[发明专利]一种环保型抗高温合成基泡沫钻井液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钻井技术领域，特别涉及一种环保型抗高温合成基泡沫钻井液及其制备方法。

背景技术

随着油气资源需求的日益增加，煤层气、页岩气以及超低压地层和中后期老油气田也成为勘探与开发的重要目标，发展低密度钻井液十分必要。目前主要的低密度钻井液为雾状液和水基泡沫，采用低密度钻井液可有效降低滤失量、减少压差卡钻事故、防止井漏、提高机械钻速，最大限度地降低钻井液对油气储层的损害。水基泡沫钻井液的液相一般采用淡水或盐水，气相一般是空气、氮气、天然气或废气。泡沫钻井液在悬浮岩屑和控制地层压力方面明显优于雾状钻井液，泡沫钻井液还具有天然的降滤失和防漏、堵漏特性，通过提高粘度和贾敏堵塞效应降低或阻止流体渗入地层。

尽管水基泡沫钻井液在控制滤失、降低压差卡钻、防漏堵漏方面应用已十分广泛，但仍然不能有效解决钻进水敏地层时的储层损害问题，为此开展油基泡沫流体的研究，对有效解决钻进过程中泥页岩水化、储层保护等问题具有重要意义。

目前，国内外针对油基泡沫钻井液的研究刚刚起步，并取得一些进展，总体上仍存在着泡沫体系不稳定、抗温性能较差、抗污染能力弱等问题，另外所用的泡沫基液多为毒性较大的柴油，在环境中不容易生物降解，造成环境污染。因此，利用人工合成的类似油类的无毒基液(简称合成基)代替油基泡沫中的油相，研究开发出一种环保型抗高温油基泡沫钻井液，对于处在环保要求严格的地区的低压、低渗透、易漏失和井壁不稳定的油气储层的勘探开发具有极其重要的现实意义。

发明内容

本发明主要的目的是解决上述问题，提供一种环保型抗高温合成基泡沫钻井液体系，该钻井液体系无毒环保，性能稳定、抗温性能好，能用于深井欠平衡钻进，钻进使用合成基泡沫钻井液能有效抑制泥页岩水化膨胀，稳定井壁、防漏堵漏，同时能有效保护油气储层。

本发明技术方案如下：

一种环保型抗高温合成基泡沫钻井液，采用质量份数1～3份的有机土、1～2份的高温油基发泡剂、1～3份的高温油基稳泡剂、92～97份的合成基液，分散相是气体，通过高速搅拌配制而成。

所述的气体可以是空气、天然气、氮气中的任一或其任意混合物。

所述的高温油基发泡剂为烷基磺酸RSO₃H，其中R为C₁₈～C₂₄的烷基或者烯基。

所述的高温油基稳泡剂为油溶性共聚物多元脂肪酸烷醇酰胺醚。

所述的合成基液为α-烯烃、液体石蜡、合成酯、低毒矿物油(如白油)、植物油中的任一或其任意混合物；所述的α-烯烃，含有至少约90％(质量)含至少12个碳原子的烃类，大于10％(质量)含至少16个碳原子的烃类，至少约60％(质量)异构烷烃，至少约95％(质量)总烷烃，至多约1％(质量)环烷烃，小于0.1％(质量)芳烃。

所述的高温稳泡剂制备方法包括以下步骤：

1)用多元脂肪酸在酸催化剂的作用下，与甲醇反应，得到多元脂肪酸甲酯；所述催化剂可以采用各种酸性催化剂，可以为反应条件下的液体酸，也可以是固体酸，可以是无机酸或者有机酸，包括硫酸、草酸、苯磺酸，也可以是超强酸。催化剂加入量0.2％～0.8％(以脂肪酸量依据)，反应温度为80～100℃，反应摩尔比(甲醇/脂肪酸)为3～8，反应时间1～3h。

2)多元脂肪酸甲酯与二乙醇胺反应，得到多元脂肪酸烷醇酰胺；所述催化剂可以采用各种碱性催化剂，包括均相催化剂和非均相催化剂，包括氢氧化钠、氢氧化钾等。催化剂加入量0.2％～1.0％(以脂肪酸甲酯量依据)，反应温度为80～120℃，反应摩尔比1.05～1.10(二乙醇胺/脂肪酸甲酯)。稀释剂可以采用各种有机溶剂，包括各种烷基苯(如甲苯、二甲苯)和各种油品(如柴油、石蜡等)。

3)在催化剂作用下，通过多元脂肪酸烷醇酰胺与环氧乙烷反应得到多元脂肪酸烷醇酰胺醚；所述催化剂可以为碱性催化剂，也可以利用前一步反应中残余的碱作催化剂，反应温度为60～180℃，反应摩尔比(环氧乙烷/多元脂肪酸烷醇酰胺)为2～4。

本发明的效果：合成基发泡剂的性能优良，100mL合成基液中加入0.5％发泡剂，发泡体积可达500mL，加入稳泡剂之后半衰期可达15min以上；合成基泡沫钻井液的密度在0.10～0.40g/cm³，钻井液的抗温能力大于160℃，体系稳定时间大于15min，钻井液循环中不会出现气液分离现象，在整个循环过程中，保护低压油气层效果较好。