钻井液用多功能助剂

技术领域

本发明涉及油田钻井助剂技术领域，是一种钻井液用多功能助剂及其制备方法。

背景技术

钻井液是钻井的“血液”，在石油勘探开发中为重中之重。随着井深的增加，钻井液会发生高温增稠、减稠、劣质固相增加、失水增加及固化等现象。钻井液200℃以上超高温技术是世界性难题，主要处理剂长期以来被国外几大石油公司垄断。目前国内超高温钻井液的难点有：（1）钻井液抗高温稳定性差，三磺钻井液体系可抗温160℃至190℃；（2）地层压力高且压力系统多；（3）地质条件复杂，超深井裸眼段长，井壁失稳严重，需要研究抗200℃以上的钻井液处理剂和钻井液技术。

现有钻井助剂主要是以单一作用为主，在多种钻井液助剂同时加入时，彼此助剂之间会出现相互影响的副作用。特别是含有活性剂的润滑剂、消泡剂、沥青类防塌封堵剂和防泥包剂，不同种类的不同产品所使用的活性剂不同，在同是使用时会因为活性剂的基团不同、抗温性能不同和加量不同，最终导致同时加入到井内时产品的作用出现大幅下降，有时会出现明显的反作用，如出现乳化增稠、起泡、破乳等现象。

目前钻井液用多功能助剂主要是将粘度效应和降失水作用相互结合。防塌封堵性能、润滑性能、抑制性能和降滤失性能的产品主要是依靠不同产品的单一功效实现。防塌封堵类的产品主要由沥青类为主，润滑剂主要有油基的和水基的液体润滑剂和固体润滑剂通过活性剂改变表界面张力，抑制性能主要是通过阳离子性产品提高钻井液的抑制性，降滤失剂主要以降低钻井液整体的滤失量为主。许多防塌封堵剂沥青类为了使沥青能充分分散在钻井液中会加入一定量的活性剂，不同厂家的乳化剂种类不同。许多油基润滑剂为了能使产品的润滑效果更好，会在润滑剂中加入一定量的活性剂。在同时将这些产品加入到钻井液中时，不同种类的乳化剂出现破乳起泡增稠等现像，同时为了调整钻井液性能需要加入更多的钻井液助剂进行性能调整。随着井温增加，不同厂家的不同功能钻井液助剂在没有经过全面和长时间反应的试验情况下共同作用于同一钻井液时，助剂彼此之间也会产生副作用，导致劣质固相增加，钻井液性能下降。为此亟需一种能具有多重功效的钻井液助剂，具有抗高温抑制防塌封堵润滑和降滤失等多种功效，能代替钻井液中使用量少而且比较容易起副作用的的润滑剂和抑制剂等，同时提高钻井液防塌封堵性能和降滤失性能。

发明内容

本发明提供了一种钻井液用多功能助剂，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有钻井助剂作用单一、容易引起副作用的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种钻井液用多功能助剂，原料按质量份数计包括：基础油30份至60份、悬浮剂2份至10份、活性剂10份至20份、沥青30份至50份、酸化剂5份至20份和中和剂5份至20份。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

上述基础油为闪点≥100℃的矿物油。

上述基础油为废润滑油、废导热油和废白油中的一种或多种。

上述悬浮剂为500目至1000目的超细分散类合成纤维和300目至800目的超细树脂纤维中的一种或两种。

上述活性剂为司班80、OP-10、油酸甲酯和十二烷基苯磺酸钠的中一种或多种。

上述沥青为固体高温沥青、天然矿沥青、煤沥青和石油沥青中的一种或多种。

上述酸化剂为氨基磺酸、丙磺酸、稀硝酸和硬脂酸中的一种或多种。

上述中和剂为氢氧化钠或氢氧化钾。

上述钻井液用多功能助剂，按以下步骤制备得到：

第一步，向反应容器中加入所需量的基础油和沥青，加热至90℃至100℃，搅拌混合至均匀，得到第一混合液；

第二步，向第一混合液中加入所需量的酸化剂，在90℃至100℃下，搅拌反应2至4小时，得到第二混合液；

第三步，将反应釜降温至60℃至70℃，向第二混合液中加入中和剂中和pH值至9至10，并搅拌均匀，得到第三混合液；

第四步，向第三混合液中加入悬浮剂和活性剂，在50℃至60℃条件下，恒温搅拌反应1至4小时至均匀悬浮液，降温至常温后即得到钻井液用多功能助剂。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种钻井液用多功能助剂的制备方法，包括以下步骤：

第一步，向反应容器中加入所需量的基础油和沥青，加热至90℃至100℃，搅拌混合至均匀，得到第一混合液；

第二步，向第一混合液中加入所需量的酸化剂，在90℃至100℃下，搅拌反应2至4小时，得到第二混合液；

第三步，将反应釜降温至60℃至70℃，向第二混合液中加入中和剂中和pH值至9至10，并搅拌均匀，得到第三混合液；

第四步，向第三混合液中加入悬浮剂和活性剂，在50℃至60℃条件下，恒温搅拌反应1至4小时至均匀悬浮液，降温至常温后即得到钻井液用多功能助剂。

下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：

上述第一步、第二步和第三步中搅拌速率均为300转/分，第四步中搅拌速率为200转/分。

本发明的钻井液用多功能助剂对钻井液体系没有严格要求，相对现有钻井液体系材料种类可减少1至3种，原料中的基础油和活性剂作为油相对钻井液体系性能的润滑性有所改善，原料中的沥青类材料可对增加钻井液的防塌封堵性能，钻井液中的酸化反应和中和反应可改善本发明的钻井液高温高压滤失量降低率，实际应用中能明显抑制劣质固相分散和降低水基或油基钻井液的泥饼黏附系数，防止井壁垮塌卡钻，改善钻井液的流动性，降低环空流阻，提高钻井液的携带性和钻屑的抑制性。同时，本发明的钻井液用多功能助剂能代替并减少钻井液中功能性材料加量，降低生产成本。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所提到各种化学试剂和化学用品如无特殊说明，均为现有技术中公知公用的化学试剂和化学用品；本发明中的百分数如没有特殊说明，均为质量百分数；本发明中的常温、室温一般指15℃到25℃的温度，一般定义为25℃。

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：该钻井液用多功能助剂，原料按质量份数计包括：基础油30份至60份、悬浮剂2份至10份、活性剂10份至20份、沥青30份至50份、酸化剂5份至20份和中和剂5份至20份。

实施例2：作为上述实施例的优化，该钻井液用多功能助剂，原料按质量份数计包括：基础油30份或60份、悬浮剂2份或10份、活性剂10份或20份、沥青30份或50份、酸化剂5份或20份和中和剂5份或20份。

实施例3：作为上述实施例的优化，基础油为废润滑油、废导热油和废白油中的一种或多种。其中，废润滑油可为废液压油、废齿轮油、废汽机油、废柴机油。废导热油可为已经使用过被更换淘汰的导热油。

实施例4：作为上述实施例的优化，悬浮剂为500目至1000目的超细分散类合成纤维和300目至800目的超细树脂纤维中的一种或两种。

实施例5：作为上述实施例的优化，活性剂为司班80、OP-10、油酸甲酯和十二烷基苯磺酸钠的中一种或多种。

实施例6：作为上述实施例的优化，沥青为固体高温沥青、天然矿沥青、煤沥青和石油沥青中的一种或多种。

实施例7：作为上述实施例的优化，酸化剂为氨基磺酸、丙磺酸、稀硝酸和硬脂酸中的一种或多种。实际应用中可根据需求选用不同含水率的酸化剂，需要零含水产品时可采用固体酸或无水酸化剂。

实施例8：作为上述实施例的优化，中和剂为氢氧化钠或氢氧化钾。

实施例9：该钻井液用多功能助剂的制备方法，按下述步骤进行：

第一步，向反应容器中加入所需量的基础油和沥青，加热至90℃至100℃，搅拌混合至均匀，得到第一混合液；

第二步，向第一混合液中加入所需量的酸化剂，在90℃至100℃下，搅拌反应2至4小时，得到第二混合液；

第三步，将反应釜降温至60℃至70℃，向第二混合液中加入中和剂中和pH值至9至10，并搅拌均匀，得到第三混合液；

第四步，向第三混合液中加入悬浮剂和活性剂，在50℃至60℃条件下，恒温搅拌反应1至4小时至均匀悬浮液，降温至常温后即得到钻井液用多功能助剂。

实施例10：作为上述实施例9的优化，第一步、第二步和第三步中搅拌速率均为300转/分，第四步中搅拌速率为200转/分。

本发明利用矿物油和沥青生产钻井液用多功能助剂，向矿物油中加入沥青，并在酸化剂和加热的作用下发生酸化反应，之后加入中和剂中和反应后得到的混合液，最后向其中加入悬浮剂和活性剂形成稳定的高固相低残渣类稳定型悬浮液，得到钻井液用多功能助剂。该钻井液用液体多功能助剂具有抗高温、强抑制性、防塌封堵性、润滑性和降滤失性的多种功能。其中，矿物油可采用回收的废旧油品，实现了废弃物的循环再利用。

实施例11：该钻井液用多功能助剂的制备方法，按下述步骤制备得到：

第一步，向反应釜中加入50份废润滑油（闪点≥150℃）和40份固体高温沥青（软化点≥180℃）；升温加热至95℃，恒温搅拌分散溶解0.5小时至混合均匀，得到第一混合液；第二步，向第一混合液中加入5份氨基磺酸和15份5%硝酸水溶液（v/v），搅拌反应2小时完成酸化，得到第二混合液；第三步，将反应釜降温至60℃至70℃，向第二混合液中加入5份的35%氢氧化钾水溶液，调节pH值为9至10，此过程控制在1小时内，得到第三混合液；第四步，向第三混合液中加入6份粒径为300目的超细树脂纤维和5份油酸甲酯。在50℃至60℃条件下，恒温搅拌反应3小时，再向反应釜中加入5份司班80，并恒温充分搅拌反应1小时，使残余水分子充分结合；降温至常温后即得到钻井液用多功能助剂。其中，第一步、第二步和第三步中搅拌速率均为300转/分，第四步中搅拌速率为200转/分。

本实施例得到的钻井液用多功能助剂主要应用于超深井钻井液体系中，抗高温可达到240℃，可替代超深井钻井液中的防塌封堵剂、润滑剂、降滤失剂和消泡剂的使用。本实施例中以废旧润滑油作为基础油，利用了废旧润滑油的闪点高，抗高温性强，不易被酯化和高温分解的特点；固体高温沥青具有软化点高的特点，在超深井钻井液体系中具有防塌封堵效果好的优势；加入活性剂使整个成品悬浮液中自由水和反应后的混合液得到充分结合，提高了钻井液用多功能助剂的稳定性。

实施例12：该钻井液用多功能助剂的制备方法，按下述步骤制备得到：

第一步，向反应釜中加入50份废旧无荧光白油和40份石油沥青，升温加热至90℃，恒温搅拌分散溶解0.5小时至混合均匀，得到第一混合液；第二步，向反应釜中加入5份丙磺酸和10份5%硝酸水溶液（v/v），搅拌反应2小时完成酸化，得到第二混合液；第三步，将反应釜降温至60℃至70℃，向反应釜中加入5份的35%氢氧化钾水溶液，调节pH值为9至10，此过程控制在1小时内，得到第三混合液；第四步，向第三混合液中加入6份粒径为300目的超细树脂纤维和10份司班80，在50℃至60℃条件下，恒温搅拌反应2小时，降温至常温后即得到钻井液用多功能助剂。其中，第一步、第二步和第三步中搅拌速率均为300转/分，第四步中搅拌速率为200转/分。

本实施例得到的钻井液用多功能助剂主要应用于重点探井钻井液体系中，具有低荧光的特点，可替代钻井液中的防塌封堵剂、润滑剂、降滤失剂和消泡剂的使用。选用白油作为基础油并加入石油沥青，可实现钻井过程中录井工作的顺利进行，防止加入其它类型沥青产品增加录井工作展难度。

实施例13：该钻井液用多功能助剂的制备方法，按下述步骤制备得到：

第一步，向反应釜中加入40份废旧导热油和30份天然矿沥青，升温加热至95℃，恒温搅拌分散溶解0.5小时至混合均匀，得到第一混合液；第二步，向第一混合液中加入5份氨基磺酸和15份5%硝酸水溶液（v/v），搅拌反应2小时完成酸化，得到第二混合液；第三步，将反应釜降温至65℃，向第二混合液中加入10份的20%氢氧化钠水溶液，调节pH值为9至10，得到第三混合液；第四步，向第三混合液中加入6份粒径为500目的超细分散类合成聚酯纤维和15份OP-10，在50℃至60℃条件下，恒温搅拌反应3小时，降温至常温后即得到钻井液用多功能助剂。其中，第一步、第二步和第三步中搅拌速率均为300转/分，第四步中搅拌速率为200转/分。

本实施例得到的钻井液用多功能助剂主要应用于普通钻井液体系中，制备成本相对低，可抗温至200℃，可替代钻井液中的防塌封堵剂、润滑剂、降滤失剂和消泡剂。实际应用中，可为钻井液体系配方降低成本每口井10万至30万人民币。

对实施例11至13制备得到的钻井液用多功能助剂性能测试见表1。由表1可以看出，本发明的钻井液用多功能助剂抗温可达200℃以上，润滑系数降低率高于行业标准要求（65%），高温高压降低率≥28.0%，固相含量高于30%，灼烧残渣低于5.0%，200℃养护后六速旋转粘度计测定R3读值≥3，岩心膨胀量降低率高于90.0%。此外本发明的钻井液用多功能助剂在-20℃的情况下不凝结，仍能保持良好的流动性，加入到水基或油基钻井液中能与钻井液配伍性能良好。

选取中石化西北局中原三堪某井钻井液井浆（抗180℃钾钙基聚磺钻井液体系）进行实际应用测试。该钻井液井浆在180℃时出现了起泡、滤失量增大、钻井液稳定性能差的情况。分别向该钻井液井浆中加入实施例11制备得到的钻井液用多功能助剂3.0%和5.0%，并进行测试，测试结果见表2（表2中AV、PV、YP、FL、Kf、HTHP分别为钻井液表观粘度、塑性黏度、动切力、中压失水滤失量、摩阻系数、高温高压滤失量）。由表2可以看出，加入本发明的钻井液用多功能助剂后，钻井液井浆的失水明显降低，动切力明显上升，摩阻系数也明显降低。

综上所述，本发明提供了一种钻井液用多功能助剂，弥补了目前国内钻井液用助剂功效单一的缺陷，具有抗高温抑制防塌封堵润滑和降滤失等功效，能减少或避免钻井液中润滑剂和抑制剂等使用量少而且比较容易起副作用的添加剂使用，同时提高钻井液防塌封堵性能和降滤失性能，且能有效降低钻井液循环过程劣质固相的产生，降低生产成本。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

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