笼形聚倍半硅氧烷的制备：在100ml三口烧瓶中加入50ml的甲苯，在搅拌条件下加入5g的甲基丙烯酰氧丁基 poss，搅拌速度为250r/min；然后加入0.1725g 的2-氰基-2-丙基十二烷基三硫代碳酸酯作为raft剂，混合均匀后，加入20.5mg的偶氮二异丁腈，通氮气30min使反应体系无氧，升温至70 ℃继续恒温搅拌8h；反应完毕后，产品在乙酸乙酯/甲醇混合物中沉淀，沉淀物在45℃真空烘箱中干燥过夜；

10、s2，嵌段共聚物的制备：在100ml三口烧瓶中加入5.4g步骤s1中得到的聚笼形聚倍半硅氧烷，然后加入54ml的甲苯和15g 的2 ,2 ,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯，搅拌得到均匀混合物，搅拌速度为250r/min；加入30mg的偶氮二异丁腈作为引发剂，通氮气30分钟制造无氧环境，在70℃反应8h；最终产品在正己烷中沉淀，并将沉淀所得产物在45℃真空烘箱中干燥过夜得到纳米疏水抑制剂。

11、所述改性有机硅酸盐的制备方法包括以下步骤：

12、①以式（1）制备格氏试剂；

13、rcl+mg→rmgcl       （1）

14、式（1）中，r为c3～c8的有机碳链；

15、②以式（1）制备氯硅有机物；

16、      （2）

17、③以式（3）进行r-sicl3的水解；

18、  （3）

19、式（3）中，n值为1～3；

20、④将③中的水解产物r-si（o-）3－n（oh）n净化处理、除水、干燥，得到改性有机硅酸盐。

21、一种所述多重双效防塌环保高性能钻井液的制备方法，包括如下步骤：

22、步骤1，基浆的配制：取50份清水，将纯碱、烧碱加入清水中，混合均匀后，边搅拌边加入膨润土，充分搅拌得到第一混合物，在室温下水化养护24h以上；

23、步骤2，降滤失剂的配制：再取50份清水，边搅拌边将增粘型降滤失剂、降粘型降滤失剂加入再取的50份清水中，充分搅拌30min以上，得到第二混合物；

24、步骤3，形成稳定胶体体系：将第二混合物加入第一混合物充分搅拌30min以上，得到第三混合物；

25、步骤4，形成环保钻井液体系：向第三混合物中依次加入大分子包被剂、聚胺抑制剂、纳米疏水抑制剂、改性有机硅酸盐、kcl、环保耐温润滑剂及油层保护暂堵剂，充分搅拌30min以上，再加入重晶石，搅拌30min以上，得到多重双效防塌环保高性能钻井液。

26、本发明与现有技术相比，具有以下有益技术效果：

27、1、本发明中，集合了有机胺及硅酸盐两种环保钻井液体系的优点，有机胺可抑制泥页岩的渗透水化，纳米疏水抑制剂可抑制泥页岩的表面水化，从而形成对泥页岩的表面水化及渗透水化的双效抑制，同时，纳米疏水抑制剂具有纳米颗粒，可以进行物理封堵，而有机硅酸盐可以与地层泥页岩发生化学反应，产生化学固结封堵，进而形成物理化学双封堵的防塌效果；同时，因纳米疏水抑制剂具有纳米颗粒，可作为纳米封堵剂作用，体系中不用同时添加纳米封堵剂，有机硅酸盐因其化学封堵作用强，体系中可不添加沥青类等其它防塌剂，加之无机硅酸盐成本极低，硅酸钠的每吨价格在2000元左右，改性成有机硅酸盐工艺成熟，生产成本低，因此，相较其它环保体系，本体系整体具有低成本优势。

28、2、本发明中，采用改性有机硅酸盐代替无机硅酸盐，其si-o－基团上接有碳链，当其与地层泥岩、钻屑形成si-o-si键链后，可对其剩余的si-o-基团起到阻碍作用，防止其相互作用而形成大分子，进而造成钻井液的流变性能升高，使钻井液变稠，从而改变传统硅酸盐钻井液流变性能难以调控的难题。

29、3、本发明中，本发明提供了一种多重双效防塌环保高性能钻井液，其生物毒性ec50大于50000mg/l，无毒无害；防塌能力强，能充分保证井壁稳定；抗温性好，抗温达180℃。