一种环保型抗高温合成基泡沫钻井液及其制备方法

摘要

本发明公开了一种环保型抗高温合成基泡沫钻井液及其制备方法，包括质量份数1～3份的有机土、1～2份的高温油基发泡剂、1～3份的自制高温油基稳泡剂、92～97份的合成基液—α-烯烃；该合成基泡沫钻井液分散介质是以α-烯烃为主成分的泡沫液，分散相是空气，通过高速搅拌配制而成。该钻井液体系性能稳定，具有良好的耐温和抗污染能力，与储层配伍性好；能用于深井欠平衡钻进，可有效抑制泥页岩水化膨胀，稳定井壁，防止井漏，保护油气层。另外，合成基液——α-烯烃及泡沫剂均无毒，可生物降解，对环境无不良影响。

说明书

技术领域

本发明涉及钻井技术领域，特别涉及一种环保型抗高温合成基泡沫钻井液及其制 备方法。

背景技术

随着油气资源需求的日益增加，煤层气、页岩气以及超低压地层和中后期老油气 田也成为勘探与开发的重要目标，发展低密度钻井液十分必要。目前主要的低密度钻井 液为雾状液和水基泡沫，采用低密度钻井液可有效降低滤失量、减少压差卡钻事故、防 止井漏、提高机械钻速，最大限度地降低钻井液对油气储层的损害。水基泡沫钻井液的 液相一般采用淡水或盐水，气相一般是空气、氮气、天然气或废气。泡沫钻井液在悬浮 岩屑和控制地层压力方面明显优于雾状钻井液，泡沫钻井液还具有天然的降滤失和防 漏、堵漏特性，通过提高粘度和贾敏堵塞效应降低或阻止流体渗入地层。

尽管水基泡沫钻井液在控制滤失、降低压差卡钻、防漏堵漏方面应用已十分广泛， 但仍然不能有效解决钻进水敏地层时的储层损害问题，为此开展油基泡沫流体的研究， 对有效解决钻进过程中泥页岩水化、储层保护等问题具有重要意义。

目前，国内外针对油基泡沫钻井液的研究刚刚起步，并取得一些进展，总体上仍 存在着泡沫体系不稳定、抗温性能较差、抗污染能力弱等问题，另外所用的泡沫基液多 为毒性较大的柴油，在环境中不容易生物降解，造成环境污染。因此，利用人工合成的 类似油类的无毒基液(简称合成基)代替油基泡沫中的油相，研究开发出一种环保型抗 高温油基泡沫钻井液，对于处在环保要求严格的地区的低压、低渗透、易漏失和井壁不 稳定的油气储层的勘探开发具有极其重要的现实意义。

发明内容

本发明主要的目的是解决上述问题，提供一种环保型抗高温合成基泡沫钻井液体 系，该钻井液体系无毒环保，性能稳定、抗温性能好，能用于深井欠平衡钻进，钻进使 用合成基泡沫钻井液能有效抑制泥页岩水化膨胀，稳定井壁、防漏堵漏，同时能有效保 护油气储层。

本发明技术方案如下：

一种环保型抗高温合成基泡沫钻井液，采用质量份数1～3份的有机土、1～2份的 高温油基发泡剂、1～3份的高温油基稳泡剂、92～97份的合成基液，分散相是气体， 通过高速搅拌配制而成。

所述的气体可以是空气、天然气、氮气中的任一或其任意混合物。

所述的高温油基发泡剂为烷基磺酸RSO₃H，其中R为C₁₈～C₂₄的烷基或者烯基。

所述的高温油基稳泡剂为油溶性共聚物多元脂肪酸烷醇酰胺醚。

所述的合成基液为α-烯烃、液体石蜡、合成酯、低毒矿物油(如白油)、植物油中 的任一或其任意混合物；所述的α-烯烃，含有至少约90％(质量)含至少12个碳原子 的烃类，大于10％(质量)含至少16个碳原子的烃类，至少约60％(质量)异构烷烃， 至少约95％(质量)总烷烃，至多约1％(质量)环烷烃，小于0.1％(质量)芳烃。

所述的高温稳泡剂制备方法包括以下步骤：

1)用多元脂肪酸在酸催化剂的作用下，与甲醇反应，得到多元脂肪酸甲酯；所述 催化剂可以采用各种酸性催化剂，可以为反应条件下的液体酸，也可以是固体酸，可以 是无机酸或者有机酸，包括硫酸、草酸、苯磺酸，也可以是超强酸。催化剂加入量 0.2％～0.8％(以脂肪酸量依据)，反应温度为80～100℃，反应摩尔比(甲醇/脂肪酸)为 3～8，反应时间1～3h。

2)多元脂肪酸甲酯与二乙醇胺反应，得到多元脂肪酸烷醇酰胺；所述催化剂可以 采用各种碱性催化剂，包括均相催化剂和非均相催化剂，包括氢氧化钠、氢氧化钾等。 催化剂加入量0.2％～1.0％(以脂肪酸甲酯量依据)，反应温度为80～120℃，反应摩尔比 1.05～1.10(二乙醇胺/脂肪酸甲酯)。稀释剂可以采用各种有机溶剂，包括各种烷基苯(如 甲苯、二甲苯)和各种油品(如柴油、石蜡等)。

3)在催化剂作用下，通过多元脂肪酸烷醇酰胺与环氧乙烷反应得到多元脂肪酸烷 醇酰胺醚；所述催化剂可以为碱性催化剂，也可以利用前一步反应中残余的碱作催化剂， 反应温度为60～180℃，反应摩尔比(环氧乙烷/多元脂肪酸烷醇酰胺)为2～4。

本发明的效果：合成基发泡剂的性能优良，100mL合成基液中加入0.5％发泡剂， 发泡体积可达500mL，加入稳泡剂之后半衰期可达15min以上；合成基泡沫钻井液的密 度在0.10～0.40g/cm³，钻井液的抗温能力大于160℃，体系稳定时间大于15min，钻井 液循环中不会出现气液分离现象，在整个循环过程中，保护低压油气层效果较好。

该钻井液体系性能稳定，具有良好的耐温和抗污染能力，与储层配伍性好；能用 于深井欠平衡钻进，可有效抑制泥页岩水化膨胀，稳定井壁，防止井漏，保护油气层。 另外，合成基液——α-烯烃及泡沫剂均无毒，可生物降解，对环境无不良影响。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1：

高温油基稳泡剂(油溶性聚合物多元脂肪酸烷醇酰胺醚)的制备步骤，具体包括：

(1)在500mL的玻璃反应器中依次加入二元酸200g(M＝260)、无水甲醇80g、 浓硫酸1g，在搅拌条件下缓慢升温到85～90℃，恒温0.5h，然后向反应器中补加无水甲 醇70g，恒温1h，升温到100℃，恒温20min，降温到50℃，出料。把反应产物用水洗 至pH值到中性，得到多元脂肪酸甲酯；

(2)将(1)制得的多元脂肪酸甲酯100g加入前述反应器，真空脱水，然后加入 柴油100g，二乙醇胺38g，NaOH 0.8g，升温到120℃，反应4h，降温出料，得到多元 脂肪酸烷醇酰胺；

(3)将(2)中制得的多元脂肪酸烷醇酰胺加入高压反应器，160℃通入环氧乙烷， 得到多元脂肪酸烷醇酰胺醚。

实施例2：

(1)称取92gα-烯烃于100mL烧杯中，加入3g实施例1合成的多元脂肪酸烷醇酰 胺醚搅拌溶解，然后在搅拌状态下加入3g有机土()，使有机土分散均匀后，再加入2g 十八烷基磺酸，轻轻搅拌溶解；

(2)将上述泡沫液转移至高速搅拌器中，以12000r/min的转速高速搅拌泡沫基液 1min即为合成基泡沫钻井液。

实施例3：

(1)称取95gα-烯烃于100mL烧杯中，加入2g实施例1合成的多元脂肪酸烷醇酰 胺醚搅拌溶解，然后在搅拌状态下加入2g有机土，使有机土分散均匀后，再加入1.5g二 十烷基磺酸，轻轻搅拌溶解；

(2)将上述泡沫液转移至高速搅拌器中，以12000r/min的转速高速搅拌泡沫基液 1min即为合成基泡沫钻井液。

实施例4：

(1)称取97gα-烯烃于100mL烧杯中，加入1g实施例1合成的多元脂肪酸烷醇酰 胺醚搅拌溶解，然后在搅拌状态下加入1g有机土，使有机土分散均匀后，再加入1g二 十二烷基磺酸，轻轻搅拌溶解；

(2)将上述泡沫液转移至高速搅拌器中，以12000r/min的转速高速搅拌泡沫基液 1min即为合成基泡沫钻井液。

性能评价：按照上述实施例方法制备的合成基泡沫液，装入滚子加热炉老化釜中， 在160℃温度条件下高温动态老化16h，取出冷却至室温。取老化前后的合成基泡沫液 各100mL加入搅拌杯中，以12000r/min转速高速搅拌1min，室温下测定其密度和流变 参数。

该合成基泡沫钻井液的性能指标如表1所示：

表1

实施例5

应用本发明合成基泡沫液的钻井实施工艺：

步骤11、首先向钻孔中注入所述的合成基泡沫钻井液，将钻孔中的泥浆替换掉；

步骤12、持续将合成基泡沫钻井液注入钻孔，将从钻孔内排出的合成基泡沫钻井液 进行搅拌，重新注入钻孔内。

在钻进过程中，为达到稳定泡沫的目的，应保持体系发泡剂和稳泡剂的有效含量， 每钻进50m或者钻时达到12h后，向体系中补充发泡剂及稳泡剂，维持体系性能。在具 体的施工过程中，要利用大功率搅拌机进行搅拌，保持体系性能稳定。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换， 而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。