CN101818052B - 一种钻井液用暂堵剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井液用暂堵剂，属于石油钻井技术领域。本发明的暂堵剂是由以下重量百分比的原料制备而成的聚合物：十六烯60-70%，催化剂过硫酸盐0.5-1%，苯酚10-20%，甲醛10-20%，阳离子表面活性剂1-2%。其制备方法包括以下步骤：（1）在反应釜中，加入十六烯液体，升温至50±5℃，加入苯酚，搅拌，控制温度在80℃±5℃，控压2±0.5MPa，缓慢加入催化剂，2h后加入甲醛溶液，继续控温40±5℃搅拌2h，再加入表面活性剂，继续搅拌2h。（2）泄压至常压，抽提混合物，在100±5℃下烘干，粉碎即可。本发明的暂堵剂的软化点温度范围较广，在70-140℃之间，几乎能满足所有地层的需要。

Description

一种钻井液用暂堵剂

技术领域

本发明公开了一种钻井液用暂堵剂，具体地说涉及一种油溶性树脂暂堵剂，属于石油钻井技术领域。

背景技术

    在钻井作业中，当油层部位井筒内液柱压力高于油层压力时会造成钻井液不同程度的漏失，严重影响钻井作业的正常进程，既浪费了钻井液，又给油层带来了伤害。因此，需要在钻井过程中暂时封堵需要保护的地层，而在钻井作业结束后解除封堵作用，恢复地层的原始状况。钻井液用暂堵剂即为在钻井过程中使用的起暂堵作用的一种处理剂。钻井用暂堵剂可以分为酸溶性暂堵剂和油溶性暂堵剂。

    最早的钻井用暂堵剂为酸溶性暂堵剂，是在钻井液中引入无机的、可酸溶颗粒材料，通过颗粒级配（颗粒大小小于等于地层岩石孔径的2/3）架桥的方式来实现暂堵目的，在钻井作业结束后，在完井过程中，可以通过射孔工艺来解除封堵；也可以在采油作业时，通过酸化作业或压裂作业来解除封堵，这样就达到了暂堵的目的，如专利CN200710049168.1油气储层裂缝暂堵剂。

酸溶性暂堵剂存在以下不足之处：

第一，使用范围狭小。由于每块地层的岩石孔隙（孔径）大小不一样，需要的暂堵剂颗粒级配不一样，导致这类暂堵剂通用性差，应用范围受限。

第二，不能保证使用时的有效含量。目前钻井技术飞速发展，钻井液性能要求很高，特别是钻井中固相含量的控制，通过震动筛、除砂器、除泥器等设备，这类暂堵剂几乎被清除出去，直接降低其有效含量，起不到暂堵的作用。

第三，对钻具有磨损。这类暂堵剂使用的刚性、惰性颗粒材料，在钻井过程中，会通过钻井液的循环对所有钻井工具、管线等钢体材料的表面造成磨镲损耗。

第四，保护地层的效果差。由于这类暂堵剂使用的是颗粒材料，只能在地层孔隙中形成颗粒堆积、架桥作用，只能阻止部分有害颗粒进入地层，而不能阻止流体进入地层，达不到真正地层保护的目的。

第五，解堵工艺复杂及易污染地层。这类暂堵剂只能通过射孔、酸化等作业措施来解除封堵，如果暂堵直径较大，超过射孔范围，就无法解堵，就失去暂堵意义；如果采取酸化措施，会产生新的颗粒污染，原因是这类暂堵剂中的Ca²⁺以及井下钢体中的Te²⁺、Te³⁺等离子的存在，会产生CaSO₄、TeCl₂、TeCl₃、TeSO₄等颗粒沉淀，污染地层。

另一类暂堵剂是油溶性暂堵剂。这类暂堵剂是通过引入有机的、可油溶的高分子材料，在钻井过程中，通过钻井液，在井下温度的作用下，软化高分子材料，在地层表面形成致密的封堵层，有效保护地层，在钻井作业结束后，在采油作业实施时，由于原油的作用，会逐渐溶解封堵层，起到自性解堵的作用，达到暂堵的目的。如专利CN200610090002.X，钻井液用油溶性阳离子型广谱暂堵剂。油溶性暂堵剂现已成为保护储集层的主要手段。然而现有的油溶性暂堵剂仍有以下不足：

第一，现场使用工艺复杂。现有的油溶性暂堵剂是复配物，不是单一的产品，是有多种有机物和少量的无机架桥颗粒组成的，有数种材料构成，现场使用时非常复杂，必须有专门的配制工具、工艺，使用效率较低，并增加了劳动强度和附加了许多设备，不利于现代钻井作业的需要。

第二，抗温抗盐性抗污染性差。这类暂堵剂中的许多有机材料，耐温性能差，在高温下（110℃以上）有机材料会降解，性质完全变化，已经不是暂堵材料了；在地层高矿化度的环境中，有机材料的分子链会倦曲，甚至断裂，性质也完全变化。所以抗温抗盐性抗污染性差。

发明内容

    本发明的目的在于克服现有技术中钻井液用暂堵剂所存在的不足，提供一种新的性能稳定、使用方便的钻井液用暂堵剂。

    本发明实现上述发明目的的技术方案如下：

    一种钻井液用暂堵剂，是由以下重量百分比的原料制备而成的聚合物：

    十六烯                  60-70%     

过硫酸钠                0.5-1%

苯酚                    10-20%

4%甲醛溶液              10-20%

阳离子表面活性剂        1-2%。

作为优选，本发明的钻井液用暂堵剂中的阳离子表面活性剂为季铵盐类阳离子表面活性剂，优选十六烷基三甲基氯化铵。

所述钻井液用暂堵剂的制备方法包括如下步骤：

（1）向十六烯中加入苯酚和催化剂过硫酸钠，进行烷基化反应，反应温度为80±5℃，压力为2±0.5MPa；

（2）向步骤（1）所得反应物中加入4%甲醛溶液进行接枝醛基反应，生成树脂，反应温度为40±5℃，压力为2±0.5MPa；

（3）向步骤（2）所得树脂中加入阳离子表面活性剂，使树脂充分乳化，反应温度为40±5℃，压力为2±0.5MPa；

（4）将步骤（3）所得聚合物在100±5℃烘干，粉碎得到钻井液用暂堵剂。

在油气层钻开之前，按一定的比例将本发明的暂堵剂加入到钻井液中，在地层温度条件下（大于本发明的软化点），本发明的暂堵剂在钻井液中形成一层非常致密的保护层（膜），在地层压差作用下，钻井液会产生动态滤失，本发明的暂堵剂能及时地在地层井壁上形成致密的暂堵层，阻止失水和固相颗粒进入地层，有效地保护了油气层的污染和伤害。在采油工程中，在地层压差作用下，地层反向油流经过暂堵层时，由于本发明的油溶性的作用，地层原油溶解破坏了暂堵层，解除了地层屏蔽作用，恢复了地层的渗透性，恢复或提高了油气层的产能，达到了油气层的保护目的。故本发明在钻井完井液和修井压井液等方面广泛用作油层保护剂。

本发明的钻井液用暂堵剂的室内实验数据为：

粒度（小于125μm颗粒含量），%     90-98

荧光级别                         1-2

软化点，℃                       70-140

油溶率，%                        60-85

透失水降低率，%                  35以上

渗透率恢复值，%                  90-95

树脂保护膜厚度，mm               小于2。

1、粒度

称取（0.5～1.0）g试样放入500ml水中，并加入（0.01～0.02）%的op型表面活性剂，搅拌充分分散后，用激光粒度分析仪测定试液的粒度分布曲线，由曲线计算要求粒度范围内的颗粒含量。

2、荧光级别

称取试样0.5g±0.01g于试管中加入5mL氯仿，摇动30s，过滤，将滤液置于比色管中，在地质荧光灯下与标准液对比，确定荧光级别。

3、软化点 

按GB/T 4507-1999 标准规定进行。

4、油溶率

定量滤纸在(105±3)℃的烘箱烘2h，取出置于干燥器中冷却至室温，称量。

称取试样5g(称准至0.0001g，胶体试样应在105℃±3℃烘箱内烘8h后称取)，加入100mL脱色脱胶质煤油中，加热至(70±5)℃（注意不准用明火），搅拌，使其溶解，然后，将烘干的定量滤纸置于保温漏斗中，在保持(70±5)℃温度下过滤，过滤后将滤纸及残渣一起置于(105±3)℃的烘箱内烘5h，取出置于干燥器中冷却至室温，称量。

按下式计算油溶率：

式中：

W—油溶率， %；

m—试样质量， g；

m1 —烘后滤纸及残渣的质量， g；

m2—空白试验烘后滤纸及残渣的质量， g。  

5、透失水降低率

（1）基浆测定

配制：取400ml蒸馏水三份，分别加入0.72g碳酸氢钠，4.0g实验用钠土和8.0g评价土，高速搅拌20min，密闭养护24h，即为基浆。

测定：取一份基浆高速搅拌5min后，将其倒入71型高温高压失水仪的高温罐中，在软化点温度+5℃，压差3.5Mpa条件下，按GB/T 16783.1－2006规定测定基浆的高温高压滤失量，然后取出高温罐待冷却后倒掉基浆，不损坏泥饼，重新注入蒸馏水，同样在软化点温度+5℃，压差3.5Mpa条件下，按GB/T 16783.1-2006规定测定其高温高压滤失量，即为基浆的透失水量。

（2）试样浆测定 

粉剂试样浆的配制：取4.4.8.1中的基浆一份在低速搅拌的条件下，加入0.8g op-10，低速搅拌1min,然后加入20.0 g试样，低速搅拌20min，即为试样浆。

胶体试样浆的配制：取4.4.8.1中的基浆一份在低速搅拌的条件下，加入试样40.0g，低速搅拌20min,即为试样浆。

测定：按4.4.8.1的方法测试其透失水量。

（3） 按以下公式计算：

式中：

A —透失水降低率， %；

B —基浆透失水量，ml；

B1—试样浆透失水量， ml。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的暂堵剂是采用不饱和烃经烷基化及醛基接枝聚合反应而成的一种有机树脂聚合物，该聚合物为单一产品，现场使用方便，不受地层条件、设备因素等限制，是一种不溶于水，只能油溶的树脂聚合物。

2、本发明的暂堵剂粒度小于125μm颗粒含量在90%以上，完全能过目前国内外钻井工程中使用的震动筛孔径，而不被固控设备筛除，保证其在钻井液中的有效含量。

3、本发明的暂堵剂树脂在70-140℃的温度范围内，聚合物分子链会拉绅、平铺形成互穿网络结构，在液柱压差大于0.7MPa时，这种结构会附着在井壁上形成非常致密的树脂保护膜，保证所有钻井液中有很好的降滤失作用，其透失水降低率在35%以上。因而本发明的暂堵剂的软化点温度范围较广，几乎能满足所有地层的需要，在钻井液中，有很好的造壁性和屏蔽层，在地层井壁上形成非常致密的滤饼，可以阻止钻井液中的液相流体进入地层，并且有效地阻止固相颗粒进入地层，有效地保护了油气层。

4、本发明在所有钻井液中，有很好的配伍性，对钻井液性能没有影响。

5、本发明的油溶率在70%以上，可以在采油工程中通过反向油流溶解其屏蔽层，从而达到暂堵的目的。

6、本发明生产工艺简便，质量易于控制，精度很高，检测手段和检测方法简便。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

    实施例1

    一种钻井液用暂堵剂，是由以下重量份的原料制备而成的聚合物：

    十六烯                  60%     过硫酸钠                0.5%

苯酚                    20%

4%甲醛溶液                    18%

十六烷基三甲基氯化铵    2%。

所述钻井液用暂堵剂的制备方法包括如下步骤：

（1）向十六烯中加入苯酚和催化剂过硫酸钠，进行烷基化反应，反应温度为80±5℃，压力为2±0.5MPa；

（2）向步骤（1）所得反应物中加入4%甲醛溶液进行接枝醛基反应，生成树脂，反应温度为40±5℃，压力为2±0.5MPa；

（3）向步骤（2）所得树脂中加入阳离子表面活性剂，使树脂充分乳化，反应温度为40±5℃，压力为2±0.5MPa；

（4）将步骤（3）所得聚合物在100±5℃烘干，粉碎得到粒度小于125μm颗粒含量为90-98%的钻井液用暂堵剂。

实施例2

一种钻井液用暂堵剂，是由以下重量份的原料制备而成的聚合物：

十六烯                  65%     

过硫酸钠                1%

苯酚                    20%

4%甲醛溶液                    12%

十六烷基三甲基氯化铵    2%。

本实施例的制备方法同实施例1。

实施例3

一种钻井液用暂堵剂，是由以下重量份的原料制备而成的聚合物：

十六烯                  70%     

过硫酸钠                1%

苯酚                    15%

4%甲醛溶液                    12%

十六烷基三甲基氯化铵    2%。

本实施例的制备方法同实施例1。

Claims (2)

1.一种钻井液用暂堵剂，其特征在于它是由以下重量百分比的原料制备而成的聚合物：

所述的钻井液用暂堵剂由以下制备方法制成，步骤如下：

（1）向十六烯中加入苯酚和催化剂过硫酸钠，进行烷基化反应，反应温度为80±5℃，压力为2±0.5MPa；

（2）向步骤（1）所得反应物中加入4%甲醛溶液进行接枝醛基反应，生成树脂，反应温度为40±5℃，压力为2±0.5MPa；

（3）向步骤（2）所得树脂中加入阳离子表面活性剂，使树脂充分乳化，反应温度为40±5℃，压力为2±0.5MPa；

（4）将步骤（3）所得聚合物在100±5℃烘干，粉碎得到钻井液用暂堵剂。

2.根据权利要求1所述的钻井液用暂堵剂，其特征在于所述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵。