一种耐高温油包水基钻井液及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种油包水钻井液及其制备方法，钻井液包括油相、水相和添加剂，添加剂包括改性高软化点沥青组合物颗粒、乳化剂等其它助剂。本发明专利技术解决了高软化点沥青应用于油基钻井液时，由于油溶性高，不能保持很好的颗粒状态和高温变形能力，而造成的封堵和降滤失效果变差等问题。同时，使油包水钻井液的热稳定性和电稳定性都得到显著提高，可以广泛用于深层油气钻井作业过程中。

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温油包水基钻井液及其制备方法
本专利技术涉及一种油包水基钻井液及其制备方法，特别是含有高软化点沥青组合物钻井液，属于石油钻井开采

技术介绍
随着油气勘探逐步向深层发展，钻遇高温高压地层的机会逐渐增加。这些都对钻井液体系提出了更高的要求。与水基钻井液相比，油基钻井液具有抗污染能力强，润滑性好，抑制性强，有利于保持井壁稳定，能最大限度地保护油气层，易于维护等特点。油基钻井液优良的高温稳定性及抑制性，使其在钻复杂井，特别是钻高温深井和水敏性地层中，优势更加明显。能够有效地保护水敏性油气层，提高油气产量。油基钻井液是指以油作为连续相的钻井液，分为全油基钻井液和油包水乳化钻井液。全油基钻井液中含水量多在5％以下。油包水乳化钻井液由油、水、乳化剂、降滤失剂、活度平衡剂等组成，钻井液中水含量在5％-30％之间。但抗高温在180℃以上的油包水钻井液中的水含量一般在5％-10％，很少超过15％以上。水含量的增加，会使体系的动切力增加，流变性变好，提高携带岩屑的能力。但是会使其热稳定性和电稳定性下降。为保证油包水钻井液体系的电稳定性，特别是高水含量的油包水钻井液，需要使用大量多种的乳化剂，这会改变孔隙内岩石表面的亲水亲油性，造成储层损害。CN1661958公开了一种合成基钻井液，尽管在150℃下老化16小时后能保持较好的流变性和电稳定性，但是含水量最高为25％。而更高温度和水含量下的使用性能未见报道。油基钻井液虽然优点很多，但是在高温深井中应用时，与之适应的抗高温处理剂却成了制约其发展的因素之一。处理剂中的降滤失剂主要用于控制钻井液体系的滤失量和稳定性。针对这种高温高压的使用环境，国外研制出了一种在油基钻井液中溶解性好，抗高温能力强的油溶性聚合物颗粒降滤失剂。这种聚合物颗粒在降滤过程中能在外部形成薄且易变形的泥饼，在内部聚合物颗粒会封堵地层孔隙。虽能起到较好的降滤失效果，但价格昂贵。沥青类产品与特种聚合物相比，价格低廉且材料来源广泛，是国内外现代钻井工程不可缺少的重要剂种之一，具有良好的防塌、润滑、降低滤失和高温稳定等综合效能。然而，一般软化点沥青会因为过度软化甚至流淌而无法满足深井下的高温作业要求。高软化点沥青是指软化点在100℃以上，尤其是在120℃以上的沥青。高软化点沥青因其出色的抗高温能力而有着比较广泛的应用。高软化点沥青可以用于深层油气田的钻井作业中，作为钻井液的重要组成部分，可以在高温条件下起到封堵、防塌，稳定井壁，降低滤失量的作用。但是，单纯的高软化点沥青颗粒在应用于钻井液体系当中时，由于颗粒变形能力相对有限，粘弹性相对较差，存在油气层孔道不规则时，不能很好地嵌入其中等问题。而且软化点越高，沥青的脆硬性越明显，难以起到良好的封堵和降滤失效果。CN102304353A和CN103013460A公开了一种将橡胶粉、天然沥青和超细碳酸钙按一定比例混合、粉碎的方法制备沥青颗粒组合物，有的还加入了聚合物纤维等。这种方法只是将橡胶粉(和\或聚合物纤维)和沥青简单地混合，二者并没有形成有机的整体，难以在较宽的粘弹区间内持续发挥作用。此外，所用沥青为天然沥青，软化点不易控制或在80到120℃之间，油溶物含量高达98％以上，在油基钻井液中使用时，基本上都溶在油相当中，抗高温性能变差。而橡胶粉在白油或柴油组成的连续相中长时间浸泡溶胀，可能会发生聚结，破坏整个钻井液体系的稳定性。
技术实现思路
针对现有技术在沥青颗粒应用于油包水钻井液过程中存在油溶度高，钻井液体系中缺乏沥青颗粒对地层孔道和裂缝进行有效封堵，使其滤失量增加，悬浮能力及抗高温能力变差等问题，本专利技术提供一种高性能油包水基钻井液，以有效克服以上缺陷。本专利技术通过将高软化点沥青和含硫改性剂制成特殊结构的组合物颗粒，将其作为一种性能调节剂加入到油基钻井液中，并配合其它添加剂，使钻井液的粘切性及润滑性得到改善，起到很好地封堵、防塌和降滤失效果，同时提高了钻井液的携岩能力。此外，在制备较高水含量的油包水钻井液时，通过加入适宜的乳化剂，可以得到稳定的钻井液体系，保证了油包水钻井液的使用性能。本专利技术提供一种高性能油包水钻井液，包括油水基液和添加剂；其中油水基液按体积比为，油相:水相＝90:10～60:40，其中水相为10～30％浓度的氯化钙水溶液。所述油相包括柴油、生物柴油、白油、植物油，优选白油。添加剂以油水基液质量计，包括如下组分：(1)乳化剂：0.1～3％(2)有机土：1～3％(3)性能调节剂：1～5％。钻井液中还可加入加重剂，使钻井液密度达到1.50～2.10g/cm3。乳化剂为长链脂肪酰胺系列表面活性剂，如月桂酰二乙醇胺、油酸酰胺、油酰二乙醇胺、椰油酰二乙醇胺中的一种或几种；或是脂肪酸聚氧乙烯酯系列，如松香酸聚氧乙烯酯、油酸聚氧乙烯酯、硬脂酸聚氧乙烯酯中的一种或几种；加重剂是重晶石、石灰石，或他们的混合物。其中的性能调节剂含有一种改性高软化点沥青并具有特殊结构的组合物颗粒，该沥青组合物颗粒中以重量份计，包括高软化点沥青7～9份；改性剂1～3份；改性高软化点沥青组合物颗粒具有如下结构：包括由基础沥青构成的核和由改性剂形成的壳，按质量份数计，核为7～9份，壳为1～3份；所述改性剂包括聚合硫和游离硫，改性剂中聚合硫和游离硫的重量比为3:7～7:3，所述基础沥青为软化点为100～200℃的沥青，选自氧化沥青、溶剂脱油沥青、天然沥青中的至少一种；沥青组合物颗粒的平均粒径为小于100目。本专利技术钻井液制备方法包括如下过程：(1)制备改性高软化点沥青组合物颗粒：将基础沥青加入至水中进行粉碎，加入稳定分散剂和稳定剂，得到沥青液；将硫磺加热至120～160℃，10～60分钟后，加热至500～600℃，同时通入惰性气体，保持压力0.5～2.0MPa，反应10～100分钟，形成聚合硫蒸汽；将聚合硫蒸汽喷入到步骤①的沥青液中，两者的加入量按硫磺与基础沥青的质量比为1～3:7～9，形成包覆改性剂的沥青颗粒并悬浮于液相中，40～65℃条件下保持30～120分钟，进行脱水和干燥，所得固体用振动筛进行筛分，得到改性高软化点沥青颗粒；(2)制备钻井液：首先按所需的油水比例用量筒量取基油和一定浓度的氯化钙水溶液，装入带有搅拌装置的容器中，加入乳化剂，在常温下高速搅拌15～20分钟，加入有机土，搅拌5～10分钟；然后加入按步骤(1)方法制备的高软化点沥青组合物颗粒，继续搅拌20～40分钟；加入加重剂，把钻井液密度调节到需要值，搅拌10～20分钟，得到稳定的油包水基钻井液。上述制备步骤(1)中，改性高软化点沥青组合物颗粒的制备过程如下：进一步地，所述稳定分散剂选自脂肪胺聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯醚中的至少一种；其加入量为基础沥青重量的0.1～5.0％。进一步地，所述稳定剂选自异丙醇、4-氯-1-丁醇、6-氯-1-己醇、4-溴苯甲醇、二硫化二异丙基黄原酸酯和二硫化二正丁基黄原酸酯中的至少一种；其加入量为硫磺重量的0.01～0.5％。进一步地，所述基础沥青为软化点为100～200℃的沥青，选自氧化沥青、溶剂脱油沥青、天然沥青中的至少一种。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：(1)在本专利技术的制备方法中，基础沥青在水中粉碎可以避免因放热造成的颗粒重新粘结，沥青液可以作为淬冷液，沥青本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐高温油包水钻井液，其特征在于：包括油水基液和添加剂；其中油水基液按体积比为，油相:水相=90:10～60:40，其中水相为10～30%浓度的氯化钙水溶液。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温油包水钻井液，其特征在于：包括油水基液和添加剂；其中油水基液按体积比为，油相:水相=90:10～60:40，其中水相为10～30%浓度的氯化钙水溶液。2.根据权利要求1所述的一种耐高温油包水钻井液，其特征在于所述油相包括柴油、生物柴油、白油、植物油，优选白油。3.根据权利要求1所述的一种耐高温油包水钻井液，其特征在于所述的添加剂以油水基液质量计，包括如下组分：（1）乳化剂：0.1～3%（2）有机土：1～3%（3）性能调节剂：1～5%。4.根据权利要求3所述的一种耐高温油包水钻井液，其特征在于所述乳化剂为长链脂肪酰胺系列表面活性剂，如月桂酰二乙醇胺、油酸酰胺、油酰二乙醇胺、椰油酰二乙醇胺中的一种或几种；或是脂肪酸聚氧乙烯酯系列，如松香酸聚氧乙烯酯、油酸聚氧乙烯酯、硬脂酸聚氧乙烯酯中的一种或几种。5.根据权利要求3所述的一种耐高温油包水钻井液，其特征在于所述性能调节剂含有一种改性高软化点沥青并具有特殊结构的组合物颗粒，该沥青组合物颗粒中以重量份计，包括高软化点沥青7～9份；改性剂1～3份；改性高软化点沥青组合物颗粒具有如下结构：包括由基础沥青构成的核和由改性剂形成的壳，按质量份数计，核为7~9份，壳为1~3份；所述改性剂包括聚合硫和游离硫，改性剂中聚合硫和游离硫的重量比为3:7~7:3，所述基础沥青为软化点为100～200℃的沥青，选自氧化沥青、溶剂脱油沥青、天然沥青中的至少一种；沥青组合物颗粒的平均粒径为小于100目。6.根据权利要求1所述的一种耐高温油包水钻井液，其特征在于还包括加重剂，使钻井液密度达到1.50～2.10g/cm3；所述加重剂是重晶石、石灰石，或他们的混合物。7.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：马骏，
申请(专利权)人：辽宁石油化工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21