本发明涉及油气田井下作业
技术领域：
，特别涉及一种去磺化环保型水基钻井液及其制备方法。
背景技术：
：随着环保形势的日益严峻，政府部门对环境保护的要求越来越高，管理力度也越来越大。钻井液和钻屑对环境的影响问题目前已经成为环保部门关注的重点，钻井废液、废固的排放也受到严格限制。当前，钻井过程中所使用的钻井液处理剂，磺化材料占了相当的比例，抗温、抗盐类处理剂中磺化材料的比例更高。合成磺化材料的单体本身有毒，且重金属离子含量高，生物降解性差，不满足当前环保要求。目前，钻井液润滑剂、封堵剂中所使用的矿物类材料已列入国家“危险废弃物名录”，其排放物中的含油量受到严格限制；而磺化钻井液材料也已被提议列入该名录，一旦正式通过，磺化钻井液材料将被禁止使用，这对我们当前普遍使用的聚磺钻井液体系将是一个巨大的冲击。因此，研究满足不同施工区域、符合环保要求的去磺化环保型钻井液体系及工艺技术，是当前一项紧迫的任务。已公开专利cn107418531a公开了一种非磺化抗高温降滤失水基钻井液，其配方为：按重量100％计，1％～4％膨润土、0.25％～3％ccm，2％～4％nmps、0.5％～2％mmc、3％～5％na2co3、0.25％～1％dm和余量水。该钻井液整个体系摒弃了聚磺类处理剂，抗温可达180℃，高温高压条件下，泥页岩岩心膨胀率最高为18％，具有高温低滤失的性能。已公开专利cn106675535b公开了一种环保水基钻井液及其制备方法。该钻井液包括水100份、膨润土1-5份、碳酸钠0.05-0.4份、降滤失剂a0.5-3份、降滤失剂b0.2-3份、提粘剂0.1-1份、抑制剂0.5-4份、润滑剂1-5份、微纳米颗粒封堵剂2-6份、加重材料0-200份。该钻井液抗温达150℃，ec50大于3.0×104mg/l，无毒环保，具有良好的流变性、降滤失性、抑制性、润滑性、抗污染性和储层保护效用。上述两件专利申请公开的环保水基钻井液，虽然整个体系摒弃了聚磺类处理剂，无毒环保，且钻井液体系性能良好。但前者所用处理剂大多为公司自产，不具备普适性；后者适用于淡水钻井液体系，但对于盐水钻井液体系、高密度钻井液体系、大斜度井/大位移井钻井液体系是否适用，犹未可知。而且二者均未进行现场实验，现场应用效果如何，经济性如何也未知。技术实现要素：本发明的目的是提供一种适用于淡水体系、盐水体系、大斜度井/大位移井体系、高密度抗高温体系的去磺化环保型水基钻井液。本发明的另一目的是提供一种上述去磺化环保型水基钻井液的制备方法。为此，本发明技术方案如下：一种去磺化环保型水基钻井液，其包括以重量份计的100份溶剂水、2～5份膨润土、0.1～0.25份无水碳酸钠、0.4～0.5份包被抑制剂、3～5份降滤失剂、2～3份封堵防塌剂、1～3份润滑剂、1～3份屏蔽暂堵剂、0～400份重晶石和0～10份氯化钠。其中，包被抑制剂由低粘聚阴离子纤维素pav-lv、高粘聚阴离子纤维素pav-hv、两性离子聚合物包被剂fa-367、改性天然高分子包被抑制剂ind30中至少两种构成，四者的重量比为(0～0.2):(0～0.1):(0～0.1):(0.2～0.3)，即包被抑制剂为改性天然高分子包被抑制剂ind30以及低粘聚阴离子纤维素pav-lv、高粘聚阴离子纤维素pav-hv、两性离子聚合物包被剂fa-367这三种物质中至少一种构成的混合物。具体来说，在本申请中，包被抑制剂的加入用于抑制粘土/钻屑分散，增加钻井液粘度/切力，提高岩屑携带能力，降低固相含量。其分子量过低，可能会造成钻井液粘度较低、不能有效抑制钻屑分散、钻井液携岩能力差、钻井液固相含量高的问题；而如果其分子量过大，又可能会造成钻井液粘度过高、开泵困难、钻屑难以去除，或者钻井过程中激动压力过大，严重时导致各种井下复杂情况等不利的问题；因此，低粘聚阴离子纤维素采用2％溶液粘度不高于100mpa.s的聚阴离子纤维素；高粘聚阴离子纤维素采用2％溶液粘度不低于1600mpa.s的聚阴离子纤维素；两性离子聚合物包被剂采用分子量为100万～250万的线性聚合物处理剂fa-367；改性天然高分子包被抑制剂采用分子量超过500万的天然高分子处理剂。降滤失剂为生物聚合物型降滤失剂和合成聚合物降滤失剂的混合物，二者重量比为1:(1～2)；其中，生物聚合物型降滤失剂为天然高分子降滤失剂zj-008、天然高分子降滤失剂hfld-1、天然高分子降滤失剂gwfl-n中至少一种；合成聚合物降滤失剂为有机硅改性腐殖酸降滤失剂osam-k、有机硅改性淀粉降滤失剂si-scmc、抗高温改性淀粉red-daul中至少一种。具体来说，在本申请中，降滤失剂是钻井液处理剂的重要剂种，通过在井壁上形成低渗透率、柔韧、薄而致密的泥饼，尽可能降低钻井液的滤失量。目前在用抗高温降滤失剂多为2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(amps)类共聚物，但缺点在于存在磺酸基，不利于环保；而本申请的特点在于从源头摒弃该类带有磺酸基的处理剂，采用无毒环保的降滤失剂。天然高分子降滤失剂抗盐性好，价格低，但缺点是耐温不高，而合成聚合物降滤失剂抗温抗盐性好，但价格高，将二者复配使用，可以充分发挥二者的优点，有效降低或避免缺点。封堵防塌剂为复合沥青bz-fft、聚醇硬脂酸共聚物bz-yft、环保型水基钻井液用封堵剂bz-fd、胶束防塌剂hcc中至少一种。具体来说，在本申请中，封堵防塌剂能够有效提高钻井液的防塌能力，保证井壁稳定。基于此，采用中国石油集团渤海钻探工程有限公司自产的复合沥青bz-fft，其油溶物含量高于磺化沥青，无荧光，且改善泥饼和封堵能力强，对钻井液流型调节能力强，可替代传统磺化沥青用作主防塌剂；封堵剂作为辅助，用于性能强化使用。润滑剂为高效防粘卡润滑剂dt-862、低凝固点润滑剂bz-bl、植物油液体润滑剂hy-202、植物油液体润滑剂hy-203中至少一种。具体来说，在本申请中，润滑剂能够减缓钻井过程中钻头、钻具及其他配件的磨损，延长使用寿命，同时防止粘附卡钻、减少钻头泥包，易于处理井下事故。特别是对于超深井、大斜度井、大位移井和水平井，钻进时钻柱的旋转阻力和提拉阻力大幅度提高，钻井液的润滑性能对减少卡钻等井下复杂情况，保证安全、快速钻进起着至关重要的作用。基于此，采用中国石油集团渤海钻探工程有限公司自产的低凝固点润滑剂bz-bl为主润滑剂，该产品润滑效果好，且安全无毒，目前已取得专利授权(授权公告号cn103642469b)；高效防粘卡润滑剂dt-862、植物油液体润滑剂作为辅助，用于性能强化。屏蔽暂堵剂为纳米二氧化硅ns-1、液体屏蔽暂堵剂srzd-z11、纤维状水溶性屏蔽暂堵剂jx-2中至少一种。具体来说，在本申请中，屏蔽暂堵剂能够对泥饼起堵孔作用，使泥饼致密，从而降低滤失量，稳定井壁。不同级配的刚性颗粒虽然可以改善泥饼质量，降低滤失量，稳定井壁，但它们的加入会使钻井液体系固相含量升高，对流型的控制以及钻速的提高均不利。基于此，本申请中，摒弃固体刚性颗粒屏蔽暂堵剂，采用水溶性屏蔽暂堵剂，在保证钻井液性能良好的前提下，起到较好的屏蔽暂堵、稳定井壁的作用。另外，在本申请的去磺化环保型水基钻井液中还可选择性地加入重晶石，使钻井液密度可根据需要进行调节，进而使该水基钻井液满足高密度施工要求；或可选择性地加入氯化钠，使钻井液的氯化钠含量可根据需要调节，进而使该水基钻井液可通过添加氯化钠形成盐水钻井液，扩展其适用范围。本申请的水基钻井液中，溶剂水为分散介质，其他主要组分均通过溶解于水而发挥作用；由于钻井液的性能与配浆水的水质密切相关。因此，配制钻井液时必须预先了解配浆水的水质，不合格的水需要经过适当处理后才能使用；因此，溶剂水优选为以氯化钠计的矿化度低于1.0％的天然淡水。优选，膨润土为天然钠基膨润土或钙基膨润土钠化改性膨润土，其能够有效提高造浆率，进而提高钻井液体系的粘度、切力、促进携带岩屑等。一种去磺化环保型水基钻井液的制备方法，具体制备步骤如下：s1、量取重量为10倍膨润土重量的溶剂水，边搅拌边加入膨润土及占膨润土用量3wt.％～5wt.％的无水碳酸钠，低速搅拌1h，并于室温下养护24h制成预水化膨润土浆；s2、量取重量为100倍包被抑制剂重量的溶剂水，边搅拌边缓慢加入包被抑制剂，低速搅拌1h，室温下养护24h制成包被抑制剂胶液；s3、将步骤s1制备的预水化膨润土浆、步骤s2制备的包被抑制剂胶液和剩余的溶剂水放入高搅杯中，在高速电动搅拌下，再加入降滤失剂、封堵防塌剂、润滑剂和屏蔽暂堵剂，并可选择性地加入氯化钠和重晶石，继续搅拌20min，室温养护4h，即得到去磺化环保型水基钻井液。优选，在步骤s1～s3中，低速电动搅拌的速度为3000±300r/min，高速电动搅拌的速度为11000±300r/min。与现有技术相比，该去磺化环保型水基钻井液从源头上摒弃污染程度较大的钻井液处理剂，尤其是磺化处理剂，安全环保无污染，且制备步骤简单、易控制，适合工业化大规模生产；该去磺化环保型水基钻井液不仅适用于常规淡水井，而且适用于盐水井、大斜度井或大位移井、高温高密度井，适用范围广，材料易得，造价低，适合大规模推广，具备油田应用潜力；另外，该去磺化环保型水基钻井液在现场应用中，其在留70-117x井、马95-37x井、晋古14-21x井、任13-2x井等11口井现场应用，结果表明：去磺化环保型水基钻井液性能良好，流变性可调，滤失量较聚磺钻井液体系低，平均井径扩大率仅为4.12％，远小于同平台聚磺钻井液施工井，而且现场施工过程中无事故复杂发生，满足现场应用要求，实现了经济效益和社会效益的统一。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。其中，溶剂水采用以氯化钠计的矿化度低于1.0％的天然淡水；膨润土为天然钠基膨润土或钙基膨润土钠化改性膨润土；氯化钠采用工业氯化钠；其他组分的具体厂家和型号如下表1所示。表1：实施例1一种淡水井去磺化环保型水基钻井液产品i，其制备方法如下：s1、量取50重量份溶剂水，边搅拌边加入5重量份钙基膨润土钠化改性膨润土和0.25重量份无水碳酸钠，在3000r/min的低速搅拌1h，于室温下养护24h，制成预水化膨润土浆；s2、量取50重量份溶剂水，边搅拌边缓慢加入0.2重量份pac-lv、0.1重量份fa-367、0.2重量份ind30，低速搅拌1h，室温下养护24h制成包被抑制剂胶液；s3、将步骤s1制备的预水化膨润土浆、以及步骤s2制备的包被抑制剂胶液放入高搅杯中，在11000r/min的高速电动搅拌下，再加入1重量份gwfl-n、2重量份si-scmc、1重量份bz-fft、1重量份bz-fd、1重量份ns-1、1重量份jx-2和1重量份bz-bl，继续搅拌20min，室温养护4h，即得到去磺化环保型水基钻井液。实施例2一种盐水井去磺化环保型水基钻井液产品ii，其制备方法如下：s1、量取30重量份溶剂水，边搅拌边加入3重量份天然钠基膨润土和0.09重量份无水碳酸钠，在3000r/min的低速搅拌1h，于室温下养护24h，制成预水化膨润土浆；s2、量取40重量份溶剂水，边搅拌边缓慢加入0.1重量份pac-lv、0.1重量份pac-hv、0.2重量份ind30，低速搅拌1h，室温下养护24h制成包被抑制剂胶液；s3、将步骤s1制备的预水化膨润土浆、步骤s2制备的包被抑制剂胶液和剩余的30重量份溶剂水放入高搅杯中，在11000r/min的高速电动搅拌下，再加入1重量份hfld-1、1重量份gwfl-n、2重量份osam-k、2重量份bz-fft、1重量份hcc、2重量份ns-1、1重量份srzd-z11、1重量份bz-bl、1重量份hy202和10重量份氯化钠，继续搅拌20min，室温养护4h，即得到去磺化环保型水基钻井液。实施例3一种大斜度井/大位移井去磺化环保型水基钻井液产品iii，其制备方法如下：s1、量取30重量份溶剂水，边搅拌边加入3重量份钙基膨润土钠化改性膨润土和0.15重量份无水碳酸钠，在3000r/min的低速搅拌1h，于室温下养护24h，制成预水化膨润土浆；s2、量取50重量份溶剂水，边搅拌边缓慢加入0.2重量份fa367、0.3重量份ind30，低速搅拌1h，室温下养护24h制成包被抑制剂胶液；s3、将步骤s1制备的预水化膨润土浆、步骤s2制备的包被抑制剂胶液和剩余的20重量份溶剂水放入高搅杯中，在11000r/min的高速电动搅拌下，再加入2重量份gwfl-n、1重量份osam-k、2重量份red-daul、2重量份bz-fft、1重量份hcc、1重量份bz-fd、2重量份ns-1、1重量份jx-2、2重量份bz-bl和1重量份dt-862，继续搅拌20min，室温养护4h，即得到去磺化环保型水基钻井液。实施例4一种高温高密度井去磺化环保型水基钻井液产品iv，其制备方法如下：s1、量取20重量份溶剂水，边搅拌边加入2重量份天然钠基膨润土和0.01重量份无水碳酸钠，在3000r/min的低速搅拌1h，于室温下养护24h，制成预水化膨润土浆；s2、量取20重量份溶剂水，边搅拌边缓慢加入0.2重量份pac-lv、0.2重量份ind30，低速搅拌1h，室温下养护24h制成包被抑制剂胶液；s3、将步骤s1制备的预水化膨润土浆、步骤s2制备的包被抑制剂胶液和剩余的60重量份溶剂水放入高搅杯中，在11000r/min的高速电动搅拌下，再加入2重量份gwfl-n、2重量份red-daul、2重量份bz-fft、1重量份bz-yft、2重量份bz-bl、1重量份dt-862、1重量份ns-1和186重量份重晶石，继续搅拌20min，室温养护4h，即得到去磺化环保型水基钻井液。性能测试：参照《gb/t16783.1-2014石油天然气工业钻井液现场测试第1部分水基钻井液》对实施例1～4制备的钻井液产品i～iv老化前、后的各项性能。测试温度为室温；老化条件：150℃/16h。测试结果如下表2所示。表2：由上表2的测试结结果可知，实施例1～4制备的钻井液产品i～iv钻井液产品流变性能良好，粘切适当，滤失量较低；其经150℃/16h老化后，性能稳定，符合现场应用要求。其中，实施例3的钻井液产品经150/16h老化后，中压滤失量变化不大，塑性粘度、动切力略有降低，动塑比老化前为0.43，老化后为0.38，老化前后体系的极压润滑系数均低于0.1，满足大斜度井/大位移井现场携岩和润滑的要求；而实施例4的钻井液产品加重至2.01g/cm3，经150℃/16h老化后，中压滤失量变化不大，高温高压滤失量也在较合理的范围，流变性可控，动切力适中，动塑比合理，静置后未出现加重材料的沉降现象，体系沉降稳定性好，满足高温高密度井的现场施工要求。进一步，按照与实施例1～3相同的制备防范，配制以下三组对比例：对比例1：100重量份水、5重量份膨润土、0.25重量份无水碳酸钠、0.3重量份pac-lv、3重量份red-daul、2重量份bz-fft、1重量份dt-862和1重量份超细碳酸钙。对比例2：100重量份水、3重量份膨润土、0.25重量份无水碳酸钠、0.3重量份ind-30、4重量份zj-008、1重量份bz-fft、1重量份bz-bl和2重量份白炭黑。对比例3：100重量份水、3重量份膨润土、0.15重量份无水碳酸钠、0.1重量份pac-lv、0.3重量份ind30、3重量份gwfl-n、3重量份hcc、2重量份bz-bl和2重量份jx-2。将实施例1与对比例1～3钻井液老化前后的各项性能对比，以评价不同配比的包被抑制剂、降滤失剂及固体刚性颗粒屏蔽暂堵剂对钻井液体系性能的影响。测试温度为室温；老化条件：150℃/16h。测试结果如下表3所示。表3：由上表3的测试结果可知，与实施例1相比，加入大分子包被抑制剂的体系粘度较高，不利于现场应用；加入固体刚性颗粒屏蔽暂堵剂的体系泥饼较厚，而且摩阻系数较大；未加入复合沥青的体系，老化前流性指数(n)和稠度系数(k)分别为0.64、0.88，而老化后分别为0.84、0.11，对比两组数据可知，复合沥青的加入更有利于高温后钻井液体系流型的保持。现场应用测试：本申请的去磺化环保型水基钻井液至今共进行现场试验11井次，具体现场试验统计结果如下表4所示。表4：由上表4的统计结果可知，去磺化环保型水基钻井液满足淡水体系，抗盐、抗钙体系，大斜度、大位移井体系，高密度、抗高温体系的现场应用要求，应用效果良好。进一步地，将实施例1晋古14-21x井去磺化环保型水基钻井液体系与同平台晋古14-20x井聚磺钻井液体系对比；其中，聚磺钻井液体系为：5％膨润土 0.25％纯碱 0.3％包被剂cfb 3％磺甲基酚醛树脂smp-1 5％磺化褐煤树脂smc 3％降滤失剂cfj-1 2％抗高温降滤失剂kjan 4％防塌剂乳化沥青 1.5％超细碳酸钙 2％润滑剂乳化渣油。钻井液性能具体对比结果如下表5所示。表5：由上表5的测试结果可知：去磺化环保型水基钻井液体系在现场施工过程中性能良好，流变性可调，滤失量较同平台聚磺钻井液体系低，滤失造壁性好，有利于现场应用。特别是平均井径扩大率仅为4.12％，远远低于同平台聚磺钻井液。进一步地，对同区块/平台应用去磺化环保型水基钻井液体系与聚磺钻井液体系的施工成本进行了对比，测试结果如表6所示。表6：由上表6的测试结果可知，去磺化环保型水基钻井液与同平台/区块聚磺钻井液的施工成本相当，并没有大幅度的增加，实现了经济效益和社会效益的统一。环保性能评价：根据sy/t6787-2010《水溶性油田化学剂环境保护技术要求》，对实施例1-4制备的去磺化环保型水基钻井液进行了环保性能评价，其测试结果如下表7所示。表7：测试例ec50(mg/l)实施例11.32×105实施例25.31×104实施例39.15×104实施例48.72×104根据生物毒性分级标准，10000＜ec50≤30000mg/l时，为无毒，ec50＞30000mg/l时，达到排放标准。由上表7的测试结果可知，实施例1～4的去磺化环保型水基钻井液ec50均大于30000mg/l，可达到排放标准，具有环保性。综上所述，本申请的去磺化环保型水基钻井液不仅适用于淡水井、而且适用于盐水井、大斜度井/大位移井、高温高密度井，而且现场应用效果良好，达到排放标准，符合环保要求，实现了经济效益和社会效益的统一。以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种去磺化环保型水基钻井液，其特征在于，其包括以重量份计的100份溶剂水、2～5份膨润土、0.1～0.25份无水碳酸钠、0.4～0.5份包被抑制剂、3～5份降滤失剂、2～3份封堵防塌剂、1～3份润滑剂、1～3份屏蔽暂堵剂、0～400份重晶石和0～10份氯化钠；其中，
包被抑制剂由低粘聚阴离子纤维素pav-lv、高粘聚阴离子纤维素pav-hv、两性离子聚合物包被剂fa-367、改性天然高分子包被抑制剂ind30中至少两种构成，四者的重量比为(0～0.2):(0～0.1):(0～0.1):(0.2～0.3)；
降滤失剂为生物聚合物型降滤失剂和合成聚合物降滤失剂的混合物，二者重量比为1:(1～2)；其中，生物聚合物型降滤失剂为天然高分子降滤失剂zj-008、天然高分子降滤失剂hfld-1、天然高分子降滤失剂gwfl-n中至少一种；合成聚合物降滤失剂为有机硅改性腐殖酸降滤失剂osam-k、有机硅改性淀粉降滤失剂si-scmc、抗高温改性淀粉red-daul中至少一种；
封堵防塌剂为复合沥青bz-fft、聚醇硬脂酸共聚物bz-yft、环保型水基钻井液用封堵剂bz-fd、胶束防塌剂hcc中至少一种；
润滑剂为高效防粘卡润滑剂dt-862、低凝固点润滑剂bz-bl、植物油液体润滑剂hy-202、植物油液体润滑剂hy-203中至少一种；
屏蔽暂堵剂为纳米二氧化硅ns-1、液体屏蔽暂堵剂srzd-z11、纤维状水溶性屏蔽暂堵剂jx-2中至少一种。
2.根据权利要求1所述的去磺化环保型水基钻井液，其特征在于，所述溶剂水为以氯化钠计的矿化度低于1.0％的天然淡水。
3.根据权利要求1所述的去磺化环保型水基钻井液，其特征在于，所述膨润土为天然钠基膨润土或钙基膨润土钠化改性膨润土。
4.一种如权利要求1～3中任一种所述的去磺化环保型水基钻井液的制备方法，其特征在于，步骤如下：
s1、量取重量为10倍膨润土重量的溶剂水，边搅拌边加入膨润土及占膨润土用量3wt.％～5wt.％的无水碳酸钠，低速搅拌1h，并于室温下养护24h制成预水化膨润土浆；
s2、量取重量为100倍包被抑制剂重量的溶剂水，边搅拌边缓慢加入包被抑制剂，低速搅拌1h，室温下养护24h制成包被抑制剂胶液；
s3、将步骤s1制备的预水化膨润土浆、步骤s2制备的包被抑制剂胶液和剩余的溶剂水放入高搅杯中，在高速电动搅拌下，再加入降滤失剂、封堵防塌剂、润滑剂和屏蔽暂堵剂，并可选择性地加入氯化钠和重晶石，继续搅拌20min，室温养护4h，即得到去磺化环保型水基钻井液。
5.根据权利要求4所述的去磺化环保型水基钻井液的制备方法，其特征在于，在步骤s1～s3中，低速电动搅拌的速度为3000±300r/min，高速电动搅拌的速度为11000±300r/min。
技术总结本发明公开了一种去磺化环保型水基钻井液及其制备方法，钻井液包括以重量份计的100份溶剂水、2～5份膨润土、0.1～0.25份无水碳酸钠、0.4～0.5份包被抑制剂、3～5份降滤失剂、2～3份封堵防塌剂、1～3份润滑剂、1～3份屏蔽暂堵剂、0～400份重晶石和0～10份氯化钠；具体依次通过制备预水化膨润土浆；制备包被抑制剂胶液；将水、预水化膨润土浆、包被抑制剂胶液、降滤失剂、封堵防塌剂、润滑剂和屏蔽暂堵剂混合搅拌均匀，并选择性地加入氯化钠和重晶石制得；该钻井液摒弃了磺化处理剂，原料来源广泛、易得，不仅适用于淡水井，而且适用于盐水井、大斜度井/大位移井、高温高密度井，现场应用效果良好，符合环保要求，且制备方法简单，条件易控，实现了经济效益和社会效益的统一。
技术研发人员：田惠;张克正;黄峰;史野;黄臣;吕东华;何鹏;田增艳;崔节磊;邢海楠;齐昌利
受保护的技术使用者：中国石油集团渤海钻探工程有限公司;中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：2020.11.26
技术公布日：2021.03.12
