CN101092556A - 钻井液用油溶性阳离子型广谱暂堵剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钻井液用油溶性阳离子型广谱暂堵剂，它由油溶性材料50～74％、苯乙烯—丁二烯—苯乙烯嵌段共聚物0.2～0.44％、环氧丙基苄基二(十八酰胺乙基)铵盐0.50～0.89％、阳离子咪唑啉表面活性剂0.62～0.96％、二苄基二(十八酰胺乙基)铵盐0.62～0.96％、羧甲基纤维素或羟乙基纤维素0.17～0.84、氯化钙0.2～0.25％和余量为水组成，油溶性材料由软化点分别为51～55℃、57～65℃、47～52℃、70～77℃、105～120℃和47～54℃的常减压渣油沥青、半氧化沥青、乙烯裂解焦油沥青、丙烷脱沥青、抽提沥青和100#甲稠油沥青按质量比1∶1.88～2.5∶1.25～1.88∶3.12～3.75∶2.5～3.12∶1.5～2混和而成，具有油溶性好、软化程度大、软化点范围宽、正电性强，具润滑性、抑制性和降滤失作用，对岩心的渗透恢复率高、暂堵深度浅、强度高，返排解堵效果好，不污染环境，劳动强度小，对钻井液施工性能影响小，工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种油田钻井过程中使用的具有油层保护作用的钻井液添加剂钻井液用油溶性阳离子型广谱暂堵剂。
背景技术
目前，屏蔽暂堵技术是钻井过程中最常用的一种油气层保护措施。该技术是西南石油学院罗平亚教授于90年代初期提出来的，很快在全国就得到了广泛的推广应用。其理论基础是架桥原理，通过架桥粒子、填充粒子和可变形粒子的架桥填充作用人为地在井壁形成一个渗透率低的浅层“内泥饼”屏蔽暂堵环，阻止钻井液中的固相和滤液侵入油层。该技术的关键是暂堵粒子粒径的选择，最初是根据储层平均孔径来选择架桥粒子和填充粒子的大小。近几年，技术人员对屏蔽暂堵技术进行了改进和完善。2001年石油大学(华东)王富华等进行了“‘超广谱’屏蔽暂堵钻井完井液新技术室内研究”，提出根据储层渗透率贡献值为90％以上的孔喉直径的最小值和最大值，将一定粒径和加量的封堵粒子、架桥粒子、填充粒子、可变形粒子加入黑色正电胶钻井液中对油气层进行暂堵保护。2003年徐同台等人进行“广谱型屏蔽暂堵保护油气层技术探讨”，提出依据储层流动孔喉变化规律、不同渗透率段的d流动50和最大孔喉直径，采取多种粒径暂堵粒子复配的广谱型屏蔽暂堵技术。2004年石油大学(北京)张金波等人对“钻井液中暂堵剂颗粒尺寸分布优选的新理论和新方法”进行研究，根据储层的最大孔径、平均孔径，利用软件进行不同粒径暂堵剂的复配。这些改进的屏蔽暂堵技术在新疆、塔里木和大港油田进行了应用。
上述广谱暂堵技术是对屏蔽暂堵技术的发展和改进，使其在理论上更具科学性。但其基本技术思路都是根据油气层孔喉直径(从平均孔径到渗透率贡献值为90％以上的孔喉直径的最小值、最大值到不同渗透率段的d流动50、最大孔喉直径)来选择一种粒径或多种粒径复配的架桥粒子和填充粒子，以期达到广谱暂堵的目的；并且对储层孔喉资料要求越来越详细。因此尽管屏蔽暂堵技术不断发展和改进，但始终未脱离以储层详细孔径资料为依据的条件，并要进行较严格的匹配才能达到较好的保护效果，这就使得在实际操作过程中往往难以满足其条件和要求。其一，在打开地层前不可能获得本井的储层孔径资料，一般都是参考邻井孔喉资料，对非均质性严重的储层，即使采用邻井岩心得到的孔径资料也不能代表使用井的具体情况。其二，对纵向非均质严重的井段，即使采用前面所述的广谱型屏蔽暂堵技术也不可能达到全部匹配，也只能是对某个孔喉范围内的储层具有较好的保护效果，而不能有效保护整个储层。其三，暂堵粒子大小的选择依据——储层孔径资料的分析手段麻烦、费用高。其四，常规屏蔽暂堵技术的架桥粒子一般选用酸溶性的碳酸钙颗粒，所造成的深部堵塞需通过酸化作业解除，后期处理困难。这些问题是常规屏蔽暂堵技术自身难以解决的缺陷。
发明内容
本发明的目的是为了克服常规屏蔽暂堵技术暂堵颗粒粒径选择依据不易获得的详细且准确的储层孔径资料，以及在储层孔径分布较宽的情况下暂堵效果不好等缺陷，研制一种钻井液用油溶性阳离子型广谱暂堵剂，使用时只需了解储层孔径分布的大致范围，不用进行粒径匹配，特别是对非均质性严重、孔径范围分布较宽的储层也具有很好的保护效果；其暂堵颗粒优良的油溶性，使其所形成的暂堵环可以通过后期原油生产直接解除；提高油气层保护效果的同时应用更为简单方便。
本发明为水包油乳状液体系，此物质不存在准确的分子式。关键是软化变形程度大的原材料的选择以及原材料的乳化和阳离子化处理。本发明的配比如下：
(1)原料
①油溶性材料：按质量占阳离子型广谱暂堵剂总体系的50～74％，由常减压渣油沥青、半氧化沥青、乙烯裂解焦油沥青、丙烷脱沥青、抽提沥青和100#甲稠油沥青组成，其软化点按上述排列依次为51～55℃、57～65℃、47～52℃、70～77℃、105～120℃、47～54℃；将这6种原料按质量比按上述排列依次为1∶1.88～2.5∶1.25～1.88∶3.12～3.75∶2.5～3.12∶1.5～2混和均匀得到油溶性原材料。当沥青材料的各组分含量满足下表时皆可作为本发明的油溶性材料；
②苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物：占阳离子型广谱暂堵剂总体系的0.2～0.44％(质量)，平均分子量在10～30万范围之内，用于提高产品的粘弹性、稳定性、广谱暂堵效果、与钻井液处理剂的配伍性等；
③阳离子表面活性剂：环氧丙基苄基二(十八酰胺乙基)铵盐)(RHJ-I)、阳离子咪唑啉表面活性剂(RHJ-II)和二苄基二(十八酰胺乙基)铵盐(RHJ-III)：用量分别为阳离子型广谱暂堵剂总体系的0.50～0.89％、0.62～0.96％、0.62～0.96％(质量)，均为自己合成的产品，用于对油溶性材料的乳化和阳离子化处理，分子式分别为：
a环氧丙基苄基二(十八酰胺乙基)铵盐(RHJ-1)的合成：
在三口瓶中加入12g苯甲酸和15g二亚乙基三胺，加热搅拌3～5h，升温至130～200℃，冷却到室温分离，可得到的粘稠液体(1)；
将0.05mol的粘稠液体(1)和80ml异丙醇混合，溶解，并调pH值等于7，搅拌反应。抽滤等，得到粘稠液体(2)；
在三口瓶中加入0.015mol粘稠液体(2)和0.03mol硬脂酸，加热熔化，搅拌加热至120～140℃，反应后冷却，得到粘稠液体(3)；
于圆底烧瓶中加入0.006mol粘稠液体(3)，加热熔化，滴加环氧氯丙烷，然后在120～140℃搅拌，得到表面活性剂RHJ-1；
b阳离子咪唑啉表面活性剂(RHJ-2)的合成：
称取100g脂肪酸、21ml二乙烯三胺于反应瓶中，在200～240℃下反应3～4h，自然冷却凝结后，再加入50ml溶剂，加热搅拌下加入0.4mol硫酸二甲酯，反应3～7h，除去水及未反应完全的反应物，待冷却后得到表面活性剂RHJ-2；
c二苄基二(十八酰胺乙基)铵盐(RHJ-3)的合成：
于圆底烧瓶中加入0.04mol粘稠液体(3)和20ml异丙醇，加热，在搅拌下滴加硫酸二甲酯0.004mol，回流2～3h，得到化合物(4)；
于圆底烧瓶中加入0.05mol化合物(4)和20ml异丙醇，加热，搅拌下滴加0.05mol苄基氯，提纯得到表面活性剂RHJ-3；
④羧甲基纤维素或羟乙基纤维素：用量占阳离子型广谱暂堵剂总体系的0.17～0.84％(质量)，用于提高乳状液外相粘度，增强乳状液稳定性；
⑤氯化钙：占阳离子型广谱暂堵剂总体系的0.2～0.25％(质量)，常温常压下为白色固体，加入量太多或太少均不利于乳状液的稳定。
⑥水：余量。
(2)制备方法
加工过程依次为：
①油溶性材料改性：将油溶性材料加热熔化，加入改性剂搅拌均匀；
②乳化剂水溶液配制：向自来水中加入RHJ-I、RHJ-II、RHJ-III、氯化钙和羟甲基纤维素，搅拌均匀，并加热至50～60℃；
③乳化：向W4-Z胶体磨中加入预热至120～130℃的改性油溶性材料和预热后的乳化剂水溶液，进行研磨，即制成乳状液体；
通过选用不同软化点的油溶性材料，可制得适用于不同温度的产品。
经过室内大量试验，生产、现场试验了钻井液用油溶性阳离子型新型广谱暂堵剂，该暂堵剂具有如下特点：
1)外观为棕色至黑色均匀液体。
2)具有油溶性好、软化程度大、软化点范围宽、正电性强的特点，并兼具润滑性、抑制性和降滤失作用。
3)具有较好的广谱性和暂堵性，广谱性表现在封堵的地层孔径范围广、适用温度范围宽、还适用于不同的水基钻井液体系，暂堵性表现在对岩心的渗透率恢复率高、暂堵深度浅、强度高、返排解堵效果好。
4)有利于进一步提高井周完善程度，保护油气资源，提高油井产能和水井吸水能力。
5)无毒不污染环境，对现场施工无任何特殊要求，加药更加方便、工人劳动强度降低，对钻井液施工性能的影响小，使用工艺简单。
具体实施方式
实施例1
将常减压渣油沥青、半氧化沥青、乙烯裂解焦油沥青、丙烷脱沥青、抽提沥青和100#甲稠油沥青原料按质量比为1∶2∶1.5∶3.5∶3∶1.75的比例，在120～130℃下加热熔化，并加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物0.2％(占总体系的质量比)，混和均匀得到油溶性原材料；同时将乳化剂RHJ-I、RHJ-II和RHJ-III的水溶液加热到50～60℃(加量分别为总体系的0.65％、0.7％、0.7％)后，向乳化剂水溶液中加入0.2％氯化钙和0.2％羧甲基纤维素，继续搅拌均匀并保持在50～60℃之间；向W4-Z胶体磨中加入预热至120～130℃的改性油溶性材料和预热后的乳化剂水溶液(油溶性原材料与乳化剂水溶液的质量比为60∶40)，进行研磨，制得钻井液用油溶性阳离子型新型广谱暂堵剂的理化性能指标如表所示。
实施例2
将常减压渣油沥青、半氧化沥青、乙烯裂解焦油沥青、丙烷脱沥青、抽提沥青和100#甲稠油沥青原料按质量比为1∶2.5∶1.88∶3.75∶3.12∶2的比例混和均匀在120～130℃下加热熔化，并加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物0.44％(占总体系的质量比)得到油溶性原材料，同时将乳化剂RHJ-I、RHJ-II和RHJ-III的水溶液加热到50～60℃(加量分别为总体系的0.5％、0.62％、0.62％)后，向乳化剂水溶液中加入0.25％氯化钙和0.17％羟乙基纤维素，继续搅拌均匀并保持在50～60℃之间；然后再按照实施例1的制备方法制得钻井液用油溶性阳离子型新型广谱暂堵剂的理化性能指标如表所示。
实施例3
将常减压渣油沥青、半氧化沥青、乙烯裂解焦油沥青、丙烷脱沥青、抽提沥青和100#甲稠油沥青原料按质量比为1∶1.88∶1.25∶3.12∶2.5∶1.5的比例混和均匀得到油溶性原材料，在120～130℃下加热熔化，并加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物0.3％(占总体系的质量比)，混和均匀得到油溶性原材料；同时将乳化剂RHJ-I、RHJ-II和RHJ-III的水溶液加热到50～60℃(加量分别为总体系的0.89％、0.96％、0.96％)后，向乳化剂水溶液中加入0.22％氯化钙和0.84％羧甲基纤维素，继续搅拌均匀并保持在50～60℃之间；然后再按照以上的制备方法制得钻井液用油溶性阳离子型新型广谱暂堵剂的理化性能指标如上表所示。
现场应用效果
本发明已现场试验7口井。通过现场试验证明，本发明在现场取得了很好的保护油气层效果，经济效益显著。
以官27-55井为例。
官27-55井设计井深2485m，目的层井段2306～2440m，预计产量12t/d。开钻后采用本发明作为油层保护材料，目的层采用抑制性钻井液。整个钻井过程中，钻井液性能保持稳定，顺利完钻，完钻井深2479m。射孔投产后最高产量达至19.71t/d。在生产同层位期间，其米采液指数、米采油指数分别比同期投产的、位于同区块相对高部位的一口邻井分别高13.7％、45.4％。测试表皮系数为-3.23，比采用常规屏蔽暂堵技术的邻井表皮系数(-0.32)低2.91，说明采用本发明后，进一步提高了保护储层的效果，增加了单井产油量。
现场试验表明，本发明不仅具有良好的保护油气层效果，而且能满足工程和地质上对钻井液性能的要求。
Claims (4)
1.一种钻井液用油溶性阳离子型广谱暂堵剂，其特征在于：它由如下成分按质量百分比组成：
(1)油溶性材料：50～74％；
(2)苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物：0.2～0.44％；
(3)阳离子表面活性剂：
环氧丙基苄基二(十八酰胺乙基)铵盐)：0.50～0.89％、
阳离子咪唑啉表面活性剂：0.62～0.96％、
和二苄基二(十八酰胺乙基)铵盐(RHJ-III)：0.62～0.96％；
(4)羧甲基纤维素或羟乙基纤维素：0.17～0.84％；
(5)氯化钙：0.2～0.25％；
(6)水：余量为水。
油溶性材料是由软化点分别为51～55℃、57～65℃、47～52℃、70～77℃、105～120℃和47～54℃的常减压渣油沥青、半氧化沥青、乙烯裂解焦油沥青、丙烷脱沥青、抽提沥青和100#甲稠油沥青按质量比1∶1.88～2.5∶1.25～1.88∶3.12～3.75∶2.5～3.12∶1.5～2混和均匀得到。
2.根据权利要求1所述的钻井液用油溶性阳离子型广谱暂堵剂，其特征在于：常减压渣油沥青、半氧化沥青、乙烯裂解焦油沥青、丙烷脱沥青、抽提沥青和100#甲稠油沥青软化点分别为52℃、57℃、48℃、70℃、107℃、47℃。
3.根据权利要求1所述的钻井液用油溶性阳离子型广谱暂堵剂，其特征在于：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物：平均分子量在10～30万范围之内。
4.一种钻井液用油溶性阳离子型广谱暂堵剂的制备方法，其特征在于：
①油溶性材料改性：将油溶性材料按权利要求1的比例混合加热熔化，加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物搅拌均匀；
②乳化剂水溶液配制：向自来水中按权利要求1的比例加入环氧丙基苄基二(十八酰胺乙基)铵盐、阳离子咪唑啉表面活性剂、二苄基二(十八酰胺乙基)铵盐、氯化钙和羧甲基纤维素或羟乙基纤维素，搅拌均匀，并加热至50～60℃；
③乳化：向W4-Z胶体磨中加入预热至120～130℃的改性油溶性材料和预热后的乳化剂水溶液，进行研磨，即制成乳状液体。
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