以生物柴油為分散相的水包油鉆井液及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種水包油鉆井液及其制備方法與應(yīng)用，尤其涉及一種以生物柴油為 分散相的水包油鉆井液及其制備方法與應(yīng)用，屬于石油天然氣鉆井液技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國內(nèi)外石油天然氣勘探業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，鉆井作業(yè)的地層條件日益復(fù)雜。在 低壓低滲透油氣藏中鉆進時，由于地層壓力低或縫洞發(fā)育，易發(fā)生鉆井液漏失或儲層傷害 等問題。另外在一些新發(fā)現(xiàn)的區(qū)塊鉆探井時，為了及時準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)新的油氣藏，更有效地開 發(fā)油氣資源，大多是實施欠平衡鉆井作業(yè)，以最大限度地保護儲層。
[0003] 水包油鉆井液是一種低密度鉆井流體，既保持了水基鉆井液的優(yōu)點，又具備油基 鉆井液的特點，廣泛應(yīng)用于低壓地層井、欠平衡井、水平井、大位移井鉆井作業(yè)。
[0004]CN102140334A公開了一種適合不同配漿水和油的水包油鉆井液，該水包油鉆井液 包括海水或淡水、油（白油、氣質(zhì)油或柴油）、主乳化劑、輔乳化劑、降濾失劑、增粘劑和加重 材料，其密度可低至0. 87g/cm3,能有效防止低壓衰竭油氣層的地層漏失問題并可提高機械 鉆速，有利于解放油氣層，提高油氣井產(chǎn)能。但該水包油鉆井液體系中的增粘劑采用了抗溫 性能較差的黃原膠，盡管該文獻中未提供關(guān)于鉆井液抗溫性能的描述，但一般含有黃原膠 的體系抗溫上限不超過120°C，在高溫下可能失去合適的粘度和切力。
[0005]CN104140794A公開了一種抗高溫水包油鉆井液。該水包油鉆井液由水、油（柴油 或白油）、鈉基膨潤土、氫氧化鈉、抗溫抗鹽降濾失劑、羧甲基纖維素鈉鹽、磺化酚醛樹脂、磺 化褐煤、高溫穩(wěn)定劑、抗高溫乳化劑、氯化鉀和瀝青配制而成，其抗溫上限達180°C，密度最 低可達0. 88g/cm3,能有效防止低壓衰竭油氣層的地層漏失，有利于提高油氣井產(chǎn)能。
[0006]CN104194747A公開了一種耐溫200°C的水包油鉆井液。該水包油鉆井液由水、柴 油、主乳化劑、輔乳化劑、穩(wěn)定劑及頁巖抑制劑組成，其密度最低可達0. 9g/cm3,且在200°C 環(huán)境條件下仍能保持其各項性能良好，保證了鉆井施工的順利進行。但該水包油鉆井液體 系的水油質(zhì)量比被固定為4:6,這意味著其密度相對固定，不能通過改變水油比的方式來靈 活地調(diào)整密度，導(dǎo)致其應(yīng)用有一定局限性。
[0007]CN104610944A公開了一種以植物油為內(nèi)相的水包油鉆井液及其制備方法。其中所 述水包油鉆井液包括水、植物油、主乳化劑、輔乳化劑、增粘劑、氫氧化鈉、提粘切劑以及兩 種降濾失劑，該水包油鉆井液體系性能穩(wěn)定，抗鉆肩及粘土污染能力強，安全環(huán)保，可實現(xiàn) 直接排放，其抗高溫上限可達170°C，密度范圍為0. 89~0. 99g/cm3。
[0008]CN1362463A公開了一種抗高溫水包油鉆井液，其目的在于解決鉆井過程中鉆井液 抗高溫性能較差且密度高的問題。該水包油鉆井液包括水、柴油、膨潤土、抗高溫乳化劑、陽 離子型穩(wěn)定劑和纖維素類降失水劑，其抗高溫上限可達160°C，密度最低可達0. 9g/cm3,能 夠保證鉆井作業(yè)過程中較低的井底壓差，從而滿足在壓力系數(shù)為1. 0左右的地層中實施欠 平衡鉆井作業(yè)的要求，且該水包油鉆井液失水量較低。
[0009] 盡管上述現(xiàn)有技術(shù)提供了多種水包油型鉆井液，然而上述水包油鉆井液體系中， 大多采用柴油、礦物油（白油）或氣制油等作為分散相，這會帶來諸多問題，例如環(huán)保問題、 作業(yè)問題及成本問題等。
[0010] 柴油中含有的硫單質(zhì)、硫化物和芳香性物質(zhì)有毒；柴油、白油和氣制油都不易生物 降解。這些導(dǎo)致由這幾種油配制的水包油鉆井液在實際使用時不能直接排放，必須回收或 經(jīng)處理后排放，在一定程度上使鉆井作業(yè)復(fù)雜化，增加了作業(yè)成本。另外，現(xiàn)有技術(shù)有部分 水包油鉆井液使用毒性較高的瀝青類物質(zhì)，例如CN104140794A，或者使用了含有苯環(huán)的乳 化劑，例如CN104610944A，這些鉆井液的排放會破壞生態(tài)環(huán)境。此外，柴油的熒光性還會影 響錄井資料的解釋。
[0011] 現(xiàn)有技術(shù)中提供的水包油型鉆井液，僅當(dāng)以植物油為分散相時能部分滿足對環(huán)保 性能的要求，但在鉆井液中使用植物油有以下缺點：
[0012] ①植物油粘度高：這會在一定程度上影響水包油鉆井液的流變性，使其當(dāng)量循環(huán) 密度偏高，在鉆井作業(yè)過程中容易壓漏地層，對鉆井液栗等流體輸送機械的負(fù)荷也偏大；
[0013] ②植物油成本較高：目前三到四級植物油的成本在6000元左右；
[0014] ③影響其他行業(yè)：當(dāng)前，水包油鉆井液所用的植物油中有很大一部分是由可食用 作物或糧食制備的，如椰子油、菜籽油和大豆油等，將這些可食用油用于工業(yè)中會給農(nóng)副產(chǎn) 品的供應(yīng)帶來一些壓力，這是國家政策所不提倡的。
[0015] 因此，以植物油為內(nèi)相的水包油鉆井液體系有一定局限性，難以完全滿足工業(yè)需 求。
[0016] 生物柴油的主要成分是脂肪酸的單烷基酯，當(dāng)前人們主要用它作為燃料。近年來， 世界各國的生物柴油生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提高，產(chǎn)量快速增長，我國也在大力扶持生物柴油 技術(shù)。
[0017] 生物柴油具有安全環(huán)保、粘度低、成本低、來源豐富等諸多優(yōu)勢并且更加適合工業(yè) 應(yīng)用，經(jīng)檢索，本領(lǐng)域技術(shù)人員對于如何在將生物柴油應(yīng)用于鉆井液體系有過相關(guān)研究：
[0018]CN102504772A公開了一種生物柴油鉆井液，所述鉆井液包括生物柴油、有機土、有 機褐煤和瀝青，該體系是全油基鉆井液體系；CN103305196A和CN103320104A分別公開了油 包水型生物柴油基鉆井液。這些方案均是以生物柴油作為連續(xù)相，形成的是油包水鉆井液 體系。
[0019] 經(jīng)查，未發(fā)現(xiàn)以生物柴油為分散相的水包油鉆井液的技術(shù)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 本發(fā)明的目的之一在于提供一種以生物柴油為分散相的水包油鉆井液。
[0021 ] 本發(fā)明的另一目的在于提供所述水包油鉆井液的制備方法。
[0022] 本發(fā)明的另一目的在于提供所述水包油鉆井液的應(yīng)用。
[0023] -方面，本發(fā)明提供了一種以生物柴油為分散相的水包油鉆井液，該水包油鉆井 液包括以下組分：
[0024] 水 40~70體積份；
[0025] 生物柴油 30~60體積份；
[0026] 以所述水和生物柴油的總體積為100%計，所述水包油鉆井液還包括：
[0027] 質(zhì)量體積比為1%~6%的膨潤土；
[0028] 質(zhì)量體積比為0· 05 %~0· 3 %的碳酸鈉；
[0029] 質(zhì)量體積比為0· 02 %~0· 05 %的氫氧化鈉；
[0030] 質(zhì)量體積比為2%~5%的主乳化劑；
[0031] 質(zhì)量體積比為0. 2%~1%的輔乳化劑；
[0032] 質(zhì)量體積比為0. 5%~5%的頁巖抑制劑；
[0033] 質(zhì)量體積比為0. 5%~5%的降濾失劑；
[0034] 其中，所述質(zhì)量體積比的單位為g/mL;所述水為淡水或海水；
[0035] 所述的主乳化劑為聚氧乙烯失水山梨糖醇脂肪酸酯和/或脂肪醇聚氧乙烯醚；
[0036] 所述的輔乳化劑為失水山梨糖醇脂肪酸酯。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，本發(fā)明的以生物柴油為分散相的水包油鉆井液中， 所述生物柴油為以廢棄油脂為原料制得的生物柴油，主要包括脂肪酸甲酯和/或脂肪酸乙 酯，其酸值、甘油類物質(zhì)含量、氧化安定性等指標(biāo)均符合我國GB/T20828-2007要求。所述 生物柴油具體可按現(xiàn)有技術(shù)自行制備或者直接商購獲得。本發(fā)明所用生物柴油的基本性能 與柴油和低毒礦物油的對比可參見表1。
[0038] 表1本發(fā)明所用生物柴油（典型樣例）與5號白油、0號柴油的基本性能指標(biāo)
[0039]
[0040]由表1可以看出，本發(fā)明所用生物柴油的一些基本性能與柴油或植物油相比具有 顯著差異，這類生物柴油并不能簡單地直接替代現(xiàn)有水包油鉆井液體系中的柴油或植物油 用于鉆井作業(yè)。本發(fā)明中對以生物柴油為分散相的水包油鉆井液體系配方進行了摸索研 究。
[0041] 根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，本發(fā)明的以生物柴油為分散相的水包油鉆井液中， 所用乳化體系為：2%~5%的主乳化劑（聚氧乙烯失水山梨糖醇脂肪酸酯和/或脂肪醇聚 氧乙烯醚）+0. 2 %~1 %的輔乳化劑（失水山梨糖醇脂肪酸酯）。更具體地，所述聚氧乙烯失 水山梨糖醇脂肪酸酯為聚氧乙烯失水山梨糖醇單月桂酸酯（市售商品代號為Tween-20); 所述脂肪醇聚氧乙烯醚為月桂醇聚醚_4(市售商品代號為MOA-9)和/或α-異十三烷 基-ω-羥基-聚（氧-1，2-亞乙基）（異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚，市售商品代號為Ε-1302); 所述失水山梨糖醇脂肪酸酯為失水山梨糖醇單油酸酯（