一种水基钻井液碱度调节剂及其制备方法和应用与流程

2021-02-02 18:02:58|

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本发明属于石油钻井液
技术领域：
，具体涉及一种水基钻井液碱度调节剂及其制备方法和应用。
背景技术：
：厄瓜多尔oriente盆地位于该国东部亚马逊热带雨林区，油藏丰富，地质结构复杂、环保要求高，给钻井作业施工带来诸多问题。该国油区处于亚马逊热带雨林自然保护区域，环保要求极高，当地政府专门制定石油环保相关法律要求钻屑和废液无毒害直接掩埋排放，排放标准中无毒、低电导率、低油等指标依据美国环境署ea1131标准执行，对钻井液材料和体系都提出了以环保为基础的强制性要求，导致许多材料不能在当地使用。同时由于该国与哥伦比亚接壤，制毒贩毒较为严重。烧碱作为钻井液用碱度调节剂亦能作为化学提炼毒品的重要材料，为防止当地的毒品加工提炼，对相关化学品实行销售和运输全程管控。烧碱(氢氧化钠)是目前常用的水基钻井液碱度调节剂，能快速提高钻井液体系ph值，促进钻井液处理剂增强作用效果，其中酸碱度直接与钻井液中粘土颗粒的分散程度有关，因此会在很大程度上影响钻井液的粘度、切力和其它性能参数。烧碱是具有强腐蚀性的强碱，属于危化品，在运输、使用等方面临诸多限制，且对人员和环保潜在风险较大。在厄瓜多尔等南美地区，烧碱属于强制管控物资，采购、仓储和运输都要求在当地治安部门登记，警察会定期检查。因此在当地石油钻井中，常常由于对烧碱的限制，各油服公司都在寻求和使用烧碱替代品，以满足环保和法规的要求。在水基钻井液中还有以氧化镁、氧化钙、氢氧化钙和氢氧化钾等作为提高ph值的碱度调节剂，但由于其通用性、或作用效能、或物资管控等原因，没有在当地使用。因此有必要研究一种对作业环境无任何影响，不受厄瓜多尔等南美环境敏感地区管控限制的水基钻井液碱度调节剂，以解决上述问题。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的是提供一种水基钻井液碱度调节剂及其制备方法和应用，具有安全环保、易于运输的特点，满足厄瓜多尔等南美环境敏感地区钻井液作业施工的需要，同时降低了环境影响风险，避免管控措施下的采购、运输成本和仓储成本的问题。本发明所采用的技术方案如下：一种水基钻井液碱度调节剂，所述水基钻井液碱度调节剂包括以下重量百分比的组份：硅酸盐95％～98％，抗固结剂2％-5％。进一步地，所述水基钻井液碱度调节剂包括以下重量百分比的组份：硅酸盐98％，抗固结剂2％。进一步地，所述水基钻井液碱度调节剂包括以下重量百分比的组份：硅酸盐96％，抗固结剂4％。进一步地，所述硅酸盐为零水偏硅酸或五水偏硅酸钠。进一步地，所述抗固结剂为硅酸三钙或硅酸二钙。一种水基钻井液碱度调节剂的制备方法，具体操作为：常温常压下，在硅酸盐原料中加入抗固结剂，混合均匀，即得所述水基钻井液碱度调节剂。一种水基钻井液碱度调节剂在调节油井水基钻井液ph中的应用。本发明的有益效果如下：1.本发明利用硅酸盐在水中溶解后产生高ph值且具有与钻井液处理剂配伍性兼容等优点，形成一种水基钻井液碱度调节剂，对作业环境无任何影响，不受厄瓜多尔等南美环境敏感地区管控限制。本发明在国内外环保及相关法律要求日趋严格的背景下，进行钻井液处理剂的替换升级，可替代现有水基钻井液碱度调节剂氢氧化钠。2.本发明所采用的原材料简单、成本低，碱度调节剂制备方法和所需设备条件简单，易于操作维护，便于实施，既能满足厄瓜多尔等南美环境敏感地区油井快速安全钻进的需要，又能降低作业风险和生产成本，有效提高了钻井作业效率，经济效益和社会效益良好，值得广泛推广应用。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属
技术领域：
的技术人员充分传达本发明的范围。本发明保护了一种水基钻井液碱度调节剂，所述水基钻井液碱度调节剂包括以下重量百分比的组份：硅酸盐95％～98％，抗固结剂2％-5％。进一步地，所述水基钻井液碱度调节剂包括以下重量百分比的组份：硅酸盐98％，抗固结剂2％。进一步地，所述水基钻井液碱度调节剂包括以下重量百分比的组份：硅酸盐96％，抗固结剂4％。进一步地，所述硅酸盐为零水偏硅酸或五水偏硅酸钠。进一步地，所述抗固结剂为硅酸三钙或硅酸二钙。本发明还保护了一种水基钻井液碱度调节剂的制备方法，具体操作为：常温常压下，在硅酸盐干粉原料中加入抗固结剂，混合均匀，即得所述水基钻井液碱度调节剂。本发明还保护了一种水基钻井液碱度调节剂在调节油井水基钻井液ph中的应用。实施例1本实施例提供了一种水基钻井液碱度调节剂，其制备方法如下：常温常压下，在98％硅酸盐干粉原料中加入2％抗固结剂，混合均匀，即得所述水基钻井液碱度调节剂。所述硅酸盐为零水偏硅酸。所述抗固结剂为硅酸三钙。1.1实施例1水基钻井液碱度调节剂评价实验首先测试了碱度调节剂在水中的ph变化，主要是测试不同加量下ph值的变化，评价其加量范围，按照质量百分比配制实施例1所述不同加量碱度调节剂的水溶液。在室内常温(25℃)下，用ph计测试不用加量碱度调节剂的水溶液ph值，结果见表1。表1不同加量碱度调节剂的水溶液ph值加量0.05％0.07％0.10％0.30％0.50％1％ph值89.512141414从表1可以看出，当水基钻井液碱度调节剂加量为0.1％时，水溶液ph值为12；当水基钻井液碱度调节剂加量为0.3％时，水溶液ph值为14。本发明的水基钻井液碱度调节剂在水中能提高ph值。1.2实施例1水基钻井液碱度调节剂性能配制400ml以w/v计浓度为4％的膨润土浆5份，水化16小时。其中，纯膨润土浆1份，向其他4份膨润土浆中分别加入0.20g、0.28g、0.40g和1.2g实施例1所述的水基钻井液碱度调节剂。然后将纯膨润土浆和不同加量碱度调节剂的膨润土浆高速搅拌20min后测试其性能。测试方法依据gb/t16783.1-2014石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液”的规定采用六速旋转粘度计，六速旋转粘度计的型号为znn-d6b，用六速旋转粘度计测试的读数。最后计算表观粘度av、塑性粘度pv以及动切力yp，结果见表2。表2不同加量碱度调节剂对土浆流变性能的影响由表2可知，相比于纯膨润土浆，不同加量碱度调节剂的膨润土浆的表观粘度、塑性粘度以及动切力均有所提高。同时，随着碱度调节剂的用量的增加，膨润土浆的粘度和动切力呈现增加的趋势。综上所述，本发明提供的碱度调节剂对膨润土浆流变性能的影响趋势与一般碱度调节剂一致。配制水基钻井液基浆：自来水400ml+0.5％低粘聚阴离子纤维素pac-l+0.2％高粘聚阴离子纤维素pac-hv+0.2％黄原胶xcd+1％聚合醇防塌剂+2％油基润滑油+2％乳化石蜡+2％白沥青+1％石灰石粉100目+3％石灰石粉325目。向水基钻井液基浆中分别加入以w/v计浓度为0.3％的实施例1所制得的碱度调节剂和以w/v计浓度为0.3％烧碱(氢氧化钠)，对应编号为s1、s2。进行95℃℃热滚16h后，选用中压失水仪，中压失水仪的型号为zns-2，用于考察基浆流变和滤失量变化，结果如表3所示。表3碱度调节剂对基浆钻井液性能的影响从表3可以看出，在基浆中添加实施例1制得的碱度调节剂后，ph值从7.5升至11.37，热滚陈化后ph值10.68，热滚前后流变、失水变化不大，系统稳定。在基浆中添加烧碱后，ph值从7.5升至11.76，热滚陈化后ph值11.18，热滚前后流变、失水变化不大，系统稳定。由此可见，实施例1制得的水基钻井液碱度调节剂与烧碱相比，两者调节钻井液ph值作用相同，对流变、失水影响差别不大。1.3实施例1水基钻井液碱度调节剂现场应用情况及效果厄瓜多尔钻井施工区域位于热带雨林区，常年高温多雨，与哥伦比亚接壤，制毒贩毒较为严重。烧碱作为钻井液用碱度调节剂亦能作为化学提炼毒品的重要材料，在厄瓜多尔等南美国家被列为管控化学材料，在采购、仓储、运输等环节实行资质证件审查，严格限制该化学品的流通和使用。在厄瓜多尔tarapoa油田钻进施工中，使用实施例1所述的钻井液碱度调节剂调节现场钻井液配方，进行钻井液维护。现场钻井液配方如上述实施例1(1.2)所述，应用该钻井液体系进行二开、三开井段钻进，满足安全钻进及环保要求。现场应用实施例1所述碱度调节剂和氢氧化钠，分别将二开钻井液ph值调节至8.0-8.5，三开调节至9.0-9.5。钻井液性能见表4、表5。表4二开钻井液性能碱度调节剂(实施例1)氢氧化钠密度，ppg9.3-9.89.3-10.0粘度，s28-3828-40滤失量，ml/30min≤12≤10pv，cp5-106-10yp，lbf/100ft27-138-15ph8.0-8.58.0-8.5mbt，lpb<15<18表5三开钻井液性能应用实施例1提供的碱度调节剂现场调节水基钻井液ph值，可配置成水溶液，再加入钻井液循环体系中；亦可直接缓慢加入钻井液循环体系中，其作用效果与烧碱相同，与其他处理剂配伍性好。实施例2：本实施例提供了一种水基钻井液碱度调节剂，其制备方法如下：常温常压下，在96％硅酸盐干粉原料中加入4％抗固结剂，混合均匀，即得所述水基钻井液碱度调节剂。所述硅酸盐为五水偏硅酸钠。所述抗固结剂为硅酸二钙。2.1实施例2水基钻井液碱度调节剂评价实验按照质量百分比配制实施例2所述不同加量碱度调节剂的水溶液。在室内常温(25℃)下，用ph计测试不用加量碱度调节剂的水溶液ph值，结果见表6。表6不同加量碱度调节剂的水溶液ph值加量0.05％0.07％0.10％0.30％0.50％1％ph值89.512141414由表6可知，当实施例2所述的碱度调节剂加量为0.1％时，水溶液ph值为12，当碱度调节剂加量为0.3％时，水溶液ph值为14。本发明的水基钻井液碱度调节剂在水中能提高ph值。2.2实施例2水基钻井液碱度调节剂性能配制400ml以w/v计浓度为4％的膨润土浆5份，水化16小时。其中，纯膨润土浆1份，向其他4份膨润土浆中分别加入0.20g、0.28g、0.40g和1.2g实施例1所述的水基钻井液碱度调节剂。然后将纯膨润土浆和不同加量碱度调节剂的膨润土浆高速搅拌20min后测试其性能。测试方法依据“gb/t16783.1-2014石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液”的规定采用六速旋转粘度计，六速旋转粘度计的型号为znn-d6b，用六速旋转粘度计测试的读数。最后计算表观粘度av、塑性粘度pv以及动切力yp，结果见表7。表7不同加量碱度调节剂对土浆流变性能的影响由表7可知，相比于纯膨润土浆，不同加量实例2碱度调节剂的膨润土浆的表观粘度、塑性粘度以及动切力均有所提高。同时，随着碱度调节剂的用量的增加，膨润土浆的粘度和动切力呈现增加的趋势。综上所述，本发明提供的碱度调节剂对膨润土浆流变性能的影响趋势与一般碱度调节剂一致，与实例1测试变化趋势相同。配制水基钻井液基浆：自来水400ml+2％膨润土+0.6％低粘聚阴离子纤维素pac-l+0.2％黄原胶xcd+0.5％防塌剂g319+1％封堵剂g325+0.2％包被剂kpam+2％降滤失剂smp+8％氯化钾+6％重晶石。向水基钻井液基浆中分别加入以w/v计浓度为0.3％的实施例2所制得的碱度调节剂和以w/v计浓度为0.3％烧碱(氢氧化钠)，对应编号为s1、s2。进行95℃热滚16h后，选用中压失水仪，中压失水仪的型号为zns-2，用于考察基浆流变和滤失量变化，结果如表7所示。表7碱度调节剂对基浆钻井液性能的影响从表7可以看出，在基浆中添加实施例2制得的碱度调节剂后，ph值从7.5升至12.22，热滚陈化后ph值为12.10，热滚前后流变、失水变化不大，系统稳定。在基浆中添加烧碱后，ph值从7.5升至10.66，热滚陈化后ph值10.38，热滚前后流变、失水变化不大，系统稳定。由此可见，实施例2制得的水基钻井液碱度调节剂与烧碱相比，两者调节钻井液ph值作用相同，对流变、失水影响差别不大。2.3实施例2水基钻井液碱度调节剂现场应用情况及效果厄瓜多尔南部17区块位于oriente盆地南部，该区块目的层较深，地层含有砾石层和煤层夹层，二开和三开钻井液密度较高。钻进施工中，使用实施例2所述的钻井液碱度调节剂调节现场钻井液配方，进行钻井液维护。现场钻井液配方如上述实施例2(二)所述，应用该钻井液体系进行二开、三开井段钻进，满足安全钻进及环保要求。现场应用实施例2所述的钻井液碱度调节剂硅酸盐，将二开钻井液ph值调节至8.0-8.5，三开调节至9.0-9.5。钻井液性能见表8、表9。表8二开钻井液性能碱度调节剂(实施例2)氢氧化钠密度，ppg9.3-10.29.3-10.3粘度，s28-4028-42滤失量，ml/30min≤12≤10pv，cp6-128-13yp，lbf/100ft27-136-15ph8.0-8.58.0-8.5mbt，lpb<15<18表9三开钻井液性能应用实施例2所述碱度调节剂现场调节水基钻井液ph值，可配置成水溶液，再加入钻井液循环体系中；亦可直接缓慢加入钻井液循环体系中，其作用效果与烧碱相同，与其他处理剂配伍性好。综上所述，在钻井液各项性能得以保证的基础上，本发明提供的水基钻井液碱度调节剂具有显著的环保优势，可应用于油井水基钻井液ph值的控制，尤其是厄瓜多尔等南美环境敏感地区，与所用水基钻井液体系配伍性好，满足钻井液维护处理需要。同时避免仓储、运输等环节的法律管控，降低施工过程的对环境及人员健康潜在的风险，应用前景良好，同时具有安全环保、易于运输的特点。以上各实施例没有详细叙述的方法和结构属本行业的公知常识，这里不一一叙述。以上举例仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3

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