一种抗高温高密度无土相油基钻井液及其制备方法

技术领域

本发明涉及钻井液技术领域，尤其涉及一种抗高温高密度无土相油基钻井液及其制备方法。

背景技术

钻井液作为钻井工程的血液在油气钻采过程中至关重要，随着钻井深度的不断增加，对于钻井液的要求越来越高，钻井过程中所需钻井液密度也越来越高。传统油基钻井液随着体系中加重材料含量的增加，体系各项性能越来越难以控制，例如随着加重剂含量的增加体系流变性逐渐失去控制，同时体系中固相颗粒沉降液越来越严重，特别是在高温环境下该类现象更加明显。

因此，如何提高钻井液在高温、高密度下的流变性对于钻井液的发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗高温高密度无土相油基钻井液及其制备方法，以解决现有钻井液在高温环境下流变等性能不易控制的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种抗高温高密度无土相油基钻井液，由包含以下质量份数的原料制备而成：

油70～100份、抗高温乳化剂2～4份、阴离子乳化剂0.5～2份、流型调节剂1～5份、润湿反转剂0.5～2份、聚合物降滤失剂1～3份、加重材料0～190份，盐水溶液0～35份。

优选的，在上述一种抗高温高密度无土相油基钻井液中，所述油为0#柴油或5#白油。

优选的，在上述一种抗高温高密度无土相油基钻井液中，所述抗高温乳化剂为咪唑啉型乳化剂，所述咪唑啉型乳化剂为化合物Ⅰ、化合物Ⅱ、化合物Ⅲ、化合物Ⅳ、化合物Ⅴ中的一种；

所述化合物Ⅰ为

所述化合物Ⅱ为

所述化合物Ⅲ为

所述化合物Ⅳ为

所述化合物Ⅴ为

其中，R

优选的，在上述一种抗高温高密度无土相油基钻井液中，所述阴离子乳化剂为脂肪醇醚羧酸盐，所述流型调节剂为片状结构的亲脂性流型调节剂。

优选的，在上述一种抗高温高密度无土相油基钻井液中，所述润湿反转剂为咪唑啉季铵盐型阳离子表面活性剂，所述盐水溶液为氯化钙溶液、氯化钠溶液或溴化钙溶液，所述盐水溶液的浓度为10～20％。

优选的，在上述一种抗高温高密度无土相油基钻井液中，所述加重材料为微粉重晶石、超细碳酸钙、锰矿粉中的一种或几种。

本发明还提供了一种抗高温高密度无土相油基钻井液的制备方法，包括以下步骤：

(1)将抗高温乳化剂、阴离子乳化剂与油混合，分散得到混合液；

(2)向混合液中加入盐水溶液，分散后再加入流型调节剂、润湿反转剂进行分散；

(3)所述步骤(2)中分散结束后，再加入聚合物降滤失剂进行分散，然后再加入加重材料进行分散，得到抗高温高密度无土相油基钻井液。

优选的，在上述一种抗高温高密度无土相油基钻井液的制备方法中，所述步骤(1)～(3)中分散的条件独立的为：在8000～12000r/min下分散15～30min。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

该钻井液在保持油基钻井液自身强抑制性、高抗温性等特性的同时，所述的流型调节剂和加重材料在体系中形成网状结构，有效代替了有机土在油基钻井液中的应用，使体系流变性能得到了明显的改善，同时体系中润湿反转剂加入后，其与加重材料表面相互作用，使得钻井液体系沉降稳定性能等得到了明显的优化，特别是在高温环境下，经过50℃～200℃高温老化后，该无土相油基钻井液在维持优异的流变性能的同时，其稳定性能较高，并且无土相油基钻井液的密度承受范围为0.93～2.5g/cm

具体实施方式

本发明提供了一种抗高温高密度无土相油基钻井液，由包含以下质量份数的原料制备而成：

油70～100份、抗高温乳化剂2～4份、阴离子乳化剂0.5～2份、流型调节剂1～5份、润湿反转剂0.5～2份、聚合物降滤失剂1～3份、加重材料0～190份，盐水溶液0～35份。

在本发明中，所述油的质量份数优选为70～100份，进一步优选为70、73、75、78、80、82、85、88、90、92、95、97或100份，更优选为78、80、82或85份。

在本发明中，所述抗高温乳化剂的质量份数优选为2～4份，进一步优选为2、2.3、2.5、2.8、3、3.3、3.6、3.8或4份，更优选为2.5、2.8或3份。

在本发明中，所述阴离子乳化剂的质量份数优选为0.5～2份，进一步优选为0.5、0.7、0.9、1、1.2、1.4、1.5、1.8或2份，更优选为0.9、1或1.2份。

在本发明中，所述流型调节剂的质量份数优选为1～5份，进一步优选为1、1.5、1.8、2、2.4、2.8、3、3.5、3.6、4、4.2、4.5或5份，更优选为2、2.4或2.8份。

在本发明中，所述润湿反转剂的质量份数优选为0.5～2份，进一步优选为0.5、0.7、0.9、1、1.2、1.4、1.5、1.8或2份，更优选为0.9、1或1.2份。

在本发明中，所述聚合物降滤失剂的质量份数优选为1～3份，进一步优选为1、1.2、1.4、1.5、1.6、1.8、2、2.2、2.5、2.6、2.9或3份，更优选为1.6、1.8或2份。

在本发明中，所述加重材料的质量份数优选为0～190份，进一步优选为2、10、30、50、80、90、100、120、130、150、170或190份，更优选为100、120或130份。

在本发明中，所述盐水溶液的质量份数优选为0～35份，进一步优选为5、7、10、13、15、18、20、22、25、28、30或35份，更优选为20或22份。

在本发明中，所述油优选为0#柴油或5#白油，更优选为0#柴油。

在本发明中，所述抗高温乳化剂优选为咪唑啉型乳化剂，所述咪唑啉型乳化剂优选为化合物Ⅰ、化合物Ⅱ、化合物Ⅲ、化合物Ⅳ、化合物Ⅴ中的一种,进一步优选为化合物Ⅰ或化合物Ⅱ，更优选为化合物Ⅱ；

所述化合物Ⅰ为

所述化合物Ⅱ为

所述化合物Ⅲ为

所述化合物Ⅳ为

所述化合物Ⅴ为

其中，R

在本发明中，所述咪唑啉型乳化剂的制备方法为：

(1)将脂肪酸、溶剂、有机胺混合后，在氮气保护下于120℃进行初始反应，反应5h；

(2)初始反应结束后，升温至215℃进行环化反应，无水生成时环化反应结束，得到油包水乳化钻井液用乳化剂；

所述步骤(2)环化反应结束后还包括以下步骤：降温至0℃加入酰氯进行反应，反应3h，反应结束后得到油包水乳化钻井液用乳化剂；

所述步骤(1)中脂肪酸的结构式为R

所述步骤(1)中溶剂与脂肪酸的质量比为1:7，脂肪酸与有机胺的摩尔比为1.2:1；所述酰氯与有机胺的摩尔比为1:2。

在本发明中，所述阴离子乳化剂优选为脂肪醇醚羧酸盐，所述流型调节剂优选为片状结构的亲脂性流型调节剂，所述亲脂性流型调节剂为参照文献“Lipophilic RheologyModifier and Its Application in Oil-Based Drilling Fluids”制备得到的。

在本发明中，所述润湿反转剂为咪唑啉季铵盐型阳离子表面活性剂，所述咪唑啉季铵盐型阳离子表面活性剂由咪唑啉型乳化剂化合物Ⅰ与氯化苄按摩尔比为1：1的比例在30℃恒温环境下反应5h的产物。

在本发明中，所述盐水溶液优选为氯化钙溶液、氯化钠溶液或溴化钙溶液，进一步优选为氯化钙溶液或氯化钠溶液，更优选为氯化钙溶液；所述盐水溶液的浓度优选为10～20％，进一步优选为10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20％，更优选为12、13、14或15％。

在本发明中，所述聚合物降滤失剂为参照专利201810815057.5中实施例1制备得到的。

在本发明中，所述加重材料优选为微粉重晶石、超细碳酸钙、锰矿粉中的一种或几种，当需制备密度≤1.6g/cm

本发明还提供了一种抗高温高密度无土相油基钻井液的制备方法，包括以下步骤：

(1)将抗高温乳化剂、阴离子乳化剂与油混合，分散得到混合液；

(2)向混合液中加入盐水溶液，分散后再加入流型调节剂、润湿反转剂进行分散；

(3)所述步骤(2)中分散结束后，再加入聚合物降滤失剂进行分散，然后再加入加重材料进行分散，得到抗高温高密度无土相油基钻井液。

在本发明中，所述步骤(2)中混合液中加入盐水溶液的具体过程为：边搅拌边加入盐水溶液。

在本发明中，所述步骤(1)～(3)中分散的条件独立的优选为：在8000～12000r/min下分散15～30min，进一步优选为在8000、8500、9000、9500、10000、10500、11000、11500或12000r/min下分散15、18、20、22、25、26、28或30min，更优选为在10000r/min下分散20min。

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种抗高温高密度无土相油基钻井液的制备方法，包括以下步骤：

(1)将3份抗高温乳化剂、1份脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠、70份0#柴油混合，在10000r/min的转速下分散20min，得到混合液；其中抗高温乳剂为咪唑啉型乳化剂化合物Ⅰ

(2)向混合液中加入30份盐水溶液，加入盐水溶液的过程中一直保持10000r/min的转速，然后再分散20min，分散结束后再加入2份片状结构的亲脂性流型调节剂、1份咪唑啉季铵盐型阳离子表面活性剂，然后在10000r/min的转速下分散20min；其中，盐水溶液为浓度为20％的氯化钙溶液，咪唑啉季铵盐型阳离子表面活性剂为步骤(1)中所述的咪唑啉型乳化剂化合物Ⅰ与氯化苄按摩尔比为1：1的比例在30℃恒温环境下反应5h的产物；

(3)所述步骤(2)中分散结束后，再加入2份聚合物降滤失剂，并在10000r/min的转速下分散20min，分散结束后再加入85份由微粉重晶石、超细碳酸钙、锰矿粉按质量比为1:1:1组成的加重材料，并在12000r/min的转速下分散30min，得到密度为1.5g/cm

上述制备得到的密度为1.5g/cm

实施例2

一种抗高温高密度无土相油基钻井液的制备方法，包括以下步骤：

(1)将4份抗高温乳化剂、2份脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠、80份0#柴油混合，在10000r/min的转速下分散20min，得到混合液；其中抗高温乳剂为咪唑啉型乳化剂化合物Ⅰ

(2)向混合液中加入20份盐水溶液，加入盐水溶液的过程中一直保持10000r/min的转速，然后再分散20min，分散结束后再加入4.5份片状结构的亲脂性流型调节剂、2份咪唑啉季铵盐型阳离子表面活性剂，然后在10000r/min的转速下分散20min；其中，盐水溶液为浓度为20％的氯化钠溶液，咪唑啉季铵盐型阳离子表面活性剂为步骤(1)中所述的咪唑啉型乳化剂化合物Ⅰ与与氯化苄按摩尔比为1：1的比例在30℃恒温环境下反应5h的产物；

(3)所述步骤(2)中分散结束后，再加入2份聚合物降滤失剂，并在10000r/min的转速下分散20min，分散结束后再加入150份由微粉重晶石、锰矿粉按质量比为1:1组成的加重材料，并在12000r/min的转速下分散30min，得到密度为2g/cm

上述制备得到的密度为2g/cm

实施例3

一种抗高温高密度无土相油基钻井液的制备方法，包括以下步骤：

(1)将3.5份抗高温乳化剂、1.3份脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠、85份0#柴油混合，在9000r/min的转速下分散25min，得到混合液；其中抗高温乳剂为咪唑啉型乳化剂化合物Ⅱ

(2)向混合液中加入25份盐水溶液，加入盐水溶液的过程中一直保持9000r/min的转速，然后再分散20min，分散结束后再加入3份片状结构的亲脂性流型调节剂、1.5份咪唑啉季铵盐型阳离子表面活性剂，然后在9000r/min的转速下分散20min；其中，盐水溶液为浓度为15％的氯化钠溶液，咪唑啉季铵盐型阳离子表面活性剂为咪唑啉型乳化剂化合物Ⅰ与氯化苄按摩尔比为1：1的比例在30℃恒温环境下反应5h的产物，咪唑啉型乳化剂化合物Ⅰ为

(3)所述步骤(2)中分散结束后，再加入2.5份聚合物降滤失剂，并在10000r/min的转速下分散20min，分散结束后再加入190份由微粉重晶石、锰矿粉按质量比为1.5:2组成的加重材料，并在12000r/min的转速下分散30min，得到密度为2.2g/cm

上述制备得到的密度为2.2抗高温高密度无土相油基钻井液，经测试，老化前：表观粘度为85mPa.s，塑性粘度为74mPa.s，屈服值为13Pa，破乳电压ES为756V，静态沉降因子SF为0.5007；于200摄氏度老化后：表观粘度为96mPa.s，塑性粘度为81mPa.s，屈服值为15Pa，破乳电压ES为728V，静态沉降因子SF为0.5108，高温高压滤失量为2.6mL。

实施例4

一种抗高温高密度无土相油基钻井液的制备方法，包括以下步骤：

(1)将2份抗高温乳化剂、0.8份脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠、70份0#柴油混合，在11000r/min的转速下分散20min，得到混合液；其中抗高温乳剂为咪唑啉型乳化剂化合物Ⅲ

(2)向混合液中加入35份盐水溶液，加入盐水溶液的过程中一直保持11000r/min的转速，然后再分散20min，分散结束后再加入5份片状结构的亲脂性流型调节剂、1.2份咪唑啉季铵盐型阳离子表面活性剂，然后在10000r/min的转速下分散20min；其中，盐水溶液为浓度为15％的溴化钙溶液，咪唑啉季铵盐型阳离子表面活性剂为咪唑啉型乳化剂化合物Ⅰ与氯化苄按摩尔比为1：1的比例在30℃恒温环境下反应5h的产物，咪唑啉型乳化剂化合物Ⅰ为

(3)所述步骤(2)中分散结束后，再加入3份聚合物降滤失剂，并在10000r/min的转速下分散20min，得到密度为0.9g/cm

上述制备得到的密度为0.9g/cm

实施例5

一种抗高温高密度无土相油基钻井液的制备方法，包括以下步骤：

(1)将4份抗高温乳化剂、1.6份脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠、80份0#柴油混合，在8000r/min的转速下分散30min，得到混合液；其中抗高温乳剂为咪唑啉型乳化剂化合物Ⅳ

(2)向混合液中加入26份盐水溶液，加入盐水溶液的过程中一直保持8000r/min的转速，然后再分散20min，分散结束后再加入4.5份片状结构的亲脂性流型调节剂、1份咪唑啉季铵盐型阳离子表面活性剂，然后在8000r/min的转速下分散20min；其中，盐水溶液为浓度为10％的氯化钠溶液，咪唑啉季铵盐型阳离子表面活性剂为咪唑啉型乳化剂化合物Ⅰ与氯化苄按摩尔比为1：1的比例在30℃恒温环境下反应5h的产物，咪唑啉型乳化剂化合物Ⅰ为

(3)所述步骤(2)中分散结束后，再加入2.5份聚合物降滤失剂，并在10000r/min的转速下分散20min，分散结束后再加入135份由微粉重晶石、锰矿粉按质量比为1:3组成的加重材料，并在12000r/min的转速下分散30min，得到密度为1.9g/cm

上述制备得到的密度为1.9g/cm

实施例6

一种抗高温高密度无土相油基钻井液的制备方法，包括以下步骤：

(1)将3份抗高温乳化剂、1.5份脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠、95份0#柴油混合，在10000r/min的转速下分散20min，得到混合液；其中抗高温乳剂为咪唑啉型乳化剂化合物Ⅴ

(2)向混合液中加入25份盐水溶液，加入盐水溶液的过程中一直保持10000r/min的转速，然后再分散20min，分散结束后再加入4.5份片状结构的亲脂性流型调节剂、0.8份咪唑啉季铵盐型阳离子表面活性剂，然后在10000r/min的转速下分散20min；其中，盐水溶液为浓度为20％的溴化钙溶液，咪唑啉季铵盐型阳离子表面活性剂为咪唑啉型乳化剂化合物Ⅰ与氯化苄按摩尔比为1：1的比例在30℃恒温环境下反应5h的产物，咪唑啉型乳化剂化合物Ⅰ为

(3)所述步骤(2)中分散结束后，再加入2.5份聚合物降滤失剂，并在10000r/min的转速下分散20min，分散结束后再加入40份由微粉重晶石、超细碳酸钙、锰矿粉按质量比为1:1:1组成的加重材料，并在12000r/min的转速下分散30min，得到密度为1.2g/cm

上述制备得到的密度为1.2g/cm

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。