本發(fā)明屬于石油勘探井和生產(chǎn)井用鉆井液技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低油水比油基鉆井液及其制備方法。
背景技術(shù)：
油基鉆井液是指以油作為連續(xù)相的鉆井液。與水基鉆井液相比較，油基鉆井液具有抗高溫、抗鹽鈣侵、潤滑性好、有利于井壁穩(wěn)定和對油氣層損害程度較小等多種優(yōu)點。
國外油基鉆井液發(fā)展迅速。exxon公司研制了以柴油為機油的高油水比鐵礦粉加重油包水乳化鉆井液，其含水量為8wt％-10wt％，并選用氧化鐵粉加重以降低體系中固相的體積百分含量。其結(jié)果可明顯降低塑性粘度和噴嘴處高剪速率下的流動阻力，使機械鉆速得以提高，但所需乳化劑含量較高，并且柴油毒性大。
國內(nèi)油基鉆井液也取得了很大的進展。中國石化公司勝利鉆井院以柴油為連續(xù)相的全油基鉆井液的實踐，現(xiàn)場效果表明該體系有效保護了儲層，使得試驗井油氣產(chǎn)量得到了較大幅度提升，但該體系存在環(huán)境污染嚴重的問題。
油基鉆井液體系大多采用原油或柴油作為基礎(chǔ)油，普遍存在環(huán)境污染嚴重、污染物難處理且處理成本高等問題。隨著各國對環(huán)境保護的規(guī)定更為嚴格，近年來國內(nèi)外采用了低毒礦物油作為分散介質(zhì)，通過調(diào)節(jié)油水比以及使用其他處理劑來滿足不同地層的性能要求。低毒油基鉆井液與常用油基鉆井液的主要區(qū)別是配制鉆井液所用的基礎(chǔ)油不同。低毒或無毒油基鉆井液采用的基礎(chǔ)油是精煉油(稱為白油)，白油是一種低毒礦物油，白油基鉆井液不僅具有其他油基鉆井液的所有特性，而且還具有低毒、安全、保護環(huán)境等優(yōu)勢。
國外halliburton公司研制的環(huán)保型高性能逆乳化油基鉆井液(hp-ie鉆井液)是頁巖氣水平井商業(yè)開發(fā)的杰出代表。hp-ie鉆井液以液體石蠟油和精煉礦物油的混合物作為連續(xù)相，使用油溶聚合物提高鉆井液油相粘度、摒棄有機土，該體系具有抑制性強、潤滑性好、塑性粘度低、儲層傷害小等突出特點。
國內(nèi)也有以白油為連續(xù)相的油基鉆井液體系。專利cn102304353b和cn102134477b公開的油基鉆井液采用全白油為連續(xù)相，該油基鉆井液體系適合低壓低滲地層。專利cn102031095a公開了一種以白油為連續(xù)相的油包水型油基鉆井液，該鉆井液抗溫達到240℃，能夠克服現(xiàn)有鉆井液抗溫能力不足的難題，有利于滿足深井超深井對鉆井液抗溫能力的要求。文獻《抗高溫油包水型乳化劑的研制與應(yīng)用》公開了一種油水比為85:15的抗高溫白油基鉆井液體系，體系密度為1.5g/cm3和1.8g/cm3時，抗溫均能達到220℃。文獻《白油基鉆井液在冀東淺海區(qū)域的應(yīng)用》公開了一種油水比為80:20、密度為1.2g/cm3的白油基鉆井液在冀東人工島淺海區(qū)域的應(yīng)用，該白油基鉆井液具有良好的流變性、電穩(wěn)定性和高溫?zé)岱€(wěn)定性，具有較低的密度及良好的觸變性，同時塑性粘度低，有利于提高鉆井速度。文獻《抗高溫高密度低毒油包水鉆井液技術(shù)》公開了一種抗高溫高密度低毒油包水鉆井液技術(shù)，該油基鉆井液體系采用3#白油作為連續(xù)相，具有強的抑制性，且抗污染能力強，能解決地層復(fù)雜、泥頁巖吸水膨脹、潤滑減阻效果不佳、儲層保護效果差等技術(shù)難題。
上述現(xiàn)有技術(shù)中的油基鉆井液仍以高油水比為主，且油包水型鉆井液油水比大部分為80:20，有些體系油水比甚至更高。另外，基于現(xiàn)場安全的考慮和受技術(shù)所限，高油水比鉆井液中常常加入大量的處理劑，這為降低油基鉆井液綜合成本帶來極大困難；同時高油水比鉆井液產(chǎn)生的鉆屑含油量高，為后期的環(huán)保處理帶來難度。盡管現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)存在關(guān)于低油水比鉆井液體系的研究報道，但是該鉆井液體系中往往加入大量的乳化劑，乳化劑的加量過大會改變孔隙內(nèi)巖石表面的親水親油基，造成儲層損害。因此，目前存在的問題是急需研究開發(fā)一種低乳化劑添加量的低油水比油基鉆井液及其制備方法。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低油水比油基鉆井液。該鉆井液由低毒環(huán)保的白油和低添加量的乳化劑為主要組分，配制油水比為(60:40)-(75:25)的油包水型鉆井液。該油基鉆井液具有油水比低、粘切較高、攜鹽能力強、流變性好、懸浮穩(wěn)定性好和毒性低等特點。
為此，本發(fā)明第一方面提供了一種低油水比油基鉆井液，其由包括油相、水相、乳化劑、潤濕劑、親油膠體、降濾失劑、石灰以及任選的加重劑的組分混合制得；其中，所述鉆井液的油水比為(60:40)-(75:25)；優(yōu)選所述鉆井液的油水比為(60:40)-(70:30)；更優(yōu)選所述鉆井液的油水比為(60:40)-(65:35)。
根據(jù)本發(fā)明，基于組分a和組分b的總體積計，所述鉆井液包括：
在本發(fā)明的一些優(yōu)選的實施例中，基于組分a和組分b的總體積計，所述鉆井液包括：
本發(fā)明所述“v％”是指體積百分數(shù)。例如，組分a和組分b的總體積為100ml，則“組分a，油相60v％-75v％”是指油相為60-75ml。
本發(fā)明所述“wt％”是指重量體積百分數(shù)。例如，組分a和組分b的總體積為100ml，則“組分c，乳化劑2.5wt％-4.0wt％”是指乳化劑為2.5-4.0g。
在本發(fā)明的一些實施例中，所述油相包括礦物5#白油、3#白油和7#白油中的一種或多種。
在本發(fā)明的另一些實施例中，所述水相為鹽溶液；所述鹽溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)為20wt％-30wt％；優(yōu)選所述鹽溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)為25wt％。優(yōu)選所述鹽包括氯化鈣、氯化鈉和氯化鉀中的一種或多種。
根據(jù)本發(fā)明，所述乳化劑包括主乳化劑和輔乳化劑；所述主乳化劑與輔乳化劑的重量比為(3-5):2。
根據(jù)本發(fā)明，所述主乳化劑為脂肪酸失水山梨醇酯類非離子表面活性劑。在本發(fā)明的一些實施例中，所述脂肪酸失水山梨醇酯類非離子表面活性劑包括失水山梨醇單油酸酯、失水山梨醇三油酸酯和失水山梨醇單硬脂酸酯中的一種或多種。
根據(jù)本發(fā)明，所述輔乳化劑為脂肪酸醇胺類非離子表面活性劑。在本發(fā)明的一些實施例中，所述脂肪酸醇胺類非離子表面活性劑包括油酸二乙醇胺、椰子油二乙醇胺、油酸三乙醇胺和油酸單乙醇胺中的一種或多種。
根據(jù)本發(fā)明，所述潤濕劑包括十二烷基三甲基溴化銨、聚氧乙烯二油酸酯和聚氧丙烯硬脂酸酯中的一種或多種。
在本發(fā)明的一些實施例中，所述親油膠體為有機土、聚酰胺樹脂和脂肪酸皂中的一種或多種。
在本發(fā)明的另一些實施例中，所述降濾失劑包括腐殖酸酰胺和/或氧化瀝青。
在本發(fā)明的一些實施例中，所述石灰為氧化鈣。
在本發(fā)明的另一些實施例中，所述加重劑包括重晶石和/或石灰粉。
根據(jù)本發(fā)明，所述重晶石為任選加入組分，其加入量按照鉆井液的密度要求確定。
本發(fā)明第二方面提供了一種如本發(fā)明第一方面所述的鉆井液的制備方法，其包括：
步驟s1，將組分a、組分c和組分d進行攪拌混合處理，制得混合物i；
步驟s2，將混合物i與組分b進行攪拌混合處理，制得混合物ii；
步驟s3，將混合物ii與組分e、組分f、組分g以及任選的組分h進行攪拌混合處理，制得低油水比油基鉆井液。
根據(jù)本發(fā)明方法，組分a油相與組分b水相互不相溶，需加入表面活性劑進行處理后再混合，組分c乳化劑與組分d潤濕劑均為表面活性劑，因此，在制備鉆井液的方法中，首先將組分a、組分c和組分d進行攪拌混合處理后，再加入組分b水相可以得到比較穩(wěn)定的油包水乳狀液。待形成穩(wěn)定的油包水乳狀液后再分別加入組分e親油膠體、組分f降濾失劑、組分g石灰以及任選的組分f加重劑等固相顆粒，通過攪拌混合處理使得油包水乳狀液均勻分散形成穩(wěn)定的油基鉆井液。
根據(jù)本發(fā)明方法，在步驟s3中，組分e、組分f和組分g的加入不分先后順序。例如，在本發(fā)明的一些實施例中，先將混合物ii與組分e進行攪拌混合處理，然后加入組分f進行攪拌混合處理，再加入組分g進行攪拌混合處理，最后加入組分h進行攪拌混合處理。在本發(fā)明的另一些實施例中，先將混合物ii與組分f進行攪拌混合處理，然后加入組分g進行攪拌混合處理，再加入組分e進行攪拌混合處理，最后加入組分h進行攪拌混合處理。在本發(fā)明的其他實施例中，先將混合物ii與組分g進行攪拌混合處理，然后加入組分f進行攪拌混合處理，再加入組分e進行攪拌混合處理，最后加入組分h進行攪拌混合處理。
根據(jù)本發(fā)明方法，上述各步驟中所述攪拌混合處理均為高速攪拌混合處理。在本發(fā)明的一些實施例中，所述攪拌混合處理的時間為20-30min；所述攪拌混合處理的轉(zhuǎn)速為10000-12000r/min。
本發(fā)明通過采用高速攪拌混合處理將互不相溶的油水兩相在乳化劑和潤濕劑的作用下形成穩(wěn)定的油包水乳狀液。攪拌混合處理的轉(zhuǎn)速越高，越有利于將水相分散成更小的液滴，形成的乳狀液的穩(wěn)定性也越高；同時高速攪拌混合處理也有利于親油膠體、降濾失劑、石灰以及任選的加重劑等固相顆粒在乳狀液中的均勻分散，從而形成穩(wěn)定的油基鉆井液。
本發(fā)明所述用語“水”如無特殊說明，均指自來水。
本發(fā)明所述用語“任選的”是指含有或不含有，亦指加入或不加入。
如無特殊說明，本發(fā)明所用的低油水比鉆井液的制備原料均可使用市售原料。
油水比低的鉆井液通常需要加入高添加量的乳化劑才能形成穩(wěn)定的油包水乳狀液。本發(fā)明的發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的低油水比鉆井液配方即使在低乳化劑添加量下，仍然可以形成穩(wěn)定的油包水乳狀液，并且該鉆井液的流變性能穩(wěn)定、乳化穩(wěn)定性好、毒性低。
本發(fā)明提供的低油水比油基鉆井液具有以下優(yōu)點：
(1)本發(fā)明提供的鉆井液油水比低、粘切較高、攜鹽能力強、流變性好、懸浮穩(wěn)定性好；
(2)本發(fā)明提供的鉆井液破乳電壓能達到500v以上，高于sy/t6615-2005油包水型鉆井液用乳化劑對破乳電壓的要求(≥400v)，高溫高壓失水在3ml以內(nèi)，體系潤滑性能較好，生物毒性低；
(3)本發(fā)明提供的鉆井液適用于大斜度定向井、頁巖水平井和各種復(fù)雜地層井等特殊施工工藝。
具體實施方式
為使本發(fā)明更加容易理解，下面將結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明，這些實施例僅起說明性作用，并不局限于本發(fā)明的應(yīng)用范圍。
(1)采用“gb/t16783.2-2012石油天然氣工業(yè)鉆井液現(xiàn)場測試第2部分油基鉆井液”規(guī)定的方法與儀器測定鉆井液的密度；
(2)采用“gb/t16783.2-2012石油天然氣工業(yè)鉆井液現(xiàn)場測試第2部分油基鉆井液”規(guī)定的方法與儀器測定鉆井液的塑性粘度；
(3)采用“gb/t16783.2-2012石油天然氣工業(yè)鉆井液現(xiàn)場測試第2部分油基鉆井液”規(guī)定的方法與儀器測定鉆井液的動切力；
(4)采用“gb/t16783.2-2012石油天然氣工業(yè)鉆井液現(xiàn)場測試第2部分油基鉆井液”規(guī)定的方法與儀器測定鉆井液的破乳電壓；
(5)采用“gb/t16783.2-2012石油天然氣工業(yè)鉆井液現(xiàn)場測試第2部分油基鉆井液”規(guī)定的方法與儀器測定鉆井液的api濾失量和高溫高壓(hthp)濾失量；高溫高壓濾失量在鉆井液老化溫度下測定，壓力為3.5mpa。
(6)采用“sy/t6094-1994石油天然氣工業(yè)“鉆井液用潤滑劑評價程序”規(guī)定的方法與儀器測定鉆井液的潤滑系數(shù)。
實施例
實施例1
(1)油水比為60:40的鉆井液的配方：以油相和水相的總體積為計算基準，礦物5#白油：60.0v％；質(zhì)量分數(shù)為25％的cacl2水相：40.0v％；乳化劑(主乳化劑為失水山梨醇單油酸酯，輔乳化劑為油酸二乙醇胺，主乳化劑與輔乳化劑的重量比為5:2)：4.0wt％；十二烷基三甲基溴化銨：0.5wt％；有機土：1.5wt％；腐殖酸酰胺：4.0wt％；氧化鈣：1.5wt％；重晶石加重至密度為1.20g/cm3的油基鉆井液。
(2)鉆井液的制備方法：按上述組分配比在240ml白油中加入11.43g失水山梨醇單油酸酯、4.57g油酸二乙醇胺和2g十二烷基三甲基溴化銨，在高速攪拌機中以12000r/min的轉(zhuǎn)速進行高速攪拌20min；在高速攪拌的狀態(tài)下加入質(zhì)量分數(shù)為25％的cacl2水相160ml進行高速攪拌20min；然后加入6g有機土進行高速攪拌20min；再加入16g腐殖酸酰胺進行高速攪拌20min；然后再加入6g氧化鈣進行高速攪拌20min；最后加入重晶石進行高速攪拌20min后，制得油基鉆井液。
(3)鉆井液的性能評價：在進行鉆井液老化性能測試之前，首先測試制得的鉆井液的性能，結(jié)果見表1。然后將鉆井液放入高溫老化罐中，在100℃下滾動老化16h，冷卻到50℃后測試鉆井液老化后的性能，結(jié)果見表1。
實施例2
(1)油水比為65:35的鉆井液的配方：以油相和水相的總體積為計算基準，礦物5#白油：65.0v％；質(zhì)量分數(shù)為25％的cacl2水相：35.0v％；乳化劑(主乳化劑為失水山梨醇單油酸酯，輔乳化劑為油酸二乙醇胺，主乳化劑與輔乳化劑的重量比為2:1)：3.5wt％；十二烷基三甲基溴化銨：0.75wt％；有機土：2.0wt％；腐殖酸酰胺：4.0wt％；氧化鈣：1.5wt％；重晶石加重至密度為1.50g/cm3的油基鉆井液。
(2)鉆井液的制備方法：按上述組分配比在240ml白油中加入9.33g失水山梨醇單油酸酯、4.67g油酸二乙醇胺和3g十二烷基三甲基溴化銨，在高速攪拌機中以12000r/min的轉(zhuǎn)速進行高速攪拌20min；在高速攪拌的狀態(tài)下加入質(zhì)量分數(shù)為25％的cacl2水相160ml進行高速攪拌20min；然后加入16g腐殖酸酰胺進行高速攪拌20min；再加入6g氧化鈣進行高速攪拌20min；然后再加入8g有機土進行高速攪拌20min；最后加入重晶石進行高速攪拌20min后，制得油基鉆井液。
(3)鉆井液的性能評價同實施例1。
實施例3
(1)油水比為70:30的鉆井液的配方：以油相和水相的總體積為計算基準，礦物5#白油：70.0v％；質(zhì)量分數(shù)為25％的cacl2水相：30.0v％；乳化劑(主乳化劑為失水山梨醇三油酸酯，輔乳化劑為椰子油二乙醇胺，主乳化劑與輔乳化劑的重量比為2:1)：3.0wt％；十二烷基三甲基溴化銨：1.0wt％；有機土：2.5wt％；腐殖酸酰胺：4.0wt％；氧化鈣：1.5wt％；重晶石加重至密度為1.50g/cm3的油基鉆井液。
(2)鉆井液的制備方法：按上述組分配比在240ml白油中加入8g失水山梨醇三油酸酯、4g椰子油二乙醇胺和4g十二烷基三甲基溴化銨，在高速攪拌機中以12000r/min的轉(zhuǎn)速進行高速攪拌20min；在高速攪拌的狀態(tài)下加入質(zhì)量分數(shù)為25％的cacl2水相160ml進行高速攪拌20min；然后加入6g氧化鈣進行高速攪拌20min；再加入16g腐殖酸酰胺進行高速攪拌20min；然后再加入10g有機土進行高速攪拌20min；最后加入重晶石進行高速攪拌20min后，制得油基鉆井液。
(3)鉆井液的性能評價同實施例1。
實施例4
(1)油水比為75:25的鉆井液的配方：以油相和水相的總體積為計算基準，礦物5#白油：75.0v％；質(zhì)量分數(shù)為25％的cacl2水相：25.0v％；乳化劑(主乳化劑為失水山梨醇三油酸酯，輔乳化劑為椰子油二乙醇酰胺，主乳化劑與輔乳化劑的重量比為3:2)：2.5wt％；十二烷基三甲基溴化銨：1.0wt％；有機土：3.0wt％；腐殖酸酰胺：4.0wt％；氧化鈣：1.5wt％；重晶石加重至密度為1.50g/cm3的油基鉆井液。
(2)鉆井液的制備方法：按上述組分配比在240ml白油中加入6g失水山梨醇三油酸酯、4g椰子油二乙醇胺和4g十二烷基三甲基溴化銨，在高速攪拌機中以12000r/min的轉(zhuǎn)速進行高速攪拌20min；在高速攪拌的狀態(tài)下加入質(zhì)量分數(shù)為25％的cacl2水相160ml進行高速攪拌20min；然后加入12g有機土進行高速攪拌20min；再加入6g氧化鈣進行高速攪拌20min；然后再加入16g腐殖酸酰胺進行高速攪拌20min；最后加入重晶石進行高速攪拌20min后，制得油基鉆井液。
(3)鉆井液的性能評價同實施例1。
實施例5
(1)鉆井液的配方同實施例1。
(2)鉆井液的制備方法同實施例1。
(3)鉆井液的性能評價同實施例1，只是將滾動老化的溫度改為120℃。
實施例6
(1)鉆井液的配方同實施例1。
(2)鉆井液的制備方法同實施例1。
(3)鉆井液的性能評價同實施例1，只是將滾動老化的溫度改為150℃。
實施例7
根據(jù)gb/t18420.2-2009鉆井液生物毒性評價方法，室內(nèi)利用蠕蟲實驗考察實施例3中油基鉆井液的生物毒性，測得該鉆井液的lc50為19124mg/l。
表1油基鉆井液的性能
從表1的實施例1、實施例5和實施例6中數(shù)據(jù)可以看出，油水比為60:40的油基鉆井液，隨著老化溫度的升高，破乳電壓呈小幅度降低趨勢，但破乳電壓均在500v以上；鉆井液塑性黏度和動切力變化不大，高溫高壓(hthp)濾失量雖略有增大，但仍比較小，150℃老化后濾失量為2.8ml。這表明本發(fā)明鉆井液在150℃以下范圍內(nèi)具有較好的抗溫性。本發(fā)明低油水比鉆井液在不同的老化溫度下，潤滑系數(shù)都在0.081以下，表明該低油水比油基鉆井液具有較好的潤滑效果。
從表1的實施例1-4中數(shù)據(jù)可以看出，隨著油水比的降低，鉆井液的粘度略微增加，穩(wěn)定性降低不大。對于本發(fā)明的油基鉆井液而言，即使油水比低至60:40的鉆井液也具有較好的電穩(wěn)定性，該鉆井液同時具有優(yōu)良的性能，油水比的下降，大大節(jié)省了鉆井液基礎(chǔ)油的費用。
從實施例7中油基鉆井液的生物毒性數(shù)據(jù)表明，該毒性高于美國石油學(xué)會規(guī)定的油基鉆井液lc50＞10000mg/l即可排放的標準和我國海洋一類海域排放標準(一類海域排放標準為lc50≥15000mg/l)。因此，本發(fā)明制得的油基鉆井液具有相對更低的生物毒性，更適于在環(huán)境敏感地區(qū)施工。
應(yīng)當注意的是，以上所述的實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制。通過參照典型實施例對本發(fā)明進行了描述，但應(yīng)當理解為其中所用的詞語為描述性和解釋性詞匯，而不是限定性詞匯?？梢园匆?guī)定在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)對本發(fā)明作出修改，以及在不背離本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)對本發(fā)明進行修訂。盡管其中描述的本發(fā)明涉及特定的方法、材料和實施例，但是并不意味著本發(fā)明限于其中公開的特定例，相反，本發(fā)明可擴展至其他所有具有相同功能的方法和應(yīng)用。