專利名稱：一種環(huán)保型抗高溫合成基泡沫鉆井液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉆井技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種環(huán)保型抗高溫合成基泡沫鉆井液及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著油氣資源需求的日益增加，煤層氣、頁巖氣以及超低壓地層和中后期老油氣田也成為勘探與開發(fā)的重要目標(biāo)，發(fā)展低密度鉆井液十分必要。目前主要的低密度鉆井液為霧狀液和水基泡沫，采用低密度鉆井液可有效降低濾失量、減少壓差卡鉆事故、防止井漏、提高機(jī)械鉆速，最大限度地降低鉆井液對(duì)油氣儲(chǔ)層的損害。水基泡沫鉆井液的液相一般采用淡水或鹽水，氣相一般是空氣、氮?dú)?、天然氣或廢氣。泡沫鉆井液在懸浮巖屑和控制地層壓力方面明顯優(yōu)于霧狀鉆井液，泡沫鉆井液還具有天然的降濾失和防漏、堵漏特性，通過提高粘度和賈敏堵塞效應(yīng)降低或阻止流體滲入地層。盡管水基泡沫鉆井液在控制濾失、降低壓差卡鉆、防漏堵漏方面應(yīng)用已十分廣泛， 但仍然不能有效解決鉆進(jìn)水敏地層時(shí)的儲(chǔ)層損害問題，為此開展油基泡沫流體的研究，對(duì)有效解決鉆進(jìn)過程中泥頁巖水化、儲(chǔ)層保護(hù)等問題具有重要意義。目前，國內(nèi)外針對(duì)油基泡沫鉆井液的研究剛剛起步，并取得一些進(jìn)展，總體上仍存在著泡沫體系不穩(wěn)定、抗溫性能較差、抗污染能力弱等問題，另外所用的泡沫基液多為毒性較大的柴油，在環(huán)境中不容易生物降解，造成環(huán)境污染。因此，利用人工合成的類似油類的無毒基液(簡稱合成基)代替油基泡沫中的油相，研究開發(fā)出一種環(huán)保型抗高溫油基泡沫鉆井液，對(duì)于處在環(huán)保要求嚴(yán)格的地區(qū)的低壓、低滲透、易漏失和井壁不穩(wěn)定的油氣儲(chǔ)層的勘探開發(fā)具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要的目的是解決上述問題，提供一種環(huán)保型抗高溫合成基泡沫鉆井液體系，該鉆井液體系無毒環(huán)保，性能穩(wěn)定、抗溫性能好，能用于深井欠平衡鉆進(jìn)，鉆進(jìn)使用合成基泡沫鉆井液能有效抑制泥頁巖水化膨脹，穩(wěn)定井壁、防漏堵漏，同時(shí)能有效保護(hù)油氣儲(chǔ)層。本發(fā)明技術(shù)方案如下—種環(huán)保型抗高溫合成基泡沫鉆井液，采用質(zhì)量份數(shù)1 3份的有機(jī)土、1 2份的高溫油基發(fā)泡劑、1 3份的高溫油基穩(wěn)泡劑、92 97份的合成基液，分散相是氣體，通過高速攪拌配制而成。所述的氣體可以是空氣、天然氣、氮?dú)庵械娜我换蚱淙我饣旌衔?。所述的高溫油基發(fā)泡劑為烷基磺酸RSO3H,其中R為C18 C24的烷基或者烯基。所述的高溫油基穩(wěn)泡劑為油溶性共聚物多元脂肪酸烷醇酰胺醚。所述的合成基液為α-烯烴、液體石蠟、合成酯、低毒礦物油(如白油)、植物油中的任一或其任意混合物；所述的α-烯烴，含有至少約90% (質(zhì)量)含至少12個(gè)碳原子的烴類，大于10% (質(zhì)量)含至少16個(gè)碳原子的烴類，至少約60% (質(zhì)量)異構(gòu)烷烴，至少約95% (質(zhì)量)總烷烴，至多約(質(zhì)量)環(huán)烷烴，小于0.1% (質(zhì)量)芳烴。所述的高溫穩(wěn)泡劑制備方法包括以下步驟1)用多元脂肪酸在酸催化劑的作用下，與甲醇反應(yīng)，得到多元脂肪酸甲酯；所述催化劑可以采用各種酸性催化劑，可以為反應(yīng)條件下的液體酸，也可以是固體酸，可以是無機(jī)酸或者有機(jī)酸，包括硫酸、草酸、苯磺酸，也可以是超強(qiáng)酸。催化劑加入量0. 2% 0. 8% (以脂肪酸量依據(jù))，反應(yīng)溫度為80 100°C，反應(yīng)摩爾比(甲醇/脂肪酸)為3 8，反應(yīng)時(shí)間1 3h。2)多元脂肪酸甲酯與二乙醇胺反應(yīng)，得到多元脂肪酸烷醇酰胺；所述催化劑可以采用各種堿性催化劑，包括均相催化劑和非均相催化劑，包括氫氧化鈉、氫氧化鉀等。催化劑加入量0.2% 1.0% (以脂肪酸甲酯量依據(jù))，反應(yīng)溫度為80 120°C，反應(yīng)摩爾比 1. 05 1. 10 ( 二乙醇胺/脂肪酸甲酯)。稀釋劑可以采用各種有機(jī)溶劑，包括各種烷基苯 (如甲苯、二甲苯)和各種油品(如柴油、石蠟等)。3)在催化劑作用下，通過多元脂肪酸烷醇酰胺與環(huán)氧乙烷反應(yīng)得到多元脂肪酸烷醇酰胺醚；所述催化劑可以為堿性催化劑，也可以利用前一步反應(yīng)中殘余的堿作催化劑，反應(yīng)溫度為60 180°C，反應(yīng)摩爾比(環(huán)氧乙烷/多元脂肪酸烷醇酰胺)為2 4。本發(fā)明的效果合成基發(fā)泡劑的性能優(yōu)良，IOOmL合成基液中加入0.5%發(fā)泡劑， 發(fā)泡體積可達(dá)500mL，加入穩(wěn)泡劑之后半衰期可達(dá)15min以上；合成基泡沫鉆井液的密度在 0. 10 0. 40g/cm3，鉆井液的抗溫能力大于160°C，體系穩(wěn)定時(shí)間大于15min，鉆井液循環(huán)中不會(huì)出現(xiàn)氣液分離現(xiàn)象，在整個(gè)循環(huán)過程中，保護(hù)低壓油氣層效果較好。該鉆井液體系性能穩(wěn)定，具有良好的耐溫和抗污染能力，與儲(chǔ)層配伍性好；能用于深井欠平衡鉆進(jìn)，可有效抑制泥頁巖水化膨脹，穩(wěn)定井壁，防止井漏，保護(hù)油氣層。另外，合成基液——α -烯烴及泡沫劑均無毒，可生物降解，對(duì)環(huán)境無不良影響。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例1 高溫油基穩(wěn)泡劑(油溶性聚合物多元脂肪酸烷醇酰胺醚)的制備步驟，具體包括(1)在500mL的玻璃反應(yīng)器中依次加入二元酸200g(M =沈0)、無水甲醇80g、濃硫酸lg，在攪拌條件下緩慢升溫到85 90°C，恒溫0. 5h,然后向反應(yīng)器中補(bǔ)加無水甲醇70g， 恒溫lh，升溫到100°C，恒溫20min，降溫到50°C，出料。把反應(yīng)產(chǎn)物用水洗至pH值到中性， 得到多元脂肪酸甲酯；(2)將(1)制得的多元脂肪酸甲酯IOOg加入前述反應(yīng)器，真空脫水，然后加入柴油100g，二乙醇胺38g，NaOH 0. 8g，升溫到120°C，反應(yīng)4h，降溫出料，得到多元脂肪酸烷醇
酰胺；(3)將O)中制得的多元脂肪酸烷醇酰胺加入高壓反應(yīng)器，160°C通入環(huán)氧乙烷， 得到多元脂肪酸烷醇酰胺醚。實(shí)施例2
(1)稱取92g α-烯烴于IOOmL燒杯中，加入3g實(shí)施例1合成的多元脂肪酸烷醇酰胺醚攪拌溶解，然后在攪拌狀態(tài)下加入3g有機(jī)土()，使有機(jī)土分散均勻后，再加入2g十八烷基磺酸，輕輕攪拌溶解；(2)將上述泡沫液轉(zhuǎn)移至高速攪拌器中，以12000r/min的轉(zhuǎn)速高速攪拌泡沫基液 Imin即為合成基泡沫鉆井液。實(shí)施例3 (1)稱取95g α-烯烴于IOOmL燒杯中，加入2g實(shí)施例1合成的多元脂肪酸烷醇酰胺醚攪拌溶解，然后在攪拌狀態(tài)下加入2g有機(jī)土，使有機(jī)土分散均勻后，再加入1. 5g 二十烷基磺酸，輕輕攪拌溶解；(2)將上述泡沫液轉(zhuǎn)移至高速攪拌器中，以12000r/min的轉(zhuǎn)速高速攪拌泡沫基液 Imin即為合成基泡沫鉆井液。實(shí)施例4 (1)稱取97ga -烯烴于IOOmL燒杯中，加入Ig實(shí)施例1合成的多元脂肪酸烷醇酰胺醚攪拌溶解，然后在攪拌狀態(tài)下加入Ig有機(jī)土，使有機(jī)土分散均勻后，再加入Ig 二十二烷基磺酸，輕輕攪拌溶解；(2)將上述泡沫液轉(zhuǎn)移至高速攪拌器中，以12000r/min的轉(zhuǎn)速高速攪拌泡沫基液 Imin即為合成基泡沫鉆井液。性能評(píng)價(jià)按照上述實(shí)施例方法制備的合成基泡沫液，裝入滾子加熱爐老化釜中， 在160°C溫度條件下高溫動(dòng)態(tài)老化16h，取出冷卻至室溫。取老化前后的合成基泡沫液各 IOOmL加入攪拌杯中，以12000r/min轉(zhuǎn)速高速攪拌lmin，室溫下測(cè)定其密度和流變參數(shù)。該合成基泡沫鉆井液的性能指標(biāo)如表1所示表 權(quán)利要求
1.一種環(huán)保型抗高溫合成基泡沫鉆井液，其特征在于采用質(zhì)量份數(shù)1 3份的有機(jī)土、1 2份的高溫油基發(fā)泡劑、1 3份的高溫油基穩(wěn)泡劑、92 97份的合成基液，分散相是氣體，通過高速攪拌配制而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型抗高溫合成基泡沫鉆井液，其特征在于所述的高溫油基發(fā)泡劑為烷基磺酸RSO3H,其中R為C18 C24的烷基或者烯基。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型抗高溫合成基泡沫鉆井液，其特征在于所述的高溫油基穩(wěn)泡劑為油溶性共聚物多元脂肪酸烷醇酰胺醚，制備方法包括以下步驟1)用多元脂肪酸在酸催化劑的作用下，與甲醇反應(yīng)，得到多元脂肪酸甲酯；2)多元脂肪酸甲酯與二乙醇胺反應(yīng)，得到多元脂肪酸烷醇酰胺；3)在催化劑作用下，通過多元脂肪酸烷醇酰胺與環(huán)氧乙烷反應(yīng)得到多元脂肪酸烷醇酰胺醚。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型抗高溫合成基泡沫鉆井液，其特征在于所述的合成基液為α-烯烴、液體石蠟、合成酯、低毒礦物油(如白油)、植物油中的任一或其任意混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型抗高溫合成基泡沫鉆井液，其特征在于所述的氣體可以是空氣、天然氣、氮?dú)庵械娜我换蚱淙我饣旌衔铩?br> 6.環(huán)保型抗高溫合成基泡沫鉆井液的制備方法，其特征在于采用質(zhì)量份數(shù)1 3份的有機(jī)土、1 2份的高溫油基發(fā)泡劑、1 3份的高溫油基穩(wěn)泡劑、92 97份的合成基液， 分散相是氣體，通過高速攪拌配制而成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種環(huán)保型抗高溫合成基泡沫鉆井液及其制備方法，包括質(zhì)量份數(shù)1～3份的有機(jī)土、1～2份的高溫油基發(fā)泡劑、1～3份的自制高溫油基穩(wěn)泡劑、92～97份的合成基液—α-烯烴；該合成基泡沫鉆井液分散介質(zhì)是以α-烯烴為主成分的泡沫液，分散相是空氣，通過高速攪拌配制而成。該鉆井液體系性能穩(wěn)定，具有良好的耐溫和抗污染能力，與儲(chǔ)層配伍性好；能用于深井欠平衡鉆進(jìn)，可有效抑制泥頁巖水化膨脹，穩(wěn)定井壁，防止井漏，保護(hù)油氣層。另外，合成基液——α-烯烴及泡沫劑均無毒，可生物降解，對(duì)環(huán)境無不良影響。
文檔編號(hào)C09K8/38GK102559157SQ20111040729
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者張德文, 張德武, 張忻, 王富華, 王瑞和, 譚學(xué)超 申請(qǐng)人:中國石油大學(xué)(華東), 青島長興化工有限公司