阅读说明：本技术 一种全油基钻井液用提切剂及其制备方法 (Shear strength improving agent for full-oil-based drilling fluid and preparation method thereof ) 是由 王京光 *** 赵海锋 张雅楠 丁磊 寄晓宁 郭康 *** 赵雷 王勇强 张长庚 于 2019-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种全油基钻井液用提切剂及其制备方法,所述提切剂包括以下质量百分比的组分：聚合松香20％～30％；烷基胺10％～20％；乙醇胺5％～10％；白油40％～60％；脂肪醚5％～10％。本发明的提供了一种提切效果好、尤其是在全油基钻井液中仍然具有良好提切效果的油基钻井液用提切剂配方及其制备方法,该提切剂主要用于全油基钻井液,尤其是柴油、白油、气制油配制的全油基钻井液,同时适用于页岩气水平井、页岩油水平井、碳质泥岩水平井的油基钻井液施工。(The invention provides a shear strength improving agent for a full oil-based drilling fluid and a preparation method thereof, wherein the shear strength improving agent comprises the following components in percentage by mass: 20 to 30 percent of polymerized rosin; 10 to 20 percent of alkylamine; 5% -10% of ethanolamine; 40 to 60 percent of white oil; 5 to 10 percent of fatty ether. The invention provides a shear strength improving agent formula for oil-based drilling fluid and a preparation method thereof, wherein the shear strength improving agent formula has good shear strength improving effect, and particularly has good shear strength improving effect in the full-oil-based drilling fluid.)

一种全油基钻井液用提切剂及其制备方法

技术领域

本发明属于油田钻井液添加剂领域，具体涉及一种全油基钻井液用提切剂及其制备方法。

背景技术

随着国内外对以页岩气、页岩油为标志的非常规油气藏的大规模开发的进行，油基钻井液的应用越来越广泛。与传统的水基钻井液相比，油基钻井液因其良好的抑制性能、润滑性能、流变性能在页岩气水平井钻探中得以广泛应用。

油基钻井液普遍存在动切力偏低，流变性难以调控的问题。相比常规的油包水钻井液，全油基钻井液的流变性控制更加困难。由于全油基钻井液由于体系中几乎不含水(全油基钻井液的油水比大于95:5)，因此新浆的粘切难以提高，而到后期老浆的粘切提高后又难以降低。

通常油基钻井液采用有机土调控油基钻井液流变性，既存在新浆的粘切难以提高，又存在后期老浆的粘切过高后又难以降低的难题，同时还存在着提切效果差、增粘效应显著、活化慢、易高温稠化失效的弊端。在页岩气勘探开发过程中为了获得较高产量大多采用水平井模式。水平段钻井中的携砂问题成为安全快速施工的关键，要求钻井液既有较高的切力尤其是低速率切力能够充分携砂清洁井眼，又能保持较低粘度、尤其是较低的终切力，防止开泵激动压力过高憋漏地层。这时全油基钻井液在流变性调控方面的问题显得尤为突出，全油基钻井液的流变性调控技术成为制约页岩气水平井安全施工的一项关键技术。

国内主要用有机土作为油基钻井液的增粘提切剂，但是有机土的提切性能有限，且增粘效应显著。配制的新浆的粘切较低，难以满足井下携砂需要，而一旦过量使用有机土就会导致粘度大幅上升，严重影响体系的流变性，给后续的钻井施工带来一系列问题，导致井底钻井液稠化，起下钻遇阻、下钻到底开泵困难、诱发井漏。过多的有机土的加入，导致钻井液中低固相含量高，影响机械钻速的提高。

国外的油基钻井液提切剂研究较早。国外常用的提切剂VERSAMOD、RHEFLAT、RHEMODTM、FB-MOD等。主要成分是大分子量的聚酰胺。国外提切剂产品提切效果好，对油基钻井液的粘度影响较小，尤其是在高密度油基钻井液中对体系的流变性影响较小，但是在全油基钻井液中的提切效果并不显著，且价格昂贵。其中，提切剂VERSAMOD出自《MATERIALSAFETY DATA SHEET VERSAMOD》，提切剂RHEFLAT出自《SAFETY DATA SHEET RHEFLAT》，提切剂RHEMODTM的出处参考《EXP D 294 Rheology Modifier for Oil Based Muds》，FB-MOD出自《MATERIAL SAFETY DATA SHEET VERSA HRP》。

因此有必要根据全油基钻井液的特性，结合页岩气水平井施工中对油基钻井液的技术要求，研发一种在全油基钻井液中提切效果好(尤其是低速率切力提升显著)、对油基钻井液的粘度影响小、见效快的新型油基钻井液提切剂解决上述难题。满足页岩气等非常规油气藏的勘探过程中对于油基钻井液的要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有提切剂存在的在全油基钻井液中提切效果差、增粘效应显著、活化慢、需要高温激发、加量难以精准控制，加量过少配制的新浆粘切过低加重材料易沉降，加量过多新浆经过井底循环后有机土受热激发，导致钻井液受热稠化的问题，为此，本发明提供了一种全油基钻井液用提切剂及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种全油基钻井液用提切剂，所述提切剂由以下质量百分比的组分组成：

聚合松香20％～30％；

烷基胺10％～20％；

乙醇胺5％～10％；

白油40％～60％；

脂肪醚5％～10％。

进一步地，所述聚合松香为枞酸型树脂酸的二聚，且二聚体含量大于80％，优选二聚松香；所述烷基胺为C10-C20的烷基伯胺中的一种或多种，所述乙醇胺为一乙醇胺、二乙醇胺以及三乙醇胺中的一种或者是任意几种的混合；所述脂肪醚为乙二醇丙醚、乙二醇***、乙二醇丁醚、二乙二醇单丁醚、三乙二醇丁醚中的一种或任意几种。

进一步地，所述烷基胺优选十二烷基伯胺、十三烷基伯胺、十四烷基伯胺、十五烷基伯胺、十六烷基伯胺、十七烷基伯胺和十八烷基伯胺中的一种或多种。

具体地，一种全油基钻井液用提切剂由以下质量百分比的组分组成：

二聚松香20％～30％；

十八烷基伯胺10％～20％；

三乙醇胺5％～10％；

白油40％～60％；

乙二醇丁醚5％～10％。

优选地，所述全油基钻井液用提切剂由以下质量百分比的组分组成：

二聚松香25％；

十八烷基伯胺15％；

三乙醇胺5％；

白油50％；

乙二醇丁醚5％。

一种全油基钻井液用提切剂的制备方法，包括如下步骤：

1)、按照配比分别称取聚合松香、烷基胺、乙醇胺、白油、脂肪醚；

2)、在密闭反应釜中先加入一定量的溶剂，再依次按比例加入聚合松香、烷基胺；

3)、在60r/min～90r/min的转速下搅拌，并控制反应釜温度70℃～90℃，反应2h～3h；

4)、均匀加入配方量的乙醇胺，升高温度至100℃～110℃，在100r/min～120r/min的转速下搅拌下保温反应3h～4h；

5)、蒸馏出溶剂；

6)、冷却至50℃～70℃，加入配方量的白油和脂肪醚，继续搅拌0.5～1h，即制得所述全油基钻井液用提切剂。

进一步地，所述溶剂为甲苯。

优选地，所述溶剂的添加量为十八烷基伯胺、三乙醇胺的体积之和的2-3倍。

该提切剂适用于全油基钻井液，尤其是柴油、白油、气制油配制的全油基钻井液。

该提切剂适用于页岩气水平井、页岩油水平井、碳质泥岩水平井的油基钻井液施工。

本发明具有如下的有益效果：

(1)提升全油基(无水)钻井液的切力显著，尤其是低速率切力。配制的油基钻井液流变性好，尤其适合页岩气水平井的水平段施工对油基钻井液携砂性能的要求。

(2)见效快，不需要高温激发，常温下即具有良好的提切效果，克服了有机土需要高温激发的难题，以往在全油基钻井液中使用有机土，加量过少配制的新浆粘切过低加重材料易沉降，加量过多新浆经过井底循环后有机土受热激发，导致钻井液受热稠化。

(3)不会显著增加油基钻井液的粘度，配制的油基钻井液具有低粘高切的特点，解决了以往提切剂增加全油基钻井液的切力同时亦大幅度升高体系的粘度，导致全油基钻井液过稠的难题。

(4)对基础油的适应性强，范围广。适用于全油基钻井液，尤其是柴油、白油、气制油配制的全油基钻井液。

(5)适用于页岩气水平井、页岩油水平井、碳质泥岩水平井的油基钻井液施工。

(6)提切剂产品中的极性基团，如-OH、-OCO-NH-、-CONH-等通过静电引力、氢键与其他基团相互作用，形成比表面积大的网络结构，而分子中的长烷基直链之间通过缔合作用形成三维网络结构，从而实现提切且粘度不高的效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是提切剂与有机土的动切力对比。

图2是提切剂与有机土的低剪切速率切力对比。

图3是提切剂与有机土的塑性粘度对比。

图4是热滚前后提切剂与有机土的塑性粘度对比。

图5是热滚前后提切剂与有机土的动切力对比。

图6是不同基础油中提切剂与有机土的动切力对比。

图7是不同基础油中提切剂与有机土的塑性粘度对比。

图8是不同基础油中提切剂与有机土的低剪切速率切力对比。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

若未特别指出，实施例中涉及到的百分号“％”均为质量百分比。

第一实施方式

本发明的第一实施方式涉及一种全油基钻井液用提切剂，所述提切剂由以下质量百分比的原材料制备而成：

聚合松香20％～30％；

烷基胺10％～20％；

乙醇胺5％～10％；

白油40％～60％；

脂肪醚5％～10％。

本实施方式还保护了一种全油基钻井液用提切剂的制备方法，具体制备步骤如下：

(1)按照配比分别称取聚合松香、烷基胺、乙醇胺、白油、脂肪醚；

(2)在密闭反应釜中加入适量的甲苯，依次按比例加入聚合松香、烷基胺；

(3)在60r/min～90r/min转速下搅拌，控制反应釜温度70℃～90℃，反应2h～3h；

(4)均匀缓慢加入乙醇胺，升高温度至100℃～110℃，在100r/min～120r/min转速的搅拌下保温反应3h～4h，停止加温。

(5)蒸馏出溶剂甲苯。

(6)冷却至50℃～70℃，加入白油和脂肪醚，继续搅拌0.5～1h，即制得所述全油基钻井液用提切剂。

本发明提供了一种在全油基无水条件下仍然具有良好的提切效果、不需要高温激发，常温下即具有良好的提切效果、对全油基钻井液的粘度影响较小的全油基钻井液用提切剂配方，满足页岩气水平井、页岩油水平井、碳质泥岩水平井、复杂井对全油基钻井液施工的需要。

第二实施方式

在以上实施方式的基础上，进一步地，所述聚合松香为枞酸型树脂酸的二聚，产物为不均一的二聚体，所述二聚体含量大于80％，优选二聚松香；所述烷基胺为C10-C20的烷基伯胺中的一种或多种，所述乙醇胺为一乙醇胺、二乙醇胺以及三乙醇胺中的一种或者是任意几种的混合；所述脂肪醚为乙二醇丙醚、乙二醇***、乙二醇丁醚、二乙二醇单丁醚、三乙二醇丁醚中的一种或任意几种。

具体地，所述二聚松香优选二聚松香95二聚松香140二聚松香145；所述烷基胺优选十二烷基伯胺、十三烷基伯胺、十四烷基伯胺、十五烷基伯胺、十六烷基伯胺、十七烷基伯胺和十八烷基伯胺中的一种或多种。

第三实施方式

本实施方式提供了一种全油基钻井液用提切剂由以下质量百分比的组分组成：

二聚松香20％～30％；

十八烷基伯胺10％～20％；

三乙醇胺5％～10％；

白油40％～60％；

乙二醇丁醚5％～10％。

进一步地，本实施方式所保护的全油基钻井液用提切剂的制备方法，包括以下步骤：

1)、按照配比分别称取二聚松香、十八烷基伯胺、三乙醇胺、白油、乙二醇丁醚；

2)、在密闭反应釜中加入适量的溶剂，依次按比例加入二聚松香、十八胺基伯胺；

3)、在60r/min～90r/min转速下搅拌，控制反应釜温度70℃～90℃，反应2h～3h；

4)、均匀缓慢加入三乙醇胺，升高温度至100℃～110℃，在100r/min～120r/min转速的搅拌下保温反应3h～4h；

5)、蒸馏出溶剂；

6)、冷却至50℃～70℃，加入白油和乙二醇丁醚，继续搅拌0.5h，即制得所述全油基钻井液用提切剂。

值得一提的是，所述溶剂为甲苯，且甲苯的添加量为十八烷基伯胺、三乙醇胺的体积之和的2-3倍。

蒸馏后得到的甲苯可回流至反应釜内继续作为溶剂使用，既能减少废水排放量和缓解污水处理压力，降低运行成本，又能明显提高各部中间体和产品的收率，得到较大的经济效益。再者，应用该方法制备的全油基钻井液用提切剂可显著改善新配制的油基钻井液的流变性能，解决以往在全油基钻井液中使用有机土，加量过少配制的新浆粘切过低加重材料易沉降，加量过多新浆经过井底循环后有机土受热激发，导致钻井液受热稠化，即新配制的全油基钻井液流变性难以控制的难题。

第四实施方式

作为一种优选实施方式，所述全油基钻井液用提切剂由以下质量百分比的组分组成：

二聚松香25％；

十八烷基伯胺15％；

三乙醇胺5％；

白油50％；

乙二醇丁醚5％。

进一步地，本实施方式所保护的全油基钻井液用提切剂的制备方法，包括以下步骤：

1)、分别称取质量百分比25％的二聚松香、15％的十八烷基伯胺、5％的三乙醇胺、50％的白油、5％的乙二醇丁醚；

2)、在密闭反应釜中加入适量的甲苯(甲苯的添加量为十八烷基伯胺、三乙醇胺的体积之和的2-3倍)，然后依次按比例加入二聚松香、十八胺基伯胺；

3)、在60r/min～90r/min转速下搅拌，控制反应釜温度70℃～90℃，反应2h～3h；

4)、再均匀加入三乙醇胺，升高温度至100℃～110℃，在100r/min～120r/min转速的搅拌下保温反应3h～4h；

5)、蒸馏出溶剂甲苯；

6)、冷却至50℃～70℃，加入白油和乙二醇丁醚，继续搅拌0.5h，即制得所述全油基钻井液用提切剂。

应用该产品配制的全油基钻井液流变性良好，易于调控，现场应用时操作维护更加简便。制备方法和所需设备条件简单，易于实施。

第五实施方式

本实施方式提供给了一种全油基钻井液用提切剂由以下质量百分比的组分组成：20％二聚松香、10％十八烷基伯胺、5％三乙醇胺、60％白油、5％乙二醇丁醚；

本实施方式所保护的全油基钻井液用提切剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照配比分别称取20％二聚松香、10％十八烷基伯胺、5％三乙醇胺、60％白油、5％乙二醇丁醚；

(2)在密闭反应釜中加入适量的甲苯，依次按比例加入二聚松香、十八胺基伯胺；

(3)在70r/min转速下搅拌，控制反应釜温度90℃，反应2h；

(4)均匀缓慢加入三乙醇胺，升高温度至100℃，在100r/min转速的搅拌下保温反应3h，停止加温。

(5)蒸馏出溶剂甲苯。

(6)冷却至70℃，加入白油和乙二醇丁醚，继续搅拌0.5h，即制得本发明的全油基钻井液用提切剂。

进一步地，对所制备的全油基钻井液用提切剂进行如下性能测试：

测试1：如图1、图2、图3所示，本实施方式的油基钻井液提切剂与有机土的提切性能对比测试

油基钻井液配方如下：基础油为3#工业白油，以所述基础油重量计的3.0％乳化剂+2.0％氢氧化钙+2.0％降滤失剂+1.0％增粘剂+提切剂或有机土+1.0％润湿剂+40％重晶石，配制密度1.20g/cm³的全油基钻井液，钻井液150℃×16h热滚后，按GB/T 16783.2—2012中的规定测定基浆及试验浆(65±1)℃的动切力、塑性粘度和低速率切力。

式中：N——动切力增加率，％；

YP₁——试样浆的动切力，Pa；

YP₀——基浆的动切力，Pa，基浆不加提切剂。

式中：LSYP——低速率切力，Pa；

φ₃——试样浆的3转读值；

φ₆——试样浆的6转读值。

式中：R——低剪切速率切力增加率，％；

LSYP1——试样浆的低剪切速率切力，Pa；

LSYP0——基浆的低剪切速率切力，Pa，基浆不加提切剂。

由上述试验结果可知，随着提切剂用量的加大，钻井液的动切力、低速率切力和塑性粘度均随之增加。与有机土配制的全油基钻井液对比，应用本发明提切剂的全油基钻井液具有更高的动切力，尤为难的是在具有较高的动切力的同时，具有较高的低速率切力和较低的塑性粘度。表明应用本发明提切剂的全油基钻井液具有更为良好的流变性。

第六实施方式

本实施方式提供给了一种全油基钻井液用提切剂由以下质量百分比的组分组成：25％二聚松香、15％十八烷基伯胺、10％三乙醇胺、40％白油、10％乙二醇丁醚；

本实施方式所保护的全油基钻井液用提切剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照配比分别称取25％二聚松香、15％十八烷基伯胺、10％三乙醇胺、40％白油、10％乙二醇丁醚；

(2)在密闭反应釜中加入适量的甲苯，依次按比例加入二聚松香、十八胺基伯胺；

(3)在80r/min转速下搅拌，控制反应釜温度90℃，反应2h；

(4)均匀缓慢加入三乙醇胺，升高温度至100℃，在110r/min转速的搅拌下保温反应4h，停止加温。

(5)蒸馏出溶剂甲苯。

(6)冷却至70℃，加入白油和乙二醇丁醚，继续搅拌0.5h，即制得本发明的全油基钻井液用提切剂。以上皆为质量百分比。

对利用上述提供的油基钻井液用提切剂的制备方法制备的全油基钻井液用提切剂进行如下性能测试：

测试2：如图4、图5、图6所示，本实施方式的油基钻井液提切剂与有机土在热滚前后的提切性能对比测试

油基钻井液配方如下：基础油为3#工业白油，以所述基础油重量计的3.0％乳化剂+2.0％氢氧化钙+2.0％降滤失剂+1.0％增粘剂+提切剂或有机土+1.0％润湿剂+40％重晶石，配制密度1.20g/cm³的全油基钻井液，钻井液150℃×16h热滚前后，按GB/T 16783.2—2012中的规定测定基浆及试验浆(65±1)℃的动切力和塑性粘度。

由上述试验结果可知，有机土配制的全油基钻井液的动切力和塑性粘度热滚前很低，热滚后均显著上升。现场施工中存在发生下列难题，加量过少配制的新浆粘切过低加重材料易沉降，加量过多新浆经过井底循环后有机土受热激发，导致钻井液受热稠化。本发明提切剂的全油基钻井液热滚前后的动切力和塑性粘度变化不大，表明应用本发明提切剂不需要热激发，即可起到良好的提切作用，避免了全油基钻井液易受热稠化的难题。

第七实施方式

本实施方式提供给了一种全油基钻井液用提切剂由以下质量百分比的组分组成：30％二聚松香、20％十八烷基伯胺、10％三乙醇胺、30％白油、10％乙二醇丁醚；

本实施方式所保护的全油基钻井液用提切剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照配比分别称取30％二聚松香、20％十八烷基伯胺、10％三乙醇胺、30％白油、10％乙二醇丁醚；

(2)在密闭反应釜中加入适量的甲苯，依次按比例加入二聚松香、十八胺基伯胺；

(3)在90r/min转速下搅拌，控制反应釜温度90℃，反应2h；

(4)均匀缓慢加入三乙醇胺，升高温度至110℃，在120r/min转速的搅拌下保温反应4h，停止加温。

(5)蒸馏出溶剂甲苯。

(6)冷却至70℃，加入白油和乙二醇丁醚，继续搅拌0.5h，即制得本发明的全油基钻井液用提切剂。以上皆为质量百分比。

对利用上述提供的油基钻井液用提切剂的制备方法制备的全油基钻井液用提切剂进行如下性能测试：

测试3：如图6、图7、图8所示，本实施方式的油基钻井液提切剂与有机土在不同基础油中的提切性能对比测试

油基钻井液配方如下：以所述基础油重量计的3.0％乳化剂+2.0％氢氧化钙+2.0％降滤失剂+1.0％增粘剂+2.0％提切剂或2.0％有机土+1.0％润湿剂+40％重晶石，配制密度1.20g/cm³的全油基钻井液，钻井液150℃×16h热滚前后，按GB/T 16783.2—2012中的规定测定基浆及试验浆(65±1)℃的动切力、塑性粘度和低剪切速率切力。

由上述结果可知，应用本发明提切剂配制的全油基钻井液，无论采用柴油、3#工业白油、气制油中的基础油，均具有更高的动切力、低剪切速率切力和较低的塑性粘度，即全油基钻井液具有良好的流变性能。同时，该提切剂适用于页岩气水平井、页岩油水平井、碳质泥岩水平井的油基钻井液施工。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

在不冲突的情况下，本领域的技术人员可以根据实际情况将上述各示例中相关的技术特征相互组合，以达到相应的技术效果，具体对于各种组合情况在此不一一赘述。