一種海洋鉆井液體系及其制備方法

專利名稱：一種海洋鉆井液體系及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種鉆井液體系，特別是一種海洋鉆井液體系及其制備方法。
背景技術(shù)：
鉆井液被稱為是鉆井的血液，優(yōu)良的鉆井液技術(shù)是保證鉆井生產(chǎn)作業(yè)安全、優(yōu)質(zhì)、 高效、快速的重要保證措施之一，油田開發(fā)作業(yè)中必須使用鉆井/完井液。在鉆井過程中及 鉆井結(jié)束后，鉆井/完井液及其廢棄物會排入周圍環(huán)境。隨著世界范圍內(nèi)環(huán)境意識的日益 強烈和環(huán)境保護法律法規(guī)的日益嚴格，鉆井/完井液及其廢棄物對環(huán)境的影響引起了國內(nèi) 外環(huán)境保護界、石油工業(yè)界及許多公眾的普遍關(guān)注，這一問題在海上油田顯得尤為突出。在海上石油鉆井過程中，常使用聚磺鉆井液等聚合物鉆井液和油基鉆井液，包括 含油鉆井液添加劑。這些鉆井液較好地滿足了海上鉆井工程的需要，但使用后也給海洋環(huán)境帶來了環(huán) 境污染問題，主要表現(xiàn)在(1)含油廢棄鉆井液排放入海，油類將會從廢棄鉆井液中分離出 來，漂浮在海面上形成海面浮油。海面浮油對海洋環(huán)境會造成一系列危害①油類漂浮在海 水水面形成油膜，影響海水與大氣的交換，降低海水中的溶解氧，造成海洋生物或海上漁業(yè) 的巨大損失；②油膜隨海風漂流，常常向海灣及旅游風景區(qū)漂移，影響海水的顏色與氣味， 從而影響沿岸漁業(yè)、旅游業(yè)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活用水，造成巨大的經(jīng)濟損失或惡劣的社會 影響；③油類和它的分解產(chǎn)物中，存在著多種有毒物質(zhì)(如苯、多環(huán)芳烴等)，這些物質(zhì)在海 水中被水生生物吸收、富集，然后通過食物鏈的作用進入人體，危害人體健康；④大面積的 海洋浮油還會影響大氣循環(huán)，危害海洋生態(tài)系統(tǒng)，造成難以估計的長期環(huán)境效應。(2)沒有 從廢棄鉆井液分離出來的油類，會隨廢棄鉆井液一起沉入海底，在海底供氧不足的條件下， 油類的生物降解十分緩慢，會長期殘留在海底。油類在海底的長期殘留，會對海洋環(huán)境造成 長期影響與危害，如影響海底動植物的生長繁殖。此外，沉入海底的廢棄鉆井液中的油類會 逐步釋放，影響海洋生物的生長繁殖，或形成海面浮油而造成多種危害。海洋生態(tài)環(huán)境和陸上生態(tài)環(huán)境一樣，是我國生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，1982年，國 家環(huán)保局、國家海洋局相繼頒布《中華人民共和國海洋環(huán)境保護法》、《海洋石油勘探開環(huán)境 保護法》等法律法規(guī)，海上鉆井廢棄物排放法規(guī)相當嚴格，為此，研究環(huán)保型海洋鉆井液體 系，從源頭關(guān)注鉆井液的環(huán)保問題已成為海上石油勘探開發(fā)環(huán)保工作的重點之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種海洋鉆井液體系及其制備方法。該海洋鉆井液體系具 有保護油氣層和保護環(huán)境雙重功能，體系主處理劑為天然物質(zhì)改性物，使用后的廢棄鉆井 液可實現(xiàn)海上就地排?；蜣D(zhuǎn)地拋灑，急性生物毒性EC5tl值高，可生物降解。其克服了海上鉆 井液所存在的如下問題(1)就地排海的廢棄含油鉆井液會對海洋環(huán)境造成油污染；(2)鉆 井液體系中部分聚合物重金屬含量超標，同時較難生物降解，造成潛在的、長期海洋污染； (3)油基鉆井液或聚磺鉆井液等鉆井液體系急性生物毒性EC5tl值較低，為微毒或中毒，會對海洋生物造成影響，并通過食物鏈間接影響人類生活與健康。 本發(fā)明中的一種海洋鉆井液體系，包括如下重量百分比的組分(基準為鉆井液體 系總重)0.5%-1. 0%環(huán)保型包被劑coater-10，
2.0%-3. 0%弱凝膠增粘劑SDL-30，
1.5%-2. 5%環(huán)保型降濾失劑CMS-L，
2.0%-3.0%環(huán)保型防塌劑SDE-I，
2.0%-4. 0%抗高溫防塌劑SDA-25，
余量為海水。上述方案中環(huán)保型包被劑coater-10為白色粉末，其制備方法為(1)配制引發(fā)劑(氧化型和還原型)溶液分別在93. 5mL水中加入6. 5g過硫酸 銨和6. 5g亞硫酸鈉，攪拌，待引發(fā)劑完全溶解后，即得到濃度為6. 5% (wt)的過硫酸銨溶液 與濃度為6. 5% (wt)的亞硫酸鈉溶液。(2)在燒杯中加入25mL水，向水中加入11. Og甲基丙烯酰胺，攪拌并充分溶解；(3)加入3. Og氧化淀粉，繼續(xù)攪拌，讓其充分溶解；(4)加入7. Og丙烯酸鈉，繼續(xù)充分攪拌；(5)加入5. Og pH值調(diào)節(jié)劑氨水，充分攪拌；(6)加入引發(fā)劑先加入2. OmL過硫酸銨溶液，充分攪拌后，再加入2. OmL亞硫酸 鈉溶液，充分攪拌；(7)繼續(xù)攪拌，5分鐘后開始發(fā)熱聚合在40-50°C條件下，反應2_4h，得最終產(chǎn)品 coater—lOo弱凝膠增粘劑SDL-30為白色粉末，其制備方法為(1)在150ml自來水中加入7. 5g表面活性劑0P-10，配制得到5 %表面活性劑 0P-10水溶液；(2)將150g 5%的表面活性劑0P-10水溶液加入到反應釜中，邊攪拌邊加入IOOg 黃原膠，在80-90°C溫度下，活化反應7h ；(3)活化后產(chǎn)品經(jīng)105°C烘干、粉碎及過200目篩后，得中間產(chǎn)品。(4)取中間產(chǎn)品50. Og,與40. Og HV-CMC和10. Og甲酸鉀進行復合，得到100. Og 弱凝膠增粘劑SDL-30。環(huán)保型降濾失劑CMS-L為白色粉末，其成分為羧甲基纖維素CMS。環(huán)保型防塌劑SDE-I為橙色粘稠液體，其制備方法為(1)在200mL水中，加入20. Og乙二醇，攪拌，使其充分溶解；(2)加入10. Og聚乙二醇，繼續(xù)攪拌，使其充分溶解；(3)加入6. Og氯化鉀，繼續(xù)攪拌，使其充分溶解；(4)加入2. Og三乙醇胺，繼續(xù)攪拌，使所有藥劑充分混合，得到環(huán)保型防塌劑 SDE-I?？垢邷胤浪鷦㏒DA-25為淡黃色粉末，其制備方法為將40. Og聚丙烯腈鉀鹽，20. Og磺化酚醛樹脂，25. Og油溶性樹脂，15. Og超細碳酸鈣，均勻混合后，得到100. Og抗高溫防塌劑SDA-25。本發(fā)明中的一種海洋鉆井液體系的制備方法，包括如下步驟(1)取定量海水加入到攪拌杯中，開啟攪拌器進行攪拌；(2)加入占鉆井液體系總重0. 5% -1. 0%的環(huán)保型包被劑coater-10，繼續(xù)攪拌， 使包被劑充分溶解；(3)加入占鉆井液體系總重2. 0% -3. 0%弱凝膠增粘劑SDL-30，繼續(xù)攪拌，讓其充 分溶解；(4)加入占鉆井液體系總重1. 5% -2. 5%環(huán)保型降濾失劑CMS-L，繼續(xù)攪拌使溶解 均勻；(5)加入占鉆井液體系總重2. 0% -3. 0%環(huán)保型防塌劑SDE-1，繼續(xù)攪拌；(6)加入占鉆井液體系總重2. 0% -4. 0%抗高溫防塌劑SDA-25，繼續(xù)攪拌；(7)待以上鉆井液添加劑溶解均勻后，得到最終產(chǎn)品環(huán)保型海洋鉆井液體系。上述方案中環(huán)保型包被劑coater-10為白色粉末，其制備方法為(1)配制引發(fā)劑(氧化型和還原型)溶液分別在93. 5mL水中加入6. 5g過硫酸 銨和6. 5g亞硫酸鈉，攪拌，待引發(fā)劑完全溶解后，即得到濃度為6. 5% (wt)的過硫酸銨溶液 與濃度為6. 5% (wt)的亞硫酸鈉溶液。(2)在燒杯中加入25mL水，向水中加入11. Og甲基丙烯酰胺，攪拌并充分溶解；(3)加入3. Og氧化淀粉，繼續(xù)攪拌，讓其充分溶解；(4)加入7. Og丙烯酸鈉，繼續(xù)充分攪拌；(5)加入5. Og pH值調(diào)節(jié)劑氨水，充分攪拌；(6)加入引發(fā)劑先加入2. OmL過硫酸銨溶液，充分攪拌后，再加入2. OmL亞硫酸 鈉溶液，充分攪拌；(7)繼續(xù)攪拌，5分鐘后開始發(fā)熱聚合在40-50°C條件下，反應2_4h，得最終產(chǎn)品 coater—lOo弱凝膠增粘劑SDL-30為白色粉末，其制備方法為(1)在150ml自來水中加入7. 5g表面活性劑0P-10，配制得到5 %表面活性劑 0P-10水溶液；(2)將150g 5%的表面活性劑0P-10水溶液加入到反應釜中，邊攪拌邊加入IOOg 黃原膠，在80-90°C溫度下，活化反應7h ；(3)活化后產(chǎn)品經(jīng)105°C烘干、粉碎及過200目篩后，得中間產(chǎn)品。(4)取中間產(chǎn)品50. Og,與40. Og HV-CMC和10. Og甲酸鉀進行復合，得到100. Og 弱凝膠增粘劑SDL-30。環(huán)保型降濾失劑CMS-L為白色粉末，其成分為羧甲基纖維素CMS。環(huán)保型防塌劑SDE-I為橙色粘稠液體，其制備方法為(5)在200mL水中，加入20. Og乙二醇，攪拌，使其充分溶解；(6)加入10. Og聚乙二醇，繼續(xù)攪拌，使其充分溶解；(7)加入6. Og氯化鉀，繼續(xù)攪拌，使其充分溶解；(8)加入2. Og三乙醇胺，繼續(xù)攪拌，使所有藥劑充分混合，得到環(huán)保型防塌劑SDE-I?？垢邷胤浪鷦㏒DA-25為淡黃色粉末，其制備方法為將40. Og聚丙烯腈鉀鹽，20. Og磺化酚醛樹脂，25. Og油溶性樹脂，15. Og超細碳酸 鈣，均勻混合后，得到100. Og抗高溫防塌劑SDA-25。使用該海洋鉆井液體系，具有如下優(yōu)點滿足海上鉆井工程要求，現(xiàn)場維護簡單； 環(huán)保型海洋鉆井液體系具有良好的流變性、失水量小，較好的滿足了海上對不同地層鉆井 要求；同時，體系主添加劑只有5種，現(xiàn)場鉆井液維護簡單。保護海洋環(huán)境，環(huán)保型海洋鉆井 液體系以天然生物聚合物為原料制備鉆井液添加劑，體系的重金屬含量及急性生物毒性均 滿足GB 4914-2008《海洋石油勘探開發(fā)污染物排放濃度限值》要求，可生物降解性好。保 護油氣層，環(huán)保型海洋鉆井液體系的滲透率恢復值可達90%以上，切除損害端面后的滲透 率恢復值在92%以上，具有良好的油氣層保護效果。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明中的一種環(huán)保型海洋鉆井液體系的制備方法，包括如下步驟(1)取定量海水加入到攪拌杯中，開啟攪拌器進行攪拌；(2)加入占鉆井液體系總重0. 5% -1. 0%的環(huán)保型包被劑coater-10，繼續(xù)攪拌， 使包被劑充分溶解；(3)加入占鉆井液體系總重2. 0% -3. 0%弱凝膠增粘劑SDL-30，繼續(xù)攪拌，讓其充 分溶解；(4)加入占鉆井液體系總重1. 5% -2. 5%環(huán)保型降濾失劑CMS-L，繼續(xù)攪拌使溶解 均勻；(5)加入占鉆井液體系總重2. 0% -3. 0%環(huán)保型防塌劑SDE-1，繼續(xù)攪拌；(6)加入占鉆井液體系總重2. 0% -4. 0%抗高溫防塌劑SDA-25，繼續(xù)攪拌；(7)待以上鉆井液添加劑溶解均勻后，得到最終產(chǎn)品海洋鉆井液體系。實施例1-3中的組分百分比均是以鉆井液體系為基準的重量百分比。實施例1 (1)取400mL海水加入到攪拌杯中，開啟攪拌器進行攪拌；(2)加入0. 5%環(huán)保型包被劑coater-10，繼續(xù)攪拌，使包被劑充分溶解；(3)加入2. 0%弱凝膠增粘劑，繼續(xù)攪拌，讓其充分溶解；(4)加入1. 5%環(huán)保型降濾失劑CMS-L，繼續(xù)攪拌使溶解均勻；(5)加入2. 0%環(huán)保型防塌劑SDE-1，繼續(xù)攪拌；(6)加入2. 0%抗高溫防塌劑SDA-25，繼續(xù)攪拌；(7)待以上鉆井液添加劑溶解均勻后，得到最終產(chǎn)品海洋鉆井液體系。實施例2 (1)取400mL海水加入到攪拌杯中，開啟攪拌器進行攪拌；(2)加入0. 8%環(huán)保型包被劑coater-10，繼續(xù)攪拌，使包被劑充分溶解；(3)加入2. 5%弱凝膠增粘劑，繼續(xù)攪拌，讓其充分溶解；(4)加入2. 0%環(huán)保型降濾失劑CMS-L，繼續(xù)攪拌使溶解均勻；(5)加入2. 5%環(huán)保型防塌劑SDE-1，繼續(xù)攪拌；
(6)加入3. 0%抗高溫防塌劑SDA-25，繼續(xù)攪拌；(7)待以上鉆井液添加劑溶解均勻后，得到最終產(chǎn)品海洋鉆井液體系。實施例3 (1)取400mL海水加入到攪拌杯中，開啟攪拌器進行攪拌；(2)加入1. 0%環(huán)保型包被劑coater-10，繼續(xù)攪拌，使包被劑充分溶解；(3)加入3. 0%弱凝膠增粘劑，繼續(xù)攪拌，讓其充分溶解；(4)加入2. 5%環(huán)保型降濾失劑CMS-L，繼續(xù)攪拌使溶解均勻；(5)加入3. 0%環(huán)保型防塌劑SDE-1，繼續(xù)攪拌；(6)加入4. 0%抗高溫防塌劑SDA-25，繼續(xù)攪拌；(7)待以上鉆井液添加劑溶解均勻后，得到最終產(chǎn)品海洋鉆井液體系。實施例性能評價方法1、流變性能評價取配制好的實施例1-3中的環(huán)保型海洋鉆井液體系，低速攪拌5min后，按照GB/ T16783. 1-2006的規(guī)定在六速旋轉(zhuǎn)粘度計上測定鉆井液的Φ 600、Φ 300、Φ 200、Φ100、Φ6、Φ3 的粘度、動切力、中壓API失水、HTHP (150°C，3. 5Mpa)失水及IOsUOmin的靜切力。計算PV= Φ 600" Φ 300........................(1)YP = 0· 51 X ( Φ 300-PV)...................(2)Glos (或 G10min) = Φ3/2..................(3)式中PV——塑性粘度，mPa. s ；YP——動切力，Pa;φ_、φ·、φ3-600r/min, 300r/min, 3r/min 時的穩(wěn)定讀值，mPa. s ;G10S、
G10min——IOs或IOmin的靜切力，Paφ3——靜止IOs或IOmin時的3r/min最大讀值，mPa. s ；2、抗溫性能評價取配制好的實施例1-3中的環(huán)保型海洋鉆井液體系，高速攪拌20min后，裝入老 化罐，放入滾子爐中，在150°C下，恒溫滾動16小時后，取出冷卻至室溫，再高攪5min后，按 GB/T16783. 1-2006的規(guī)定在六速旋轉(zhuǎn)粘度計上測定樣品溶液的Φ6。。、Φ3。。、Φ2。。、Φ1(1。、Φ6、 Φ 3的粘度、動切力、失水量及10s、10min的靜切力。3、防塌性能評價(1)泥頁巖回收率評價取一定量的鉆屑，目數(shù)在6-10目之間，105°C下干燥；在老化罐中加入350mL實施 例1-3中的鉆井液和50.(^干燥后的鉆屑，老化1201 X 16h;老化后的溶液過40目篩，并 用自來水自然沖洗；沖洗后的鉆屑在105°C下干燥，稱重，計算泥頁巖回收率。(2)泥頁巖線性膨脹評價取干燥后的巖屑，粉碎后得到巖屑粉，制備評價巖心塊(4MPa壓力下，壓5min)；開 啟儀器，安裝好評價巖心塊，調(diào)零后倒入實施例1-3中；開始測試，記錄每0. 5h后的線膨脹 量(mm)；與空白溶液對照，計算線膨脹量降低率。4、重金屬評價
依照GB 5084. 3-1996《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》，對鉆井液鹽酸或硝酸酸 溶預處理后，制備得到的溶解液按相應重金屬元素測定方法，采用原子熒光儀、等離子質(zhì)譜 儀等進行測定。5、可生物降解性評價以B0D5(生物耗氧量)/COD (化學耗氧量)作為評價指標，先分別測定實施例產(chǎn)品 的BOD5和C0D，然后計算二者的比值。6、急性生物毒性EC5tl評價在離心機的離心管中加入20mL實施例鉆井液，以lOOOr/min的速度進行離心，取 離心后中上層液體，按照GB/T 15441-1995《水質(zhì)急性毒性的測定發(fā)光細菌法》測定實施例 鉆井液的急性生物毒性EC5tl值。
表1實施例海洋鉆井液流變性能對比評價(室溫)
權(quán)利要求
一種海洋鉆井液體系，包括如下重量百分比的組分，百分比基準為鉆井液體系總重0.5％ 1.0％環(huán)保型包被劑coater 10，2.0％ 3.0％弱凝膠增粘劑SDL 30，1.5％ 2.5％環(huán)保型降濾失劑CMS L，2.0％ 3.0％環(huán)保型防塌劑SDE 1，2.0％ 4.0％抗高溫防塌劑SDA 25，余量為海水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋鉆井液體系，其中，所述環(huán)保型包被劑coater-10為白色 粉末；弱凝膠增粘劑SDL-30為白色粉末；環(huán)保型降濾失劑CMS-L為白色粉末；環(huán)保型防塌 劑SDE-I為橙色粘稠液體；抗高溫防塌劑SDA-25為淡黃色粉末。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋鉆井液體系的制備方法，包括如下步驟(1)取定量海水加入到攪拌杯中，開啟攪拌器進行攪拌；(2)加入占鉆井液體系總重0.5% -1. 0%的環(huán)保型包被劑coater-10，繼續(xù)攪拌，使包 被劑充分溶解；(3)加入占鉆井液體系總重2.0% -3. 0%弱凝膠增粘劑SDL-30，繼續(xù)攪拌，讓其充分溶解；(4)加入占鉆井液體系總重1.5% -2. 5%環(huán)保型降濾失劑CMS-L，繼續(xù)攪拌使溶解均勻；(5)加入占鉆井液體系總重2.0% -3. 0%環(huán)保型防塌劑SDE-1，繼續(xù)攪拌；(6)加入占鉆井液體系總重2.0% -4. 0%抗高溫防塌劑SDA-25，繼續(xù)攪拌；(7)待以上鉆井液添加劑溶解均勻后，得到最終產(chǎn)品環(huán)保型海洋鉆井液體系。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其中，所述環(huán)保型包被劑coater-10為白色粉 末；弱凝膠增粘劑SDL-30為白色粉末；環(huán)保型降濾失劑CMS-L為白色粉末；環(huán)保型防塌劑 SDE-I為橙色粘稠液體；抗高溫防塌劑SDA-25為淡黃色粉末。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種海洋鉆井液體系，該海洋鉆井液體系具有保護油氣層和保護環(huán)境雙重功能，體系主處理劑為天然物質(zhì)改性物，使用后的廢棄鉆井液可實現(xiàn)海上就地排?；蜣D(zhuǎn)地拋灑，急性生物毒性EC50值高，可生物降解。極大降低了鉆井液給海洋環(huán)境帶來了環(huán)境污染。
文檔編號C09K8/12GK101942294SQ20101024725
公開日2011年1月12日 申請日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月27日
發(fā)明者史建剛, 張金龍, 曾留芳, 李志勇, 毛慧, 胥洪彪, 蔣官澄, 謝水祥, 陳勉 申請人:中國石油大學(北京)