一种页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液

摘要

本发明公开了一种钻进页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液，由如下重量份的原料组成：3#白油180份，30%氯化钙溶液120份，主乳化剂2‑5份，辅乳化剂4‑8份，可逆乳化剂12‑18份，氧化钙5‑10份，有机土2‑5份，封堵剂3‑8份，提切剂0.5‑3份，碳酸钙6‑12份，重晶石0‑800份，其中，主乳化剂是由妥尔油脂肪酸和马来酸酐制成，辅乳化剂由高级脂肪酸盐和高级脂肪酸多元醇酯制成，可逆乳化剂由9‑烯十八酸甲脂和羟乙基乙二胺制成，提切剂由苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸十六脂制成。油水比为6:4，具有较强的抑制分散性和封堵能力，润滑性好，抗温性能好，可适用于页岩深井水平段钻井需求。

权利要求

1.一种页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液，其特征在于：由如下重量份的原料组成：

3# 白油 180份，

30%氯化钙溶液 120份，

主乳化剂 2-5份，

辅乳化剂 4-8份，

可逆乳化剂 12-18份，

氧化钙 5-10份，

有机土 2-5份，

封堵剂 3-8份，

提切剂 0.5-3份，

碳酸钙 6-12份，

重晶石 100-800份，

其中，所述主乳化剂是由妥尔油脂肪酸和马来酸酐制成的；所述辅乳化剂由高级脂肪酸盐和高级脂肪酸多元醇酯制成的；所述可逆乳化剂由9-烯十八酸甲酯和羟乙基乙二胺制成的；所述提切剂由苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸十六酯制成的。

2.根据权利要求1所述的一种页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液，其特征在于：由如下重量份的原料组成：

3# 白油 180份，

30%氯化钙溶液 120份，

主乳化剂 3份，

辅乳化剂 6份，

可逆乳化剂 15份，

氧化钙 9份，

有机土 3份，

封堵剂 4.5份，

提切剂 1份，

碳酸钙9份，

重晶石 750份。

3.根据权利要求1或2所述的一种页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液，其特征在于：所述的主乳化剂是由妥尔油脂肪酸和马来酸酐以质量比为100:15在200℃条件下反应

8h制成。

4.根据权利要求1或2所述的一种页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液，其特征在于：所述辅乳化剂由高级脂肪酸盐和高级脂肪酸多元醇酯以质量比1:3的比例混合配制而成。

5.根据权利要求1或2所述的一种页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液，其特征在于：所述可逆乳化剂由9-烯十八酸甲酯和羟乙基乙二胺以质量比3:2的比例，在温度为135℃下反应6h制成。

6.根据权利要求1或2所述的一种页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液，其特征在于：所述有机土为蒙脱石的季铵化产物。

7.根据权利要求1或2所述的一种页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液，其特征在于：所述封堵剂为油基纳米封堵剂。

8.根据权利要求1或2所述的一种页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液，其特征在于：所述提切剂由苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸十六酯以质量比3:2:5的比例在80℃下反应3h制成。

9.根据权利要求1或2所述的一种页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液，其特征在于：所述碳酸钙为2000目碳酸钙。

10.根据权利要求4所述的一种页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液，其特征在于：所述高级脂肪酸盐为高级脂肪酸钠，所述高级脂肪酸多元醇酯为失水山梨酸醇酯。

说明书

一种页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液

技术领域

[0001] 本发明属于石油钻井技术领域，具体涉及一种页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液。

背景技术

[0002] 随着世界各油田的开发逐渐进入中后期，特别是针对页岩气水平井的钻井，钻井过程中遇到的复杂情况较多，经常遇到扭矩过大，起下钻遇阻、机械钻速低、井壁失稳等问题，导致钻井作业难度及开发成本也急剧增加。国外钻井中解决这些问题的传统做法是采用油基钻井液，油基钻井液具有抗高温、抗盐抗钙侵的优异性能，有利于井壁稳定，润滑性好、对油气层损害程度小等特点。而常规钻井液在抑制泥页岩水化及润滑性等方面尚不能满足非常规地层油气藏勘探开发需求，容易出现坍塌失稳的现象。而全油基钻井液成本太高。

[0003] 中国专利CN105062438A公开了一种40:60的超低油水比的油基乳化钻井液，以白3
油和氯化钙盐水溶液为基础，添加适量乳化剂及钻井液处理剂配制而成，密度为0.9g/cm -
1.0g/cm3，滤失量不稳定，虽然能够解决低压井钻井需求，但无法满足现有钻井液对深井超深井、高压力系数地层的钻井需要，特别是针对泥页岩地层的强抑制性与封堵性能力不足。

[0004] 为提高水基钻井液性能在泥页岩地层的安全快速钻进，本发明提供一种页岩水平井钻进用高密度低油水比乳化钻井液，既保持油基钻井液特点，具有较好的抑制性、稳定性、润滑性等特点，又能大大降低油基钻井液成本，在深井及非常规油气藏勘探中具有深远的应用前景。

发明内容

[0005] 本发明的目的旨在提供一种页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液，解决非常规地层深井钻进时容易出现坍塌失稳及全油基钻井液成本高昂的问题。

[0006] 本发明是通过以下技术方案实现的。

[0007] 一种页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液，由如下重量份的原料组成：

[0008] 3# 白油 180份，

[0009] 30%氯化钙溶液 120份，

[0010] 主乳化剂 2-5份，

[0011] 辅乳化剂 4-8份，

[0012] 可逆乳化剂 12-18份，

[0013] 氧化钙 5-10份，

[0014] 有机土 2-5份，

[0015] 封堵剂 3-8份，

[0016] 提切剂 0.5-3份，

[0017] 碳酸钙 6-12份，

[0018] 重晶石 100-800份，

[0019] 其中，所述主乳化剂是由妥尔油脂肪酸和马来酸酐制成的；所述辅乳化剂由高级脂肪酸盐和高级脂肪酸多元醇酯制成的；所述可逆乳化剂由9-烯十八酸甲酯和羟乙基乙二胺制成的；所述提切剂由苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸十六酯制成的。

[0020] 优选地，上述页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液由如下重量份的原料组成：

[0021] 3# 白油 180份，

[0022] 30%氯化钙溶液 120份，

[0023] 主乳化剂 3份，

[0024] 辅乳化剂 6份，

[0025] 可逆乳化剂 15份，

[0026] 氧化钙 9份，

[0027] 有机土 3份，

[0028] 封堵剂 4.5份，

[0029] 提切剂 1份，

[0030] 碳酸钙 9份，

[0031] 重晶石 750份。

[0032] 上述主乳化剂是由妥尔油脂肪酸和马来酸酐以质量比为100:15在200℃条件下反应8h制成。

[0033] 上述辅乳化剂由高级脂肪酸盐和高级脂肪酸多元醇酯以质量比1:3的比例混合配制而成。

[0034] 上述可逆乳化剂由9-烯十八酸甲酯和羟乙基乙二胺以质量比3:2的比例，在温度为135℃下反应6h制成。

[0035] 上述有机土为蒙脱石的季铵化产物。

[0036] 上述封堵剂为油基纳米封堵剂。

[0037] 上述提切剂由苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸十六酯以质量比3:2:5的比例在80℃下反应3h制成。

[0038] 上述碳酸钙为2000目碳酸钙。

[0039] 上述高级脂肪酸盐为高级脂肪酸钠，上述高级脂肪酸多元醇酯为失水山梨酸醇酯。

[0040] 上述页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液的制备方法为：称取3#白油，加入主乳化剂，在10000转/分的速度下搅拌5分钟，然后在同样的转速下，加入辅乳化剂搅拌5分钟，加入可逆乳化剂搅拌10分钟，加入氧化钙搅拌5分钟，加入有机土，搅拌15分钟，加入30%浓度的氯化钙水溶液，搅拌30分钟，一次加入封堵剂、提切剂、碳酸钙搅拌20分钟，最后加入重晶石搅拌30分钟，即可制得上述页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液。

[0041] 本发明的优点：

[0042] 本发明提供的页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液的油水比为6:4，与一般油基钻井液相比油相减少，降低成本，具有较强的抑制分散性和封堵能力，能有效的稳定井壁，保证在页岩水平井中安全钻进。该乳化钻井液密度可达2.2g/cm3，且钻井液密度可调，破乳电压高，润滑性好，抗温性能好，产品稳定，可适用于页岩深井水平段钻井需求，适用范围广。

具体实施方式

[0043] 下面结合实施例对本发明进行详细的说明。

[0044] 实施例1

[0045] 1.一种钻进页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液，由如下重量份的原料组成：3# 白油 180份，30%氯化钙溶液 120份，主乳化剂3份，辅乳化剂6份，可逆乳化剂15份，氧化钙9份，有机土3份，封堵剂4.5份，提切剂1份，碳酸钙9份，重晶石750份，[0046] 其中，上述主乳化剂是由妥尔油脂肪酸和马来酸酐以质量比为100:15在200℃条件下反应8h制成；

[0047] 上述辅乳化剂由高级脂肪酸钠和失水山梨酸醇酯以质量比1:3的比例混合配制而成；

[0048] 上述可逆乳化剂由9-烯十八酸甲酯和羟乙基乙二胺以质量比3:2的比例，在温度为135℃下反应6h制成；

[0049] 上述有机土为蒙脱石的季铵化产物；

[0050] 上述封堵剂为油基纳米封堵剂；

[0051] 上述提切剂由苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸十六酯以质量比3:2:5的比例在80℃下反应3h制成；

[0052] 上述碳酸钙为2000目碳酸钙。

[0053] 该钻进页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液是通过以下方法制备的：称取3#白油，加入主乳化剂，在10000转/分的速度下搅拌5分钟，然后在同样的转速下，加入辅乳化剂搅拌5分钟，加入可逆乳化剂搅拌10分钟，加入氧化钙搅拌5分钟，加入有机土，搅拌15分钟，加入30%浓度的氯化钙水溶液，搅拌30分钟，一次加入封堵剂、提切剂、碳酸钙搅拌20分钟，最后加入重晶石搅拌30分钟，即可。

[0054] 实施例2

[0055]  一种钻进页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液，由如下重量份的原料组成：3# 白油 180份，30%氯化钙溶液 120份，主乳化剂5份，辅乳化剂8份，可逆乳化剂18份，氧化钙5份，有机土2份，封堵剂3份，提切剂0.5份，碳酸钙6份，重晶石600份，其中，主乳化剂、辅乳化剂、可逆乳化剂、封堵剂、提切剂的制备同实施例1，有机土、碳酸钙同实施例1，该钻进页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液的制备方法同实施例1。

[0056] 实施例3

[0057] 一种钻进页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液，由如下重量份的原料组成：3# 白油 180份，30%氯化钙溶液 120份，主乳化剂2份，辅乳化剂4份，可逆乳化剂 12份，氧化钙10份，有机土5份，封堵剂8份，提切剂3份，碳酸钙12份，重晶石450份，其中，主乳化剂、辅乳化剂、可逆乳化剂、封堵剂、提切剂的制备同实施例1，有机土、碳酸钙同实施例1，该钻进页岩水平井用高密度低油水比乳化钻井液的制备方法同实施例1。

[0058] 对比例

[0059] 采用中国申请CN105062438A中公开的一种40:60的超低油水比的油基乳化钻井液，其组成为：3#白油40份，30%氯化钙盐水60份，高效乳化剂2份，乳化稳定剂1份，石灰1份，重晶石20份。其中，高效乳化剂由十六烷基三甲基氯化铵、双十二烷基二甲基氯化铵、月桂酰胺丙基氧化铵、鲸蜡基聚乙二醇/聚丙二醇-10/1二甲基硅氧烷在80℃的温度、3000转/分的搅拌速度下混合搅拌20分钟制得，十六烷基三甲基氯化铵：双十二烷基二甲基氯化铵：月桂酰胺丙基氧化铵：鲸蜡基聚乙二醇/聚丙二醇-10/1二甲基硅氧烷的重量比为0.5:0.5:2.0:3.0；将以上各组分按上述排列的顺序，依次投入10000转/分的高速搅拌机中，每投一个组份原料搅拌5分钟，待所有组分原料添加完并全部混合完毕后，在常温常压下再高速搅拌60分钟，即得40:60的超低油水比的油基乳化钻井液。

[0060] 实施例4

[0061] 抗温性能实验

[0062] 将实施例1、2、3配置好的乳化钻井液分别在90℃、120℃、150℃温度下热滚16h，测试该乳化钻井液的各项性能，结果如表1。

[0063]  表1 不同温度下乳化钻井液性能

[0064]

[0065]  从实验结果可知，实施例1中钻井页岩用水平井高密度乳化钻井液在密度为3
2.2g/cm ，温度为150℃时仍具有较好的流变特性，动塑比为0.47，滤失量少，高温高压滤失量为5.5ml，具有一定的减少滤液进入、稳定井壁的作用；在150℃时润滑系数小于0.08，具有很好地润滑特性；破乳电压高达948V，具有很好地抗温能力和温度稳定性，实施例1为最优实施例。而对比例中乳化钻井液的滤失量比本发明的大2-8倍，且密度较小。

[0066] 实施例5

[0067] 回收率性能评价

[0068] 将实施例1中配制的乳化钻井液备用，称取6-10目岩芯30.0g，放入盛有350ml乳化钻井液的高温罐中，盖紧；将装好试样的高温罐放入120℃的钻井液滚子炉中，滚动16h；取出高温罐冷至室温，将罐内的液体和岩样全部倾倒在40目的分样筛上，在盛有自来水的槽中湿式筛洗1min；将筛余岩样放入105℃±3℃的鼓风恒温干燥箱中烘干4h并冷却至室温，称量重量m1。一次回收率R1=m1/30*100%。重复上述操作，滚动4h后，烘干岩样，测重量m2。二次回收率R2=m2/30*100%。

[0069] 用上述方法测试清水的滚动回收率，实验结果如表2。

[0070] 表2 乳化钻井液滚动回收率实验数据

[0071]

[0072] 从测试结果可知，使用清水的岩屑回收率分别为：一次回收率26.47%、二次回收率15.38%；实施例1油包水乳化钻井液的回收率分别为：一次回收率99.13%、二次回收率
97.04%；实施例2中油包水乳化钻井液的一次回收率92.49%、二次回收率86.66%；实施例3中油包水乳化钻井液的一次回收率89.36%、二次回收率82.72%，体现了油包水乳化钻井液优异的防止黏土分散性能。

[0073] 实施例6

[0074] 线性膨胀率性能评价

[0075] 将实施例1、2、3配制的低油水比乳化钻井液备用，称取10g±0.01g岩心粉在105℃±3℃烘干4h并冷却至室温后通过100目筛子，装入测量筒，测试岩样的线性膨胀率实验及清水岩样的对比实验。

[0076] 表3 乳化钻井液页岩岩芯线性膨胀实验

[0077]

[0078] 从表3页岩岩芯线性膨胀率数据的测试结果看，实施例1、2、3的乳化钻井液，16h时，岩心在油包水乳化钻井液中的膨胀率在5.3%左右，在清水中的膨胀率为82.41%。

[0079] 由表2、表3的实验结果可知，该低油水比乳化钻井液在不同密度条件下滚动回收率及线性膨胀率与清水相比具有很高的提升，表明该钻井液具有较广泛的密度应用范围，能很好地抑制页岩中黏土矿物分散运移及水化膨胀能力，有效的稳定井壁，保证在页岩水平井中安全钻进。结合实施例4实验中温度稳定性及较好的润滑性，可见该高密度低油水比油包水乳化钻井液可用于页岩水平井深井的钻井作业中。