[发明专利]用于油田钻井液应用的环保润滑剂

说明书

本申请公开了水基钻井液体系组合物和用于制备水基钻井液体系的方法。根据一个实施方式，一种钻井液体系可以包括钻井液和润滑剂。润滑剂可以由植物基原料油合成。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年7月17日提交的申请序列号为16/037,593的美国申请的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开的实施方式大体上涉及在自然资源井中使用的材料和方法，并且更具体地说，涉及用于钻井操作的水基钻井液。

背景技术

例如，为了烃提取而钻探新井筒的钻井操作包括在操作期间使钻井液(或者称为钻井泥浆)连续循环通过井筒的常规做法。钻井液被泵入钻杆中并到钻孔的底部，在钻孔的底部钻井液然后向上流过井筒壁与钻杆之间的环形空间，并且最后返回到地面并流出井筒，在那里将其回收以进行二次处理。在钻井期间，钻井固体(如钻井的地质地层的一部分)可能会被钻井液从井筒底部处或附近带到地面。其返回到地面之后，钻井液可以进行机械或化学处理以在再循环回通过井筒之前从钻井液中除去捕获的固体和钻屑。

发明内容

钻井液用于各种钻井应用中，例如旋转钻井和连续油管钻井应用，以完成功能任务并确保钻井操作安全、无故障且经济。钻井液的一个目的是通过在钻井时充当金属-金属界面和金属-泥饼界面之间的润滑介质来减少钻柱与套管或钻孔壁之间的摩擦。

常规的水基钻井液或“泥浆”的润滑性能较差，因此与油基钻井液体系相比，摩擦系数(COF)大得多。与油基钻井液体系相比，这是水基钻井液体系的主要技术限制之一。

在水基钻井液体系中添加了不同类型的润滑添加剂，以降低COF并减轻扭矩和阻力问题。水基钻井液体系可用于水平井或延伸井。水平井相对于真垂直井的倾斜角通常大于85°。通过在储层内放置较长的井筒段，可以钻成水平井以提高储层的性能。延伸井是测得的深度与真垂直深度之比为至少2:1的井。

在水平井和延伸井的情况下，较高的COF会导致钻井效率下降，装备磨损和管道扭曲增加，穿透率降低以及扭矩和阻力增加，这会引发其他各种钻井问题。较高的COF还会限制水平井和延伸井的延伸范围，这可能成为延伸钻井作业的障碍。因此，对于水平和延伸钻井操作，希望使用具有较小COF值的钻井液。

为了最小化水基钻井液的摩擦阻力或COF值，在钻井液体系中加入了润滑添加剂。然而，许多这些材料在其应用中都有局限性。一些常规润滑剂具有有限的降低钻井液的COF以增强流体性能的能力。一些润滑材料的热和化学稳定性差。这些常规的润滑材料中的一些是有毒的且生物降解性差。因此，这些材料在生态敏感环境中的应用受到限制。

因此，对包括降低钻井液的COF的环保润滑添加剂在内的水基钻井液体系存在持续的需求。本公开的实施方式包括水基钻井液体系，该水基钻井液体系包括合成润滑剂，该合成润滑剂包括游离脂肪酸。与不具有润滑剂的水基钻井液和使用常规润滑剂的水基钻井液体系相比，本公开的具有合成润滑剂的水基钻井液体系具有改进的润滑性能和环保品质。

根据一个或多个实施方式，公开了一种生产用于水基钻井液体系的合成润滑剂的方法。该方法包括使植物基原料油与碱接触，从而产生包括游离脂肪酸和甘油的混合物。而且，该方法包括用卤水处理混合物，从而分离出甘油。此外，该方法包括去除甘油，从而产生包括游离脂肪酸的合成润滑剂。

根据一个或多个实施方式，公开了一种生产均质水基钻井液体系的方法，该方法包括：通过用碱处理植物基原料油而从植物基原料油中衍生出游离脂肪酸，以产生包括游离脂肪酸的合成润滑剂。此外，该方法包括：将合成润滑剂与基础钻井液组合以产生水基钻井液体系。

此外，根据一个或多个实施方式，公开了一种用于钻探井筒的方法。该方法包括将均质水基钻井液体系输送到井筒。该水基钻井液体系包括合成润滑剂和基础钻井液。合成润滑剂是通过以下操作合成的：从植物基原料油中衍生出游离脂肪酸，并且用氢氧化钠处理植物基原料油。