本發(fā)明涉及鉆井
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種環(huán)保水基鉆井液及其制備方法，可用于陸地或海洋的油氣資源開采，也適用于頁巖油氣資源開采。
背景技術(shù)：
：鉆井液保障了鉆井工程安全、優(yōu)質(zhì)、快速、高效的需求，近年來隨著人們環(huán)境保護(hù)的意識(shí)越來越強(qiáng)，各國法律都對(duì)鉆井液的環(huán)保性也提出了嚴(yán)格的要求。但目前廣泛使用的多種鉆井液體系如丙烯酸及其衍生物系列的聚合物鉆井液體系、聚磺鉆井液體系、油基鉆井液體系等存在環(huán)境污染嚴(yán)重、生物降解困難、后期處理難度大等問題，且使用的處理劑以人工合成的高分子聚合物及磺化類處理劑材料為主，有些還含有重金屬離子，這就從源頭上埋下了污染環(huán)境的隱患，由此導(dǎo)致了鉆井清潔生產(chǎn)與鉆井工程需要之間的矛盾。目前，國內(nèi)在源頭上對(duì)污染程度較大的鉆井液處理劑材料使用控制不嚴(yán)，鉆井液配方復(fù)雜，尚未形成既能滿足不同井深鉆井需求、又能實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保要求的鉆井液技術(shù)。因此，開發(fā)既要滿足鉆井工程安全、優(yōu)質(zhì)、快速、高效的需求，還要滿足環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，不污染周圍的環(huán)境(包括土壤、動(dòng)植物、地下水等)的環(huán)保型鉆井液勢(shì)在必行。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明基于從源頭控制污染、最大限度地減少污染、實(shí)現(xiàn)“綠色”鉆井的目標(biāo)，目的在于提供一種環(huán)保水基鉆井液及其制備方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明首先提供了一種環(huán)保水基鉆井液，以重量份計(jì)，其包括：水，100份；膨潤土，1-5份；碳酸鈉，0.05-0.4份；降濾失劑A，0.5-3份；降濾失劑B，0.2-3份；提粘切劑，0.1-1份；抑制劑，0.5-4份；潤滑劑，1-5份；微納米顆粒封堵劑，2-6份；加重材料，0-200份。在上述的環(huán)保水基鉆井液中，優(yōu)選地，所述降濾失劑A為抗高溫改性淀粉類降濾失劑，其抗溫大于140℃，EC50大于3.0×104mg/L。更優(yōu)選地，所述降濾失劑A為中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院生產(chǎn)的環(huán)保型降濾失劑ZJSJ，其抗溫達(dá)150℃，EC50為1.11×106mg/L。在上述的環(huán)保水基鉆井液中，優(yōu)選地，所述降濾失劑B為抗高溫改性膨潤土基降濾失劑，其EC50大于3.0×104mg/L。更優(yōu)選地，所述抗高溫改性膨潤土基降濾失劑是由膨潤土、水、十六烷基三甲基溴化銨、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸按照重量比(1～2):(6～8):(0.1～0.6):(0.5～1):(0.1～0.5)在一定引發(fā)劑作用下合成的，其EC50大于3.0×104mg/L。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述抗高溫改性膨潤土基降濾失劑是通過以下步驟合成的：將1～2重量份的鈉基膨潤土與6～8重量份的水充分混合均勻，然后滴加0.1～0.6重量份的十六烷基三甲基溴化銨，超聲震蕩20～40min，得到改性膨潤土懸浮液；然后將0.5～1重量份的丙烯酰胺和0.1～0.5重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的混合溶液的pH值調(diào)節(jié)至中性，加入到所述的改性膨潤土懸浮液中，通氮?dú)獬?0～40min，滴加單體(即丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)質(zhì)量的0.1～0.6％的過硫酸銨，在45～70℃下反應(yīng)2～6h，烘干粉碎，得到所述的抗高溫改性膨潤土基降濾失劑。目前的抗高溫降濾失劑多為磺化類的處理劑，EC50小于2.0×104mg/L，有生物毒性，不能用于環(huán)保鉆井液。而本發(fā)明采用抗高溫改性淀粉類降濾失劑和抗高溫改性膨潤土基降濾失劑，兩者抗溫均達(dá)150℃，且為環(huán)保型處理劑，能夠滿足環(huán)保鉆井液的配制需求，而且二者產(chǎn)生協(xié)同作用，能夠達(dá)到優(yōu)異的降濾失效果。在上述的環(huán)保水基鉆井液中，優(yōu)選地，所述提粘切劑為低粘聚陰離子纖維素、低粘羧甲基纖維素以及羥乙基纖維素等中的一種或幾種的組合，并且所述提粘切劑的EC50大于3.0×104mg/L。更優(yōu)選地，所述提粘切劑為中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院生產(chǎn)的低粘羧甲基纖維素LV-CMC，其EC50為1.36×105mg/L。在上述的環(huán)保水基鉆井液中，優(yōu)選地，所述抑制劑為有機(jī)胺、聚胺以及聚醚胺等中的一種或幾種的組合，并且所述抑制劑的EC50大于3.0×104mg/L。更優(yōu)選地，所述抑制劑為中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院生產(chǎn)的低聚醇胺ZJ-1，其EC50為1.81×105mg/L。在上述的環(huán)保水基鉆井液中，優(yōu)選地，所述潤滑劑為植物油改性潤滑劑和/或聚合醚等，并且所述潤滑劑的EC50大于3.0×104mg/L。更優(yōu)選地，所述潤滑劑為中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院生產(chǎn)的環(huán)保型抗高溫潤滑劑ZJSR，其EC50為6.23×104mg/L。在上述的環(huán)保水基鉆井液中，優(yōu)選地，所述微納米顆粒封堵劑為粒徑20～80nm的二氧化硅和/或1000目～2000目的碳酸鈣粉體等。在上述的環(huán)保水基鉆井液中，優(yōu)選地，所述加重材料為重晶石粉等。本發(fā)明提供的鉆井液具有良好的流變性、降濾失性、抑制性、潤滑性、抗污染性和儲(chǔ)層保護(hù)效果，還具有成分簡(jiǎn)單、成本低、現(xiàn)場(chǎng)配置簡(jiǎn)單、無生物毒性、安全環(huán)保、可直接排放的特點(diǎn)。該鉆井液可用于陸地或海洋的油氣資源開采，也適用于頁巖油氣資源開采。另一方面，本發(fā)明還提供了一種上述的環(huán)保水基鉆井液的制備方法，其包括以下步驟：(1)按照比例將膨潤土和碳酸鈉加入到水中，攪拌20～60min，使其充分?jǐn)嚢杈鶆?，再預(yù)水化處理16～24h；(2)在步驟(1)得到的混合液中，依次按照比例加入降濾失劑A、降濾失劑B、提粘切劑、抑制劑、潤滑劑、微納米顆粒封堵劑，同時(shí)觀察每種處理劑的溶解或分散情況，當(dāng)一種處理劑充分溶解或分散后，再加入下一種處理劑，直至全部加完；(3)使用碳酸鈉將步驟(2)得到的混合液的pH值調(diào)節(jié)到8～10；(4)可選擇地在步驟(3)得到的混合液中加入加重材料，攪拌20～40min，使其密度達(dá)到鉆井要求，得到所述的環(huán)保水基鉆井液。在上述制備方法中，步驟(1)中的攪拌速度可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)行常規(guī)調(diào)節(jié)，只要使膨潤土分散均勻即可。此外，需說明的是，膨潤土和碳酸鈉進(jìn)行離子交換，即為水化，步驟(1)中的“預(yù)水化處理”是鉆井液領(lǐng)域中的專業(yè)術(shù)語，本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉其含義。在上述制備方法中，優(yōu)選地，步驟(2)和(4)是在攪拌下進(jìn)行的，攪拌速度分別為10000～12000r/min，并且步驟(2)和(4)中的攪拌速度可以相同或不同，只要在該范圍內(nèi)即可。本發(fā)明提供的環(huán)保水基鉆井液具有如下優(yōu)點(diǎn)：①本發(fā)明選用的各處理劑的EC50均大于3.0×104mg/L，從源頭上保證了鉆井液的無毒、環(huán)保；②本發(fā)明提供的鉆井液顏色為白色或乳白色，有利于環(huán)保色度的處理；③本發(fā)明提供的鉆井液抗溫達(dá)150℃，具有良好的流變性、降濾失性、抑制性、潤滑性、抗污染性和儲(chǔ)層保護(hù)效果，且生物毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該鉆井液沒有毒性，安全環(huán)保，可實(shí)現(xiàn)直接排放；④本發(fā)明提供的鉆井液成分簡(jiǎn)單，處理劑價(jià)格便宜且加量少，鉆屑可直接排放、廢棄鉆井液處理成本超低，大幅降低綜合成本，經(jīng)濟(jì)效益突出。本發(fā)明提供的環(huán)保水基鉆井液適用于陸地或海洋的油氣資源開采，也適用于頁巖油氣資源開采，可以在各大油氣田推廣應(yīng)用。具體實(shí)施方式為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行以下詳細(xì)說明，但不能理解為對(duì)本發(fā)明的可實(shí)施范圍的限定。實(shí)施例1本實(shí)施例提供了一種不加重的環(huán)保水基鉆井液，其含有：淡水400g、懷安膨潤土12g、碳酸鈉0.24g、環(huán)保型降濾失劑ZJSJ6g、降濾失劑B2g、低粘羧甲基纖維素LV-CMC0.8g、低聚醇胺ZJ-18g、環(huán)保型抗高溫潤滑劑ZJSR6g以及1500目碳酸鈣粉體8g。其中，降濾失劑B為抗高溫改性膨潤土基降濾失劑，其是由膨潤土、水、十六烷基三甲基溴化銨、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸按照重量比1.5:7:0.3:0.8:0.2合成的。具體地，所述抗高溫改性膨潤土基降濾失劑是通過以下步驟合成的：稱取1.5重量份的鈉基膨潤土與7重量份的水充分混合均勻，然后滴加0.3重量份的十六烷基三甲基溴化銨，超聲震蕩30min，得到改性膨潤土懸浮液；然后將0.8重量份的丙烯酰胺和0.2重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的混合溶液通過NaOH調(diào)節(jié)pH值至7～8，加到所述的改性膨潤土懸浮液中，通氮?dú)獬?0min，攪拌條件下滴加單體質(zhì)量的0.3％的過硫酸銨，在50～60℃下反應(yīng)4h，烘干粉碎，得到所述的抗高溫改性膨潤土基降濾失劑。該環(huán)保水基鉆井液是通過以下步驟制備得到的：(1)將懷安膨潤土和一部分碳酸鈉加入到淡水中，攪拌30min，再預(yù)水化處理24h；(2)在11000r/min的高速攪拌下，在步驟(1)得到的混合液中，依次加入環(huán)保型降濾失劑ZJSJ、降濾失劑B、低粘羧甲基纖維素LV-CMC、低聚醇胺ZJ-1、環(huán)保型抗高溫潤滑劑ZJSR以及碳酸鈣粉體，同時(shí)觀察每種處理劑的溶解或分散情況，當(dāng)一種處理劑充分溶解或分散后，再加入下一種處理劑，直至全部加完；(3)使用剩余的碳酸鈉將步驟(2)得到的混合液的pH值調(diào)節(jié)到8～10，得到所述的環(huán)保水基鉆井液。實(shí)施例2本實(shí)施例提供了一種密度為1.2g/cm3的環(huán)保水基鉆井液，其含有：淡水400g、懷安膨潤土16g、碳酸鈉0.32g、環(huán)保型降濾失劑ZJSJ6g、降濾失劑B3g、低粘羧甲基纖維素LV-CMC1.2g、低聚醇胺ZJ-110g、環(huán)保型抗高溫潤滑劑ZJSR8g、40nm二氧化硅3g、1500目碳酸鈣粉體5g以及重晶石粉115g。其中，降濾失劑B為抗高溫改性膨潤土基降濾失劑，其與實(shí)施例1中的降濾失劑B相同。該環(huán)保水基鉆井液是通過以下步驟制備得到的：(1)將懷安膨潤土和一部分碳酸鈉加入到淡水中，攪拌20min，再預(yù)水化處理24h；(2)在11000r/min的高速攪拌下，在步驟(1)得到的混合液中，依次加入環(huán)保型降濾失劑ZJSJ、降濾失劑B、低粘羧甲基纖維素LV-CMC、低聚醇胺ZJ-1、環(huán)保型抗高溫潤滑劑ZJSR、40nm二氧化硅、1500目碳酸鈣粉體，同時(shí)觀察每種處理劑的溶解或分散情況，當(dāng)一種處理劑充分溶解或分散后，再加入下一種處理劑，直至全部加完；(3)使用剩余的碳酸鈉將步驟(2)得到的混合液的pH值調(diào)節(jié)到8～10；(4)在步驟(3)得到的混合液中加入重晶石粉，以10000～12000r/min的速度攪拌20min，使其密度達(dá)到1.2g/cm3，得到所述的環(huán)保水基鉆井液。實(shí)施例3本實(shí)施例提供了一種密度為1.6g/cm3的環(huán)保水基鉆井液，其含有：淡水400g、懷安膨潤土16g、碳酸鈉0.32g、環(huán)保型降濾失劑ZJSJ8g、降濾失劑B2g、低粘羧甲基纖維素LV-CMC1.8g、低聚醇胺ZJ-110g、環(huán)保型抗高溫潤滑劑ZJSR12g、1000目碳酸鈣粉體4g、2000目碳酸鈣粉體8g以及重晶石粉425g。其中，降濾失劑B為抗高溫改性膨潤土基降濾失劑，其與實(shí)施例1中的降濾失劑B相同。該環(huán)保水基鉆井液的制備步驟與實(shí)施例2相同。實(shí)施例4本實(shí)施例提供了一種密度為2.0g/cm3的環(huán)保水基鉆井液：淡水300g、懷安膨潤土12g、碳酸鈉0.28g、環(huán)保型降濾失劑ZJSJ8g、降濾失劑B1g、低粘羧甲基纖維素LV-CMC1.5g、低聚醇胺ZJ-19g、環(huán)保型抗高溫潤滑劑ZJSR10g、20nm二氧化硅4g、1500目碳酸鈣粉體6g以及重晶石580g。其中，降濾失劑B為抗高溫改性膨潤土基降濾失劑，其與實(shí)施例1中的降濾失劑B相同。該環(huán)保水基鉆井液的制備步驟與實(shí)施例2相同。上述實(shí)施例提供的鉆井液性能如下：(1)流變性、API濾失量、高溫高壓濾失量的測(cè)定根據(jù)《GB/T16783.1-2006石油天然氣工業(yè)鉆井液現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試第1部分：水基鉆井液》中的測(cè)定方法，評(píng)價(jià)實(shí)施例1-4的鉆井液體系150℃老化前后的流變性和API濾失量，以及150℃、3.5MPa下的高溫高壓濾失量。其中測(cè)定的參數(shù)包括AV(表觀粘度)、PV(塑性粘度)、YP(動(dòng)切力)、ρ(鉆井液密度)、FLAPI(API濾失量)、FLHTHP(高溫高壓濾失量)，測(cè)定結(jié)果見表1。表1各測(cè)試對(duì)象流變性能和濾失量參數(shù)數(shù)據(jù)表(2)抑制性將350mL測(cè)試對(duì)象高速攪拌20min，密封4h進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；通過頁巖滾動(dòng)分散實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)實(shí)施例1-4的鉆井液抑制泥頁巖水化分散性能。實(shí)驗(yàn)所用泥頁巖巖樣為玉門區(qū)塊泥頁巖，測(cè)試結(jié)果如表2所示。由表2可知，上述實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3和實(shí)施例4具有較高的巖屑滾動(dòng)回收率，表明其具有優(yōu)異的抑制泥頁巖水化分散性能。表2不同鉆井液抑制性能測(cè)試結(jié)果配方清水實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)施例4回收率/％25.295.196.595.897.2(3)潤滑性利用鉆井液極壓潤滑儀，評(píng)價(jià)實(shí)施例1-4的鉆井液150℃老化后的潤滑性。測(cè)試結(jié)果如表3所示。水平井一般要求鉆井液的摩擦系數(shù)小于0.1，以減少鉆具的旋轉(zhuǎn)阻力和提拉阻力。由表3可知，上述實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3和實(shí)施例4的極壓潤滑系數(shù)均小于0.1，表明其具有良好的鉆井液潤滑性能，能夠滿足長井段水平井現(xiàn)場(chǎng)施工要求。表3不同鉆井液潤滑性能測(cè)試結(jié)果配方清水實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)施例4極壓潤滑系數(shù)0.340.0670.0680.0760.085(4)抗污染性能(實(shí)施例3)在實(shí)施例3的環(huán)保水基鉆井液配方中加入一定量的CaCl2、NaCl、頁巖巖屑粉(采用威遠(yuǎn)-長寧龍馬溪組頁巖過100目的巖屑粉)，通過觀察體系的流變性變化，來評(píng)價(jià)實(shí)施例3的抗污染性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。表4抗污染性能試驗(yàn)結(jié)果由抗污染實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，加入CaCl2、飽和NaCl和不同量的巖屑粉后，環(huán)保水基鉆井液體系性能沒有出現(xiàn)較大變化，表明其具有很強(qiáng)的抗污染能力。該體系抗NaCl鹽至飽和，抗鉆屑污染達(dá)到10％。(5)儲(chǔ)層保護(hù)實(shí)驗(yàn)(實(shí)施例2)對(duì)實(shí)施例2的環(huán)保水基鉆井液進(jìn)行儲(chǔ)層傷害評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表5所示。從表5可以看出，環(huán)保鉆井液污染砂巖巖心后，其滲透率恢復(fù)值達(dá)到了85％以上，最高可達(dá)90.5％，說明環(huán)保鉆井液對(duì)油層損害程度很小，具有良好的油氣儲(chǔ)層保護(hù)效果。表5新型環(huán)保鉆井液動(dòng)態(tài)污染后巖心滲透率的變化(6)生物毒性實(shí)驗(yàn)根據(jù)油田化學(xué)劑及鉆井液的生物毒性容許值規(guī)定，如果生物毒性檢驗(yàn)結(jié)果大于20000mg/L，視為無毒。對(duì)實(shí)施例1-4的鉆井液進(jìn)行了發(fā)光桿菌生物毒性試驗(yàn)，結(jié)果如表6所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：實(shí)施例1-4的EC50均遠(yuǎn)大于20000mg/L，沒有毒性，可直接排放，有利于環(huán)境保護(hù)。表6不同鉆井液生物性能測(cè)試結(jié)果配方實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)施例4EC50/mg.L-176500701006670068500由上述性能測(cè)試可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的環(huán)保水基鉆井液體系選用的各處理劑的EC50均大于3.0×104mg/L，從源頭上保證了鉆井液的無毒、環(huán)保。該體系顏色為白色或乳白色，有利于環(huán)保色度的處理。該體系抗溫達(dá)150℃，具有良好的流變性、降濾失性、抑制性、潤滑性、抗污染性和儲(chǔ)層保護(hù)效果。生物毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該鉆井液沒有毒性，安全環(huán)保，可實(shí)現(xiàn)直接排放。該體系成分簡(jiǎn)單，處理劑價(jià)格便宜且加量少，鉆屑可直接排放、廢棄鉆井液處理成本超低，大幅降低綜合成本，經(jīng)濟(jì)效益突出。當(dāng)前第1頁1 2 3