本發明屬于石油開采技術領域，涉及一種用于石油鉆井工程的鉆井液，特別涉及一種油基鉆井液及其制備方法。
背景技術：
在鉆井技術不斷發展的今天，泥頁巖地層井壁失穩和油氣層保護一直是全世界急需解決的重大技術難題。泥頁巖地層不穩定，遇水易發生水化膨脹導致地層坍塌，這使得在鉆井過程中水基鉆井液的應用受到了制約，因此以油作為連續相的油基鉆井液在復雜地層油氣勘探開發過程中得到了極大推廣應用。
性能良好的鉆井液體系通常由基礎油、有機土、乳化劑等主要成分組成，此外降濾失劑、潤濕劑、抑制劑、增粘封堵劑、加重劑、堿度調節劑等處理劑的加入可使鉆井液的性能大幅提高，更好的適應不同地層在鉆井過程中的需求，更有效的對井壁坍塌現象進行預防處理。
但是隨著環境保護意識的逐漸增強，常規油基鉆井液污染環境、難于降解的缺點日益凸顯。
技術實現要素：
鑒于上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種油基鉆井液及其制備方法。該油基鉆井液低毒環保，適用于各種復雜地層及海洋鉆探。該制備方法簡單、高效。
為了達到前述的發明目的，本發明提供一種油基鉆井液，以質量百分比計，所述油基鉆井液包括如下組分：cacl2溶液10％-30％，改性有機土2.0％-4％，主乳化劑1.0％-2.0％，輔乳化劑1.0％-2.0％，改性橡膠封堵劑1.0％-2.0％，樹脂類降濾失劑1.0％-2.0％，磺化瀝青類降濾失劑1.0％-2.0％，潤濕劑1.0％-2.0％，堿度調節劑1.0％-1.5％，加重劑，余量為基礎油，其中，
所述cacl2溶液的質量分數為20％-25％，溶劑為水；
所述加重劑的用量用于調節所述油基鉆井液的密度為0.95g/cm3-2.00g/cm3；
所述基礎油包括經脫硫脫芳處理的原料油。
上述油基鉆井液將普通原料油中的重油部分進行脫硫脫芳處理后最終提煉出的新型礦物油作為油基鉆井液用的基礎油，由于極大地降低了芳香烴和硫的含量，因而更加低毒、環保，且該鉆井液選用添加各種功能性處理劑達到適用于泥頁巖地層鉆探的各項指標，最終形成能有效防止井壁不穩定和油氣層損害現象發生的新型鉆井液體系，尤其適用在各種復雜地層及海洋鉆探。
在上述油基鉆井液中，優選地，所述改性有機土通過以下步驟制得：將有機溶劑與水混合，然后加入有機土溶解，隨后加入長碳鏈季銨鹽陽離子表面活性劑、非離子表面活性劑、輔助改性劑和ph調節劑，得到混合體系，并在60℃-80℃溫度下，高速攪拌2h-3h，然后提純、粉碎，篩分，得到所屬改性有機土；其中，所述有機土、長碳鏈季銨鹽陽離子表面活性劑、非離子表面活性劑和輔助改性劑的質量比為100：2-3：1.5-2：1-1.5；所述混合體系的ph值為8-10。該改性有機土在弱極性的基礎油中具有很高的成膠率，成膠率達73％-77％。
在上述油基鉆井液中，優選地，所述有機土、長碳鏈季銨鹽陽離子表面活性劑、非離子表面活性劑和輔助改性劑的質量比為100：3：2：1。
在上述油基鉆井液中，優選地，所述長碳鏈季銨鹽陽離子表面活性劑包括含有十六烷基季銨鹽、十八烷基季銨鹽、烷氧基季銨鹽和脂肪烷基季銨鹽中的一種或幾種的組合。
在上述油基鉆井液中，優選地，所述長碳鏈季銨鹽陽離子表面活性劑包括雙長鏈烷基季銨鹽或三長鏈烷基季銨鹽。
在上述油基鉆井液中，優選地，
所述有機溶劑包括甲醇、乙醇和丙酮中的一種或幾種的組合；
所述有機土包括鈉蒙脫土；
所述非離子表面活性劑包括帶有氧乙烯基和長鏈烷基的化合物，或為含氟的有機化合物；
所述輔助改性劑包括有機酸、醇、酮、酯或小分子有機酸、小分子有機鹽、有機膦酸、有機膦酸鹽、有機硫酸、有機硫酸鹽、有機硫代膦酸有機硫代膦酸鹽中的一種或幾種的組合；
所述ph調節劑包括na2co3、鹽酸、尿素、氨基磺酸和苯甲酰胺中的一種或幾種的組合。
在上述油基鉆井液中，優選地，所述改性有機土在所述基礎油中的成膠率為73％-77％。
在上述油基鉆井液中，優選地，所述改性有機土在所述基礎油中的表觀黏度為10.3mpa·s-11.8mpa·s，塑性黏度為8.8mpa·s-10.4mpa·s，切力為1.4pa-1.5pa。
在上述油基鉆井液中，優選地，所述改性有機土的粒徑小于74μm。
在上述油基鉆井液中，所述改性有機土在150℃老化16h以后，在所述基礎油中的成膠率達到老化前的94％以上；且表觀黏度和塑性黏度變化較小，高溫熱滾后在所述基礎油中分散后仍能形成相互聚結膠聯的空間網狀結構，具有較好的凝膠穩定性和抗溫能力。
在上述油基鉆井液中，優選地，所述基礎油的芳烴含量小于0.5mg·kg-1，硫含量小于2.7mg·kg-1。更優選的，所述基礎油96h的半數致死濃度lc50值大于1000000mg/l。
在上述油基鉆井液中，優選地，所述基礎油的運動黏度為2.5mm2·s-1-3.0mm2·s-1，閃點為129℃-134℃。
在上述油基鉆井液中，所述基礎油由于半數致死濃度高，閃點高，因此安全性高，且其由于黏度不高、脫硫脫芳后芳香烴含量少、硫含量低，因而其毒性低，環保性好，此外，該基礎油的雜質含量低、密度小，易揮發、易降解，各項性能均可滿足現場要求，是配制環保油基鉆井液的優質基礎油。
在上述油基鉆井液中，優選地，所述主乳化劑包括脂肪酸酰胺moemul；
所述輔乳化劑包括脂肪酸衍生物mocoatl；
所述橡膠樹脂類降濾失劑包括morlf；
所述磺化瀝青類降濾失劑包括motex；
所述潤濕劑包括改性季銨鹽mowet；
所述堿度調節劑包括氧化鈣；
所述加重劑包括重晶石。
在上述油基鉆井液中，所述moemul、mocoatl、morlf、motex和mowet是從湖北漢科新技術股份有限公司購得的處理劑產品。
在上述油基鉆井液中，所述主乳化劑符合q/jhk121-2014油基鉆井液用主乳化劑脂肪酸酰胺moemul標準要求；所述輔乳化劑符合q/jhk122-2014油基鉆井液用輔乳化劑脂肪酸衍生物mocoatl標準要求；所述改性橡膠封堵劑符合q/jhk1023-2013油基鉆井液用封堵劑乳化改性橡膠morlf標準要求；所述瀝青類降濾失劑符合q/jhk1024-2013油基鉆井液用降濾失劑改性瀝青樹脂motex；所述潤濕劑符合q/jhk123-2014油基鉆井液用潤濕劑改性季銨鹽mowet標準要求；所述堿度調節劑符合hg/t4205-2011工業氧化鈣標準要求；所述加重劑符合gb-t5005-2010鉆井液材料規范。上述各組分只有符合上述標準，才能使最終的油基鉆井液達到穩定性高、抑制性強、潤滑性好、儲層損害小、抗高溫、抗污染等特點，滿足復雜地層安全高效的鉆井需求。
本發明還提供上述油基鉆井液的制備方法，其包括以下步驟：
步驟一：將原油進行脫硫脫芳處理，得到基礎油；
步驟二：將cacl2溶液、改性有機土、主乳化劑、輔乳化劑、改性橡膠封堵劑、樹脂類降濾失劑、磺化瀝青類降濾失劑、潤濕劑、堿度調節劑、加重劑和所述基礎油混合，得到所述油基鉆井液。
上述制備方法中，在步驟一中，所述脫硫脫芳處理的步驟包括一級加氫催化裂化和二級催化氧化的步驟，具體為：通過一級加氫催化裂化將原油中的有機硫化物轉化為h2s，并將原油中大部分烯烴轉化為烷烴；再通過二級催化氧化去除原油中較多的硫醇，進一步降低硫含量。原油中的芳香烴通過一級加氫催化裂化轉化為環烷烴，遵循“逐環加氫原則”，其選擇非酸性載體，在低溫、高壓條件下能有效地提高芳香烴加氫反應的轉化率。在上述步驟二中，所述高速攪拌的攪拌轉速為3000rpm/min-5000rpm/min。
與現有技術相比，本發明提供的油基鉆井液，具有以下優點：
(1)本發明提供的油基鉆井液所采用的基礎油芳香烴和硫的含量低，因此，所述油基鉆井液的毒性低，污染小，安全環保，且其各項性能均可滿足現場配制鉆井液的要求，尤其適用于致密砂巖儲層的鉆井液；
(2)本發明提供的油基鉆井液所采用的改性有機土采用新型的改性工藝，具有疏水親油性強、不易吸水的優點，因而其層片間較為疏松，片層剝離明顯，在油基鉆井液中能表現出優良的成膠性能，質量好，且適用于更廣泛的油基鉆井液；
(3)本發明提供的油基鉆井液具有穩定性高、抑制性強、潤滑性好、儲層損害小、抗高溫、抗污染等特點，并且還有很低的生物毒性，能滿足復雜地層安全高效的鉆井需求，且能起到良好的環境保護作用。
(4)本發明提供的油基鉆井液的制備方法簡單易行，成本低，適合經濟高效的大規模生產。
具體實施方式
為了對本發明的技術特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現對本發明的技術方案進行以下詳細說明，但不能理解為對本發明的可實施范圍的限定。
本發明提供的油基鉆井液中采用的各種型號的鉆井液用處理劑的代號為行業通用代號或者廠家代號，不同生產廠家生產的不同處理劑如果符合行業標準要求均可實現本發明的技術方案。
實施例1
本實施例提供一種低毒環保型油基鉆井液的制備方法，其包括以下步驟：
步驟一：通過一級加氫催化裂化將原油中的有機硫化物轉化為h2s，并將原油中大部分烯烴轉化為烷烴；再通過二級催化氧化去除原油中較多的硫醇，進一步降低硫含量，制得脫硫脫芳的新型基礎油，其性能參數如表1所示；
步驟二：將乙醇與水按質量比為1：10混合，以更好地分散溶解蒙脫土和有機改性劑，然后加入鈉蒙脫土溶解，隨后將十八烷三甲基氯化銨和十六烷基三甲基氯化銨按1:1的質量比混合制得長碳鏈季銨鹽陽離子表面活性劑，并將該長碳鏈季銨鹽陽離子表面活性劑取代高度分散的蒙脫土層間的金屬離子，使親水的鈉蒙脫土轉變為親油的蒙脫土，再加入非離子表面活性劑op10、輔助改性劑乙酸鈉和ph調節劑na2co3或hcl，得到混合體系，該混合體系的ph值為6-9，隨后在60-80℃溫度，5000-8000rpm/min的高速攪拌下攪拌至體系均勻，充分反應6h，然后靜置分層、洗滌、過濾，真空干燥后，粉碎至通過74μm標準篩，制得新型改性的蒙脫土；
其中，鈉蒙脫土、長碳鏈季銨鹽陽離子表面活性劑、非離子表面活性劑和輔助改性劑的質量比為100：3：2：1；該新型改性的蒙脫土在步驟一制得的新型基礎油中的主要性能參數如表2所示；
步驟三：按質量百分比，將質量分數為25％的cacl2水溶液、3.0％步驟二制得的新型改性的蒙脫土、2.0％脂肪酸酰胺moemul、2.0％脂肪酸衍生物mocoatl、2.0％改性橡膠樹脂封堵劑morlf、1.0％磺化瀝青類降濾失劑motex、1.5％改性季銨鹽mowet、1.0％cao、重晶石和步驟一制得的新型基礎油混合，得到低毒環保型油基鉆井液，該低毒環保型油基鉆井液中的油水比為90:10，且重晶石調整該低毒環保型油基鉆井液的密度為1.25g/cm3。
本實施例所采用的不同處理劑均符合行業標準要求。
對本實施例制備的新型基礎油和新型改性的蒙脫土進行性能測試：
(a)根據《gb/t19147-2013車用柴油》和《apipubl.4481-1989鉆井液生物鑒定標準程序》對本實施例制得的新型基礎油進行性能測試，其測試結果如表1所示。
表1
從表1可以看出，本實施例制得的新型基礎油96h的lc50(半數致死濃度)值大于1000000mg/l，閃點為129℃，因此，具有較高的安全性，且該新型基礎油的運動黏度不高、芳香烴含量少、硫含量低，因而其毒性低，環保性好；此外，經檢測，該新型基礎油的密度小，雜質含量低，易揮發和易降解，且各項性能均可滿足現場要求，是配制環保油基鉆井液的優質基礎油。
(2)根據《q/sy1817-2015油基鉆井液用有機土技術規范》和《gb/t16783.2-2012石油天然氣工業：鉆井液現場測試：第2部分：油基鉆井液》對本實施例制得的新型改性的蒙脫土進行性能測試，本次測試所采用的熱滾溫度為150℃，熱滾時間為16h，熱滾后冷卻至室溫，再高速攪拌5min，然后測試上述新型改性的蒙脫土的基本性能測試，熱滾前后的測試結果如表2所示。
表2
從表2可以看出，本實施例制得的新型改性的蒙脫土在極性很弱的新型基礎油中的成膠率較高，熱滾前達到77％，熱滾后還能達到73％，且熱滾前后其黏度、切力等性能均符合要求，這說明，本實施例制得的新型改性的蒙脫土的主要性能在高溫老化前后變化不大，高溫并沒有破壞其分散形成相互聚結膠聯的空間網狀結構，該新型改性的蒙脫土具有較好的凝膠穩定性和抗溫能力。
本實施例還提供上述低毒環保型油基鉆井液用于致密砂巖儲層的抑制性對比實驗，抗溫、抗污染實驗以及油氣層保護效果評價實驗，進一步說明本實施例提供的鉆井液的優良性能，具體試驗如下：
(1)基本性能試驗：
根據《gb/t16783.2—2012石油天然氣工業：鉆井液現場測試：第2部分：油基鉆井液》和《apipubl.4481-1989鉆井液生物鑒定標準程序》測試上述低毒環保型油基鉆井液的基本性能，本次測試所采用的熱滾溫度為150℃，熱滾時間為16h，高速攪拌時間為5min，測量高溫高壓濾失量時，高溫溫度為150℃，高壓壓強為3.45mpa，基本性能測試結果如表3所示。
表3
從表3可以看出，本實施例制得的低毒環保型油基鉆井液具有較理想的流變性能和高溫穩定性，破乳電壓高，完全可以保持穩定的乳液狀態。api及高溫高壓濾失量較小，表明可以該低毒環保型油基鉆井液能在吸附和沉積后形成致密的濾餅，不但可以解決泥頁巖井壁穩定和儲層保護的技術難題，并且符合一般復雜高溫深井、水平井的設計要求。
(2)抗污染性試驗
鉆井液在鉆遇不同地層時不可避免地會遇到鉆屑及高礦化度地層水侵入的情況，因此，根據《gb/t16783.2—2012石油天然氣工業：鉆井液現場測試：第2部分：油基鉆井液》進行抗水污染和抗劣質土污染能力評價測試；本次測試所采用的浸入土符合《gb/t5005—2010鉆井級膨潤土》的性能要求，所采用的侵入水為礦化度6000mg/l的模擬地層水。本次測試所采用的熱滾溫度為150℃，熱滾時間為16h，高速攪拌時間為5min，測量高溫高壓濾失量時，高溫溫度為150℃，高壓壓強為3.45mpa，測試結果如表4所示。
表4
從表4可以看出，隨著侵入水量的增加，本實施例制得的低毒環保型油基鉆井液的黏度、切力明顯增大，api及高溫高壓濾失量與破乳電壓也同時降低，當侵入水量達20％時，破乳電壓也能達到747v，仍保持穩定的乳化體系，據此表明，本實施例制得的低毒環保型油基鉆井液中的油水比可以適量降低，至少可以減小油水比至70:30。此外，隨著侵入土量的增加，本實施例制得的低毒環保型油基鉆井液的黏度和切力明顯提高，api及高溫高壓濾失量稍有上升，當侵入土量為10％時，高溫高壓濾失量只有9.2ml，但還是在合理的范圍內，該低毒環保型油基鉆井液整體性能沒有遭到破壞。
本次抗污染性試驗的結果表明，本實施例制得的低毒環保型油基鉆井液具有良好的抗污染性能，可以抗20％以內的污染水或10％以內的劣質土的侵入污染，該低毒環保型油基鉆井液可以滿足深井復雜地層鉆井的技術需要。
(3)抑制性試驗
在鉆遇泥頁巖等地層時，鉆井液濾液易侵入到地層中而發生泥頁巖膨脹、分散甚至井壁坍塌等井下故障，因此，本次測試選取了本實施例制得的低毒環保型油基鉆井液根據《sy/t5613—2000泥頁巖理化性能試驗方法》和《q/sy1088-2012鉆井液用液體潤滑劑技術規范》進行了巖屑滾動回收率和線性膨脹率的對比試驗，評價其對泥頁巖的抑制性能，本次測試所采用的滾動溫度為150℃，膨脹時間為16h，其試驗結果如表5所示。
表5
由表5可知，本實施例制得的低毒環保型油基鉆井液的巖屑滾動回收率很高，二次巖屑滾動回收率達到了99.17％；16h線性膨脹率試驗結果也同樣反映該低毒環保型油基鉆井液對泥頁巖水化分散有較強的抑制作用，可保持地層穩定，防止井壁坍塌等井下故障。且該低毒環保型油基鉆井液的摩擦系數很小，說明其潤滑性能好，可以降低鉆井過程中的摩擦阻力，能有效解決定向井、水平井鉆井過程中摩阻過大的問題。
(4)儲層保護性試驗
油基鉆井液本身具有低濾失、強抑制、抗高溫、性能穩定、濾液為油相而避免水鎖損害等諸多有利于儲層保護的特點，但是乳化劑、潤濕劑的使用不可避免地發生巖石乳化堵塞和潤濕性反轉等儲層損害，有機土、降濾失劑微粒容易侵入孔喉和滲流通道，造成儲層固相堵塞的損害。因此，本次測試根據《sy/t6540—2002鉆井液完井液損害油層室內評價方法》使用jhmd-ⅱ型高溫高壓動態損害評價系統，通過測定人造巖心的滲透率恢復率來評價本實施例制得的低毒環保型油基鉆井液的儲層保護性，本次測試溫度為120℃，所采用的飽和鹽水為模擬地層水礦化度6000mg/l，測試結果如表6所示。
表6
由表6可知，本實施例制得的低毒環保型油基鉆井液雖然在不同程度上損害了巖心的滲透率，對低滲透率巖心的損害也較大，但是滲透率恢復率全部達到了88.5％以上，說明該低毒環保型油基鉆井液體系的各組分配伍性好，且具有理想的濾失和封堵性能，其能夠在巖心上形成高質量濾餅阻止對儲層的損害，具有很好的儲層保護性能。
綜上所述，實施例1提供的低毒環保型油基鉆井液體系具有體系穩定性高、抑制性強、潤滑性好、儲層損害小、抗高溫、抗污染等優點，并且生物毒性低，能滿足復雜地層安全高效的鉆井需求，為復雜鉆井施工提供了借鑒，且能起到良好的環境保護作用。