用于高溫地層的油基鉆井液及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于高溫地層的油基鉆井液及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，針對不同地層的條件，開發(fā)了不同類型的鉆井液。其中，泡沫鉆井液由于 泡沫密度小，具有較強的清除和攜帶巖屑能力，應(yīng)用于鉆井過程可以提高機械鉆速、有效 控制地層漏失、減少壓差卡鉆次數(shù)、降低鉆頭消耗和所需功率等優(yōu)勢，對于低壓儲層的鉆 探和開發(fā)，是最理想的鉆井液。但是目前常規(guī)的泡沫鉆井液如專利CN200410021014. 8、 CN200410013232. 7、CN200710113558. (K201210310014. 4 以及CN201010565685. 6 等都是以 水相作為連續(xù)介質(zhì)，依靠發(fā)泡劑的作用，通過與空氣、氮氣、天然氣或廢氣混合來降低密度 形成的泡沫或微泡，由于基液密度高，體系密度的降低程度受客觀條件的限制，特別是在一 些低壓深井地區(qū)，鉆井液穩(wěn)定性受到較大的影響，而且在水敏性強的低壓儲層容易造成泥 頁巖水化膨脹，限制了該技術(shù)的應(yīng)用。
[0003] 油基泡沫鉆井技術(shù)是新興的鉆井技術(shù)，能夠在超低壓、高溫、深井和水敏性強地層 應(yīng)用。發(fā)展油基泡沫鉆井，可以有效解決常規(guī)水基泡沫鉆井遇到的由于泥頁巖水化作用引 發(fā)的井漏、井壁坍塌、卡鉆等復(fù)雜問題，對儲層保護具有重要意義，是一種很有潛力的鉆井 方法。然而油基泡沫的熱穩(wěn)定性是目前該鉆井液體系面臨的主要難題。
[0004] 專利AU2006202080A1公開了一種低密度的油基泡沫鉆井液體系，但是該文獻中 形成的泡沫半衰期只有10分鐘，難以滿足鉆井工藝的需求。專利CN201210150219. 0也公 開了一種低密度油基鉆井體系，但由于所用發(fā)泡劑為失水山梨醇脂肪酸酯，存在使用溫度 的局限性，故難以滿足高溫鉆井工藝的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是現(xiàn)有高溫低壓及水敏性儲層鉆井過程中存在 的井漏、井壁坍塌、卡鉆等復(fù)雜問題，提供一種新的耐高溫低密度油基鉆井液。該鉆井液具 有耐高溫、密度低、抑制泥巖水化膨脹以及良好的油氣層保護效果的優(yōu)點，可應(yīng)用于高溫低 壓地層鉆井作業(yè)。
[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之二為解決上述技術(shù)問題之一的用于高溫地層的油 基鉆井液的制備方法。
[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之三為解決上述技術(shù)問題之一的用于高溫地層的油 基鉆井液在油田鉆井中的應(yīng)用。
[0008] 為解決上述技術(shù)問題之一，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：用于高溫地層的油基鉆 井液，以重量份數(shù)計包括以下組分：
[0009] (1)90份的基油；
[0010] (2)1~8份的發(fā)泡劑；
[0011] (3)1~8份的穩(wěn)泡劑；
[0012] 其中，發(fā)泡劑的分子通式為A1-O-(C3H6O)z-R2，其中，R1和R2均獨立選自C1-C20的 脂肪基、芳基中的任意一種，z= 20-100 ;穩(wěn)泡劑為油溶性的氟或/和硅表面活性劑。
[0013] 上述技術(shù)方案中，所述的穩(wěn)泡劑優(yōu)選為分子由下述式（1)和（2)兩種結(jié)構(gòu)單元構(gòu) 成：
[0014]
[0015] 其中，R3和R4均獨立優(yōu)選自H或C1-C4的烷基，更優(yōu)選為H或甲基；R'優(yōu)選選自 C1-C2。的F取代的脂肪基或芳香基，更優(yōu)選自C8-C18的F取代的飽和脂肪基或芳香基，進一 步優(yōu)選為C8-C18的F取代的飽和脂肪烴基或芳香烴基，更進一步優(yōu)選為C8-C18的F取代的烷 基，F(xiàn)與H的比例優(yōu)選為0<aAa+b) < 1，更優(yōu)選0<aAa+b)彡0. 8,進一步優(yōu)選0彡a/ (a+b)彡0. 5,a為R'中H的原子個數(shù)，b為R'中F的原子個數(shù)；R' '優(yōu)選自C1-C4。的脂肪 基或芳香基，更優(yōu)選為Cw-C18的飽和脂肪基或芳香基，進一步優(yōu)選為Cw-C18的飽和脂肪烴 基或芳香烴基，更進一步優(yōu)選為Cw-C18的烷基。
[0016] 上述技術(shù)方案中，所述的基油優(yōu)選為烴或/和酯，如可以是本領(lǐng)域常用的石油油 料或其餾分、植物油、各種合成的有機液體或其混合物，進一步優(yōu)選方案為礦物油和/或柴 油；更優(yōu)選為0#柴油、3#白油、5#白油、7#白油、液體石蠟中的至少一種。
[0017] 上述技術(shù)方案中，所述的R1優(yōu)選自C8-C16的脂肪基、芳基中的任意一種，更優(yōu)選為 C8-C16的脂肪烴基，進一步優(yōu)選為C8-C16的飽和脂肪基，更進一步優(yōu)選為C8-C16的烷基；R2優(yōu) 選自C1-C16的脂肪基、芳基中的任意一種，更優(yōu)選為C1-C16的脂肪烴基，進一步優(yōu)選為C1-C16 的飽和脂肪烴基，更進一步優(yōu)選為C1-C16的烷基；優(yōu)選Z= 30-60。
[0018] 上述技術(shù)方案中，所述的油基鉆井液優(yōu)選添加0-10份增粘劑，更優(yōu)選為0-2份，增 粘劑沒有特殊要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的可用于油基鉆井液的增粘劑均可以用于本發(fā) 明，例如油溶性的高分子化合物，如常用的順丁橡膠、乙丙橡膠，順丁橡膠、乙丙橡膠的分子 量優(yōu)選為數(shù)均分子量1~1000萬，更優(yōu)選為數(shù)均分子量1~100萬。
[0019] 為解決上述技術(shù)問題之二，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：用于高溫地層的油基鉆 井液的制備方法，包括以下步驟：
[0020] (1)將R1-OH和環(huán)氧丙烷加入到反應(yīng)釜中，在丙氧基化催化劑的存在下，反應(yīng)溫度 為30-150°C，反應(yīng)2-20小時，然后加入R2-Cl,繼續(xù)反應(yīng)3-15小時，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)處理得到 通式為R1-O-(C3H6O)z-R2的發(fā)泡劑；
[0021] (2)將單體C2H2R3COOIT和C2H2R4COOIT'加入到反應(yīng)釜中，以占上述兩種單體總的 質(zhì)量計，加入〇. 1 % -2%的油溶性引發(fā)劑，反應(yīng)溫度為50-120°C，反應(yīng)3-12小時，反應(yīng)結(jié)束 后經(jīng)處理得到由所述分子結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的穩(wěn)泡劑；
[0022] (3)按所述組分份數(shù)，將基油、（1)中所合成的發(fā)泡劑、⑵中所合成的穩(wěn)泡劑混合 均勻，制得所述的油基鉆井液。
[0023] 上述技術(shù)方案中，所述的丙氧基化催化劑可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的催化 劑，如堿性催化劑，優(yōu)選為氫氧化鉀；油溶性引發(fā)劑可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的高分子 領(lǐng)域用以自由基聚合的任意油溶性的引發(fā)劑，優(yōu)選為AIBN、過氧化苯甲酰中的至少一種。
[0024] 為解決上述技術(shù)問題之三，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：用于高溫地層的油基鉆 井液在油田鉆井中的應(yīng)用。
[0025] 上述技術(shù)方案中，所述高溫地層溫度優(yōu)選為80_200°C。
[0026] 上述技術(shù)方案中，用于高溫地層的油基鉆井液在油田鉆井中的應(yīng)用前，可以采用 本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的技術(shù)手段，如在空氣中剪切形成泡沫。
[0027] 上述技術(shù)方案中，所述用于高溫地層的油基鉆井液中，還可以添加本領(lǐng)域技術(shù)人 員所熟知的其他助劑，如降濾失劑等。
[0028] 本發(fā)明的耐高溫低密度油基鉆井液通過采用油作為基液，具有很強的抑制性，應(yīng) 用于高溫低壓及水敏性儲層鉆井過程中油層保護效果顯著；選擇的發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑組成的 泡沫體系可以降低油/空氣表面張力，有利于油基泡沫的生成，從根本上降低鉆井液密度， 同時此發(fā)泡體系有良好的耐高溫性，在高溫地層產(chǎn)生的泡沫穩(wěn)定性強。
[0029] 采用本發(fā)明的技術(shù)方案，油基鉆井液體系可控制形成密度0. 5g/cm3~0. 9g/cm3 的油基泡沫，半衰期30分鐘以上，并且在高溫老化8小時后仍可控制形成密度0. 5g/cm3~ 0. 9g/cm3的油基泡沫，半衰期30分鐘以上，取得了較好的技術(shù)效果。
【具體實施方式】
[0030] 【比較例1】
[0031] 取90份白油、2份失水山梨醇脂肪酸酯、2份實施例1中所合成的氟碳丙烯酸酯， 攪拌均勻，得到油基鉆井液，將得到的油基鉆井液在空氣中剪切60分鐘，測定該體系發(fā)泡 200mL，密度0. 68g/cm3,泡沫半衰期32分鐘，150°C老化8小時后攪拌60分鐘，測定該體系 發(fā)泡130mL，密度0. 86g/cm3,泡沫半衰期15分鐘。
[0032]【實施例1】
[0033] (1)將5*CSH17-0H和67克環(huán)氧丙烷加入到反應(yīng)釜中，加入0.5克K0H，反應(yīng)溫 度為KKTC，反應(yīng)6小時，然后加入6克C8H17-Cl,繼續(xù)反應(yīng)3小時，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)處理得到 C8H17O(C3H6O)30C8H17；
[0034] (2)將10克C2H3COOC8H5F12和50克C2H3COOCiqH21加入到反應(yīng)釜中，然后加入正己 烷，加入0. 66克AIBN，反應(yīng)溫度為50°C，反應(yīng)5小時，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)處理得到由所述分子結(jié) 構(gòu)單元構(gòu)成的穩(wěn)泡劑；
[0035] (3)取90份白油、2份⑴中所合成的發(fā)泡劑和2份⑵中所合成的穩(wěn)泡劑，攪拌 均勻，得到用于高溫地層的油基鉆井液。
[0036] (4)將得到的用于高溫地層的油基鉆井液在空氣中剪切60分鐘，測定該體系發(fā)泡 220mL，密度0. 66g/cm3,泡沫半衰期38分鐘，150°C老化8小時后攪拌60分鐘，測定該體系 發(fā)泡210mL，密度0. 66g/cm3,泡沫半衰期38分鐘。
[0037] 【實施例2】
[0038] (1)將5克C12H25-OH和55克環(huán)氧丙烷加入到反應(yīng)釜中，加入0? 5克K0H，反應(yīng)溫度 為90°C，反應(yīng)7小時，然后加入4. 7克CwH21-Cl,繼續(xù)反應(yīng)4小時，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)處理得到 C12H25O(C3H6O)35C10H21 ；
[0039] (2)將10克C2H3COOCiqH7F14和38克C3H5COOC12H25加入到反應(yīng)釜中，然后加入正己 烷，加入0. 1克AIBN，反應(yīng)溫度為60°C，反應(yīng)6小時，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)處理得到由所述分子結(jié) 構(gòu)單元構(gòu)成的穩(wěn)泡劑；
[0040] (3)取90份白油、3份⑴中所合成的發(fā)泡劑和2份⑵中所合成的穩(wěn)泡劑，攪拌 60分鐘，然后加入2份數(shù)均分子量為20萬的順丁橡膠，攪拌均勻，得到用于高溫地層的油基 鉆井液。
[0041] (4)將得到的用于高溫地層的油基鉆井液在空