阅读说明：本技术 全环保高性能合成基钻井液 (Full-environment-friendly high-performance synthetic base drilling fluid ) 是由 孟虎 刘亚东 朱国伟 吴骏峰 于 2019-11-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种全环保高性能合成基钻井液,包括：按重量份计,包括基础油78～88份、主乳化剂2～3份、辅乳化剂0.5～1.5份、钠基膨润土1～2份、30％乙酸钾盐水26-30份、油溶纤维5～10份、增粘剂0.3～0.5份、降滤失剂3～5份、重晶石20～30份；本发明生产原料价格低廉,生产成本低,通过采用添加聚异丁烯、乙烯-丙烯共聚物、氢化苯乙烯-异戊二烯共聚物中的一种或几种组合对原本的合成基钻井液进行改进,使得到的合成基钻井液在高温高压的环境下也具有较好的粘度,和较高的动切力。(The invention discloses a full-environment-friendly high-performance synthetic base drilling fluid, which comprises the following components in percentage by weight: the oil-soluble fiber-based heavy oil emulsion comprises, by weight, 78-88 parts of base oil, 2-3 parts of a main emulsifier, 0.5-1.5 parts of an auxiliary emulsifier, 1-2 parts of sodium bentonite, 26-30 parts of 30% potassium acetate brine, 5-10 parts of oil-soluble fiber, 0.3-0.5 part of a tackifier, 3-5 parts of a filtrate reducer and 20-30 parts of barite; the invention has low price of production raw materials and low production cost, and improves the original synthetic base drilling fluid by adding one or a combination of a plurality of polyisobutylene, ethylene-propylene copolymer and hydrogenated styrene-isoprene copolymer, so that the obtained synthetic base drilling fluid has better viscosity and higher dynamic shear force under the environment of high temperature and high pressure.)

全环保高性能合成基钻井液

技术领域

本发明涉及石油钻井液制备领域。更具体地说，本发明涉及一种全环保高性能合成基钻井液。

背景技术

合成基钻井液是顺应时代要求发展起来的用于代替油基钻井液的一种新的钻井液种类，其具有现有的油基钻井液的物理性质优势，又具有高的生物降解性能，其能够完全达到国际排放标准，同时抗污能力强，可多次重复使用，综合算下来使用成本还是低于油基钻井液和水基钻井液。

合成基钻井液具有多个发展阶段，包括最早期的酯基钻井液，但是在钻井过程中酯基容易在酸性或碱性条件下水解得到相应的醇和羧酸，因此稳定性不高；缩醛基钻井液通过醛类缩合制成，其具有运动粘度和闪点低于酯、醚基液的优点，但是相对成本较高，实际采用偏少。再后来的醚基钻井液、聚α-烯烃钻井液；以及后期的线型α-烯烃钻井液、内烯烃基钻井液和线型石蜡基钻井液等等；

现有的合成基钻井液普遍存在流变性方面的新问题，主要原因是温度对流变性影响明显，低温时钻井液粘度很高，高温时钻井液粘度又会变低，重点表现在动切力太低，不足以有效携带钻井液中的固相，因此需要对现有的合成基钻井也进行改进，以提高其高温时的动切力。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种全环保高性能合成基钻井液，其生产原料价格低廉，生产成本低，通过采用添加聚异丁烯、乙烯-丙烯共聚物、氢化苯乙烯-异戊二烯共聚物中的一种或几种组合对原本的合成基钻井液进行改进，使得到的合成基钻井液在高温高压的环境下也具有较好的粘度，和较高的动切力。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种活全环保高性能合成基钻井液，包括：

重量份计的，基础油78～88份、主乳化剂2～3份、辅乳化剂0.5～1.5份、钠基膨润土1～2份、30％乙酸钾盐水26-30份、油溶纤维5～10份、增粘剂0.3～0.5份、降滤失剂3～5份、重晶石20～30份；

其中，所述基础油为线型α-烯烃、内烯烃和植物油中的一种或多种的组合；主乳化剂为妥尔油脂肪酸和邻苯二甲酸酐高温氧化反应得到；所述增粘剂为聚异丁烯、乙烯-丙烯共聚物、氢化苯乙烯-异戊二烯共聚物中的一种或几种组合；所述降滤失剂为有机褐煤或改性腐殖酸。

优选的是，按重量份计，包括基础油78份、主乳化剂3份、辅乳化剂1份、钠基膨润土1.5份、30％乙酸钾盐水28份、油溶纤维10份、增粘剂0.3份、降滤失剂3份、重晶石24份。

优选的是，所述妥尔油脂肪酸的酸值为180mgKOH/g～205mgKOH/g。

优选的是，所述辅乳化剂为油酸、环烷酸酰胺、椰油脂肪酸二乙醇酰胺、辛基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚类中的一种或几种。

优选的是，所述油溶性纤维为秸秆粉末、核桃壳粉、碳纤维粉中的一种或多种组合。

优选的是，所述乙烯-丙烯共聚物的相对分子量为7×10⁴～15×10⁴，氢化苯乙烯-异戊二烯共聚物的相对分子量为5×10⁴～10×10⁴。

优选的是，所述钠基膨润土在使用前经过改性处理，具体方法为，将钠基膨润土加入至阳离子淀粉中，在80℃的水浴中加热搅拌2h后，过滤干燥，研磨至粒径在68～75微米的粉末得到。

优选的是，所述增粘剂总量的二分之一通过压感缓释装置进行装填再加入至所述全环保高性能合成基钻井液中，所述压感缓释装置包括：

外壳，其为中空球体，所述外壳内填充有所述增粘剂；

支撑板，其设置在所述外壳内，所述支撑板为圆形且与所述外壳内壁连接，所述外壳上与所述支撑板垂直且通过所述支撑板中心的方向上开设有出液孔，所述出液孔通过一与所述出液孔大小相匹配的封堵板连接，所述封堵板和所述支撑板相对的面上设有一对正对的固定座，一硬质压缩弹簧的两端分别连接所述封堵板上的固定座和对应的所述支撑板上的固定座，所述出液孔的周向成阶梯状结构，所述压缩弹簧呈压缩状态，使得封堵板封堵住出液孔。

优选的是，所述外壳的外壁上设有增重圈槽，所述增重圈槽上卡设有重量不等的增重圈。

优选的是，所述外壳的上靠近所述支撑板的位置开设有灌液孔，所述外壳内，灌液孔所在的位置设有一圈密封圈槽，所述灌液孔位于所述密封圈槽内，所述密封圈槽内设有密封圈。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、本发明提供的全环保高性能钻井液采用的各处理剂的EC₅₀均大于4×10⁴mg/L，采用的基油为LAO、IO和植物油，其能有效的被生物降解，进而保证了本发明的钻井液的无毒、环保；

第二、本发明通过添加增粘剂聚异丁烯、乙烯-丙烯共聚物和氢化苯乙烯-异戊二烯共聚物，增大了合成基钻井液在使用时的动切力，使得井下的泥沙带出更为干净；

第三、将钠基膨润土进行阳离子改性，使得钠基膨润土能在合成基钻井液中分散的更加均匀，尽可能的降低合成基钻井液的温变性；

第四、本发明采用压感缓释装置，将增粘剂部分装入至装置内，当装置随钻井液进入至井底时随着井内压力的增大，同时钻头转动时带动泥沙撞击压感缓释装置，使得装置内的增粘剂缓慢释放，进而提高钻井液的动切力，一方面不影响钻井液初入井下的流动性，同时也缓解当环境温度变化时合成基钻井液动切力不足的缺点。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的其中一种技术方案所述压感缓释装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

<实施例1>

一种全环保合成基钻井液，包括重量份计的：基础油78份、主乳化剂3份、辅乳化剂1份、钠基膨润土1.5份、30％乙酸钾盐水28份、油溶纤维10份、增粘剂0.3份、降滤失剂3份、重晶石24份；

其中，所述基础油为线型α-烯烃、内烯烃和植物油多种的组合，具体的重量份比为3：1：3；

主乳化剂为妥尔油脂肪酸和邻苯二甲酸酐高温氧化反应得到；具体为在150℃时，妥尔油脂肪酸与氧气反应分子间的通过碳碳键连接，同时在邻苯二甲酸酐改性下，碳碳双键加合；

辅乳化剂为油酸、环烷酸酰胺、椰油脂肪酸二乙醇酰胺按照重量份比为1：1：1混合得到；

增粘剂为聚异丁烯、乙烯-丙烯共聚物按照重量份比为1：1.2混合得到，其中，乙烯-丙烯共聚物的相对分子量为11×10⁴；

油溶纤维为秸秆粉末；

降滤失剂为有机褐煤。

上述全环保合成基钻井液都得制备方法为：

S1、向基油中加入上述重量份的钠基膨润土、主乳化剂、辅乳化剂和油溶纤维至充分溶解，搅拌混合均匀；

S2、将上述重量份的30％乙酸钾盐水缓慢加入至S1得到的混合液中，使其混合后形成乳状液；

S3、向S2得到的混合液中加入降滤失剂、增粘剂，测定泥浆流变性，加入重晶石混合均匀得到。

<实施例2>

一种全环保合成基钻井液，包括重量份计的：基础油88份、主乳化剂2份、辅乳化剂1.5份、钠基膨润土2份、30％乙酸钾盐水30份、油溶纤维8份、增粘剂0.5份、降滤失剂5份、重晶石30份；

其中，所述基础油为线型α-烯烃、内烯烃按照重量份比为1：2的比例混合得到；

主乳化剂为妥尔油脂肪酸和邻苯二甲酸酐高温氧化反应得到；具体为在150℃时，妥尔油脂肪酸与氧气反应分子间的通过碳碳键连接，同时在邻苯二甲酸酐改性下，碳碳双键加合；

辅乳化剂为油酸、环烷酸酰胺、椰油脂肪酸二乙醇酰胺按照重量份比为1：1：1混合得到；

增粘剂为聚异丁烯、氢化苯乙烯-异戊二烯共聚物按照重量份比为1：1混合得到，氢化苯乙烯-异戊二烯共聚物的相对分子量为8×10⁴；

油溶纤维为秸秆粉末、核桃壳粉按照重量份比为1：1混合得到；

所述降滤失剂为改性腐殖酸。

上述全环保合成基钻井液都得制备方法为：

S1、向基油中加入上述重量份的钠基膨润土、主乳化剂、辅乳化剂和油溶纤维至充分溶解，搅拌混合均匀；

S2、将上述重量份的30％乙酸钾盐水缓慢加入至S1得到的混合液中，使其混合后形成乳状液；

S3、向S2得到的混合液中加入降滤失剂、增粘剂，测定泥浆流变性，加入重晶石混合均匀得到。

<实施例3>

一种全环保合成基钻井液，包括重量份计的：基础油82份、主乳化剂2.6份、辅乳化剂0.5份、钠基膨润土1份、30％乙酸钾盐水26份、油溶纤维5份、增粘剂0.4份、降滤失剂4份、重晶石20份；

其中，所述基础油为线型α-烯烃、内烯烃和植物油中的一种或多种的组合；

主乳化剂为妥尔油脂肪酸和邻苯二甲酸酐高温氧化反应得到；

辅乳化剂为油酸、辛基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚按照重量份比为1::2:1的比例混合均匀得到；

所述增粘剂为聚异丁烯和氢化苯乙烯-异戊二烯共聚物按照重量份比为1：1混合得到，其中，氢化苯乙烯-异戊二烯共聚物的相对分子量为8×10⁴；

油溶性纤维为秸秆粉末和碳纤维粉按照重量份比为1：1混合得到；

所述降滤失剂包括有机褐煤；

上述全环保合成基钻井液都得制备方法为：

制备改性钠基膨润土：将上述重量份的钠基膨润土加入至阳离子淀粉中，在80℃的水浴中加热搅拌2h后，过滤干燥，研磨至粒径在68～75微米的粉末得到；

S1、向基油中加入上述改性钠基膨润土、上述重量份计的主乳化剂、辅乳化剂和油溶纤维至充分溶解，搅拌混合均匀；

S2、将上述重量份的30％乙酸钾盐水缓慢加入至S1得到的混合液中，使其混合后形成乳状液；

S3、向S2得到的混合液中加入降滤失剂、增粘剂，测定泥浆流变性，加入重晶石混合均匀得到。

<实施例4>

一种全环保合成基钻井液，包括重量份计的：基础油78份、主乳化剂3份、辅乳化剂1份、钠基膨润土1.5份、30％乙酸钾盐水28份、油溶纤维10份、增粘剂0.3份、降滤失剂3份、重晶石24份；

其中，所述基础油为线型α-烯烃、内烯烃和植物油多种的组合，具体的重量份比为3：1：3；

主乳化剂为妥尔油脂肪酸和邻苯二甲酸酐高温氧化反应得到；具体为在150℃时，妥尔油脂肪酸与氧气反应分子间的通过碳碳键连接，同时在邻苯二甲酸酐改性下，碳碳双键加合；

辅乳化剂为油酸、环烷酸酰胺、椰油脂肪酸二乙醇酰胺按照重量份比为1：1：1混合得到；

增粘剂为聚异丁烯、乙烯-丙烯共聚物按照重量份比为1：1.2混合得到，其中，乙烯-丙烯共聚物的相对分子量为11×10⁴；

油溶纤维为秸秆粉末；

降滤失剂为有机褐煤。

上述全环保合成基钻井液都得制备方法为：

S1、向基油中加入上述重量份的钠基膨润土、主乳化剂、辅乳化剂和油溶纤维至充分溶解，搅拌混合均匀；

S2、将上述重量份的30％乙酸钾盐水缓慢加入至S1得到的混合液中，使其混合后形成乳状液；

S3、向S2得到的混合物中加入降滤失剂、增粘剂的重量份的一半，搅拌均匀，再加入重晶石混合均匀得到钻井液初品，最后将增粘剂的另一半注入压感缓释装置内，在钻井液下井前，将压感缓释装置加入至钻井液初品中。

所述增粘剂总量的二分之一通过压感缓释装置进行装填再加入至所述全环保高性能合成基钻井液中，压感缓释装置的直径为2～5mm，所述压感缓释装置包括：

外壳1，其为中空球体，所述外壳1内填充有所述增粘剂；

支撑板2，其设置在所述外壳1内，所述支撑板2为圆形且与所述外壳1内壁连接，所述外壳1上与所述支撑板2垂直且通过所述支撑板2中心的方向上开设有出液孔，所述出液孔通过一与所述出液孔大小相匹配的封堵板3连接，所述封堵板3和所述支撑板2相对的面上设有一对正对的固定座4，一硬质压缩弹簧5的两端分别连接所述封堵板3上的固定座4和对应的所述支撑板2上的固定座4，所述出液孔的周向成阶梯状结构，所述压缩弹簧5呈压缩状态，使得封堵板3封堵住出液孔；

所述外壳1的外壁上设有增重圈6槽，所述增重圈6槽上卡设有重量不等的增重圈6；通过设不同重量的增重圈，可以对压感缓释装置在钻井液中的位置进行调整，增重圈设置为可拆卸连接的方式，能够在钻井液中设置多批不同重量的压感缓释装置保证增粘剂的释放均匀有效；

所述外壳1的上靠近所述支撑板2的位置开设有灌液孔7，所述外壳1内，灌液孔7所在的位置设有一圈密封圈槽，所述灌液孔7位于所述密封圈槽内，所述密封圈槽内设有密封圈8；

通过灌液孔将增粘剂装填到装置中，当装置灌满时，增粘剂挤压密封圈，使得灌液孔被封堵住；

采用该装置，当装置随钻井液进入至井底时随着井内压力的增大，同时钻头转动时带动泥沙钻屑撞击压感缓释装置，使得装置内的增粘剂缓慢释放，进而提高钻井液的动切力，一方面不影响钻井液初入井下的流动性，同时也缓解当环境温度变化时合成基钻井液动切力不足，不容易带走钻屑的缺点。

<对比例1>

其它配方和制备步骤与实施例1相同，不同点在于不添加增粘剂。

<对比例2>

其它配方和制备步骤与实施例3相同，不同点在于钠基膨润土不经过改性处理。

实验例

一、实施例1钻井液的各组分以及总体系的环评性能；

表1

由表1可知，本发明的实施例1中各成分的均为无毒、生物降解性好的材料，不含沥青、重金属盐等有毒成分，符合全环保型钻井液的要求。

二、钻井液性能检测；

取实施例1钻井液，在100℃、150℃、180℃，220℃的老化条件下，老化16h，检测钻井液性能，密度为1.2g/cm³，具体结果见表2；取对比例1钻井液，在在100℃、150℃、180℃，220℃的老化条件下，老化16h，检测钻井液性能，密度为1.2g/cm³，具体结果见表3；

表2

表3

由表2和表3可知，随温度的增加，实施例1的钻井液的流变性能呈现先增长，后下降再区域平缓的形式，相较于对比例1未加增粘剂的钻井液，实施例1的钻井液在高温条件下，动切力的下降明显变缓；

实施例1～4的钻井液以及对比例1、对比例2的钻井液性能检测结果见表4；

在180℃下，用高温滚子加热炉老化16h，测量并记录其流变性能；

表4

注1：AV为表观粘度，PV为塑性粘度，单位为mPa·s；YP为动切力，单位为Pa；FLHTHP高温高压滤失量，条件为3.5Mpa，180℃。

由表4数据可知，实施例1、实施例2的钻井液性能相差不大，实施例4的钻井液在进行老化后反而粘度上升，动切力能保持稳定是因为将部分增粘剂加入至压感缓释装置内，在老化过程中，压感缓释装置的增粘剂缓慢释放，使得钻井液的粘度能得到缓慢的小幅提升，同时保证动切力不下降，实施例1、实施例2的钻井液能保证钻井液下井后高温状况下的动切力下降的幅度降低；同时，由于是实验测定，在实际使用过程中，井下还混有钻屑，此时钻屑也能对压感缓释装置起到撞击的作用，因此，效果相比实验测定的钻井液的动切力的效果要更佳；

实施例3对比对比例2可发现，实施例3的高温高压滤失量有面更显的降低，而且动切力在老化前后基本未发生变化，说明通过对钠基膨润土进行改性，使得钠基膨润土在钻井液中的分布更为均匀，呈胶体状，极大的维持了钻井液的稳定性；同时也降低了钻井液的滤失量。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。