CN101979456A - 海水基完井液 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海水基完井液，可有效克服现有完井液在性能及应用中的缺点，其解决的技术方案是，该海水基完井液是一种由清洁海水、抗盐增粘降滤失剂、防塌抑制剂、完井液润滑剂、储层保护剂、完井液防腐剂和PH值调节剂组成的完井液，该完井液所选组分均为环保型添加剂，优化了完井液性能，不仅满足常规性能(包括密度、酸碱性、滤失性、流变性、稳定性等)，同时具有生物降解性好、无生物积累、毒性小或无毒，对环境无害等优点，该海水基完井液EC₅₀值＝5.9×10⁵mg/L，岩心渗透率恢复值达到88.7％，达到保护储层、保护环境、提高石油及天然气资源利用率的目的。

Description

海水基完井液

一、技术领域

本发明涉及海洋石油天然气勘探开发领域的中、高渗透储层完井作业用的一种海水基完井液。

二、背景技术

我国海洋石油天然气的勘探开发在整个石油天然气行业所占的比重不断提高，随着国家对环保要求日益严格，解决海洋石油天然气勘探开发过程中对海洋的污染越来越急迫。海洋领域石油天然气勘探开发要求完井液满足常规性能(包括密度、酸碱性、滤失性、流变性、稳定性等)的同时，还要求完井液毒性小或无毒，对环境无害等，目前国内没有检索到海水基完井液专利。

为满足日益严格的海洋环境法规及降低完井液成本的要求，完井液必须具有良好的环境可接受性，并以海水为连续相分散介质，以避免因向海上钻井平台输送淡水而增加完井液费用，若利用淡水配浆，完井液成本很高(1m³淡水的费用高达几十元，每米进尺约用水2.02m³，同时受天气影响大量淡水输送不及时)，同时海水中含有大量的Ca²⁺、Mg²⁺和Na⁺等大量无机阳离子进一步提高了井壁的稳定性。

完井液是用各种原材料和化学添加剂配制成的一种流体，在完井过程中始终与油气层接触的液体。完井液即要满足各种工艺要求、环保要求，还要切实做到保护储层，防止固相或钻屑堵塞喉道，又要防止滤液侵入储层与储层成分互相作用引起粘土膨胀、微粒运移等作用堵塞储层或与储层中的流体反应产生沉淀堵塞储层。具有一定的液柱压力，用以平衡地应力稳定井壁，防止流体侵入井内造成井涌井喷；又要有良好的平衡侧压力，提高泥饼质量，防止压差卡钻；还要保证有效地清洗井底携带钻屑和悬浮物。

目前完井液除主要成份为无机盐清洁盐水和粘土稳定剂的无机盐清洁盐水完井液外，还有申请(专利)号为：CN200810049256.6的抗高温抗盐无固相环保钻完井液，没有海水基完井液。现有无机盐清洁盐水完井液中无机盐成份(有氯化钠、氯化铵、氯化钙、溴化钙、溴化锌等)，具有较强的腐蚀性，对井下设备、管线、泵车等损害巨大；无机盐成份易结晶，易给地层带来堵塞；部分体系含有害成份，对人及环境带来危害。申请(专利)号为CN200810049256.6的抗高温抗盐无固相环保钻完井液，其特征在于，是由水、甲酸盐、增粘剂、降滤失剂、油层保护剂和聚合醇防塌剂制成，其中水和甲酸盐组成加重基液，水和甲酸盐加入量由比重或密度限定，该抗高温抗盐无固相环保钻完井液成分中没有防腐剂或缓蚀剂，用于海洋石油勘探开发领域完井作业后也应存在腐蚀问题。

本发明与现有技术相比有以下优点：本发明提供的海水基完井液，适用于海洋石油天然气勘探开发领域的中、高渗透储层完井作业，该完井液所选组分均为环保型添加剂，不仅优化了完井液性能，同时达到保护储层、保护环境的效果，实验证明，本发明的海水基完井液EC₅₀值＝5.9×10⁵mg/L，岩心渗透率恢复值达到88.7％，在环渤海湾的海油陆采人工岛两口油井1692m-1696m和1770m-1778m井段试验，这两口试验油井生产情况分别是：日产液45.5m³、日产油35m³、含水22.9％和日产液50m³、日产油45m³、含水10％，油层保护效果明显，该开采单元平均单井日产油12.4m³，综合含水47.5％，本发明的海水基完井液的两口试验井分别日增油22.6m³和32.6m³。

三、发明内容

本发明提供一种海水基完井液，适用于海洋石油天然气勘探开发领域的中、高渗透储层完井作业，该完井液所选组分均为环保型添加剂，不仅优化了完井液性能，同时达到保护储层、保护环境、提高石油及天然气资源利用率的目的。

本发明的技术方案是：该海水基完井液包括清洁海水、抗盐增粘降滤失剂、防塌抑制剂、完井液润滑剂、储层保护剂、完井液防腐剂和pH值调节剂组成，其中：a)清洁海水是密度≥1.03g/cm³的透明海水，b)抗盐增粘降滤失剂选自非渗透降滤失剂、羧甲基纤维素钠CMC、聚阴离子纤维素PAC，c)防塌抑制剂选自水溶性甲酸盐、聚丙烯酰胺钾盐KPAM，d)完井液润滑剂选自白油、聚合醇润滑剂，e)储层保护剂选自改性聚合醇类油层保护剂、合理粒度级配的超细碳酸钙、纳米碳酸钙复合物，f)完井液防腐剂也叫完井液缓蚀剂，选自磷酸三乙醇胺-磷酸二氢盐、钼酸盐复合缓蚀剂，g)PH值调节剂选自氢氧化钠NaOH、碳酸钠(Na₂CO₃)。该海水基完井液原材料最佳质量配比如下：抗盐增粘降滤失剂的加量为2％-6.5％(质量体积百分比)、防塌抑制剂的加量为1％-5.5％(质量体积百分比)、完井液润滑剂的加量为3％-8％(质量体积百分比)、储层保护剂的加量为2％-8％(质量体积百分比)、完井液防腐剂的加量为1％-5％(质量体积百分比)、PH值调节剂的加量为1％-3％(质量体积百分比)，其余为清洁海水。

四、具体实施方式

以下结合实际情况对本发明的具体实施方式作详细说明。

由上述技术方案给出，本发明在具体实施时，该海水基完井液是由清洁海水、抗盐增粘降滤失剂、防塌抑制剂、完井液润滑剂、储层保护剂、完井液防腐剂和pH值调节剂组成，其中，a)上述清洁海水选自密度≥1.03g/cm³的清洁透明海水(又称海水基完井液基液，以下同)，原材料来源广泛、性能稳定、环境友好；上述抗盐增粘降滤失剂、防塌抑制剂、完井液润滑剂、储层保护剂、完井液防腐剂和PH值调节剂又称外加剂，各外加剂的加量根据完井液不同的密度范围及抗温要求，在实际使用时有所变化，尤其是完井液高温高密度情况时，加量会有所增加。上述各组分中，b)抗盐增粘降滤失剂：选自抗温抗盐性能优良的中分子量聚合物羧甲基纤维素钠CMC、聚阴离子纤维素PAC作为体系增粘降滤失性能的控制剂；这些中分子量聚合物中含有大量羟基-OH、羧酸基-COOH官能团结构，一方面能吸附在粘土颗粒表面形成吸附层，增加粘土颗粒的水化膜厚度以阻止粘土颗粒絮凝变粗；另一方面能把在钻井液循环搅拌作用下所拆散的细颗粒吸附在分子链上，不再粘结成大颗粒，而形成薄而韧的泥饼，滤饼的渗透率降低，降低滤失量，以及降滤失剂分子本身的堵孔作用和提高滤液粘度，降低滤失量(滤失量与滤液粘度的二分之一次方成正比)；抗盐增粘降滤失剂选用的非渗透降滤失剂，是由可溶于油和水的改性聚合物组成，当加入到水基钻井液时，其中一些水溶性聚合物溶解，类似上述降滤失剂一样可以控制滤失量，其他组分由于其亲油特性只能部分溶解，并组织成可变性粒子或胶束(胶束在溶液中形成微观的球状、片状或棒状的分子组合)，其主要优点在于胶束具有可变形和覆盖粒径范围宽的特点，对较宽的孔喉和渗透范围具有很好的封堵作用，它可以在孔喉中快速形成低渗封闭层，因而有效的阻止液体浸入，这种在封闭层中的胶束也是可变形的，压力升高它们就会收缩，并进一步降低封闭层渗透率，由于起到非渗透性阻挡层的作用，这种添加剂具有保护疏松砂岩脆弱性地层，阻挡地层压力传递的作用，在储层应用这种添加剂，屏蔽层的清除非常简单，在流体中，胶束只有在高于聚合物临界浓度下存在，因而当这种聚合物接触洗井液时被稀释，以及采油时与储层流体接触，屏蔽层简单分散且而清除。c)防塌抑制剂选用的甲酸盐在完井液中有以下三个方面的作用：①提高完井液液相矿化度，在无机阳离子的镶嵌和静电引力的双重作用下，减少水分子的进入，防止或降低渗透水化，从而起到防塌抑制剂的作用；②甲酸盐降低了完井液中自由水活度，使地层水向井眼反向渗透，促进井壁稳定，甲酸根HCOO^-是极性水化基团，体积较小，它通过氢键力吸附于粘土表面，增加水化膜厚度，防止粘土进一步水化，形成结构，使完井液保持良好的流变性和稳定性；③甲酸盐还具有加重剂的作用，水溶性好、溶解快、配伍及热稳定性能较好。由于不含固相，减少了固相物质对储层的伤害，更大程度地保护油气储层。同时由此配制出来的盐水体系在使用中安全无毒，且与环境兼容性好，易降解，是一种安全环保的完井液外加剂；防塌抑制剂选用的聚丙烯酰胺钾盐，其高分子聚合物上的吸附基团吸附在粘土片上，将众多粘土片连接在一起，对粘土片进行包被，这一方面使粘土不易分散，另一方面使水分子不易进入粘土晶层间，防止了粘土因水化作用而引起的膨胀分散，从而起到防塌抑制作用，该产品是一种无毒、无腐蚀，应用广泛的防塌抑制剂，兼有降失水、改善流型和增加润滑等性能，能改善完井液的流变性能，与其他处理剂配伍性好，抗温能力强(≥150℃)。d)完井液润滑剂选用的聚合醇润滑剂可以是以低分子量醇为起始剂，由环氧乙烷(EO)和环氧丙烷(PO)共聚而成的聚醚型多元醇防塌润滑剂，具有很强的抑制作用和良好的润滑性能，能显著降低完井液摩擦系数，提高极压膜强度，能改善完井液滤失性能，保护油气层能力强，无荧光，EC₅₀值大于1.0x10⁵mg/L，完全无毒，海水中生物需氧量测定结果表明易生物降解；本发明中完井液润滑剂选用的白油可以是由石油的润滑油馏分经脱腊、加氢精制和化学精制而成的液体油品，因白油无毒、无味、荧光级别低，不影响地质荧光录井，其在石油钻探中常用作完井液润滑剂，降低井壁与钻具(或套管)之间的摩擦，降低钻柱旋转扭矩和起下钻阻力，改善完井液润滑性。e)储层保护剂选用的改性聚合醇类无荧光油层保护剂，其主要成份是一种非离子型饱和碳链聚合物，由于分子主链全部有碳原子，侧链大多为羟基，因此可以使醇分子和粘土颗粒间形成大量氢键，对粘土颗粒具有较好的吸附成膜作用，同时由于聚合醇具有浊点特性且浊点可调，因此当温度较低时，聚合醇溶于水，可吸附在钻具和井壁上，形成类似油相的分子膜，改善钻井液的润滑性能，而当温度高于浊点时，聚合醇从水中析出，就可在井壁上粘附形成一层僧水膜，从而提高泥饼质量，配合降滤失剂形成致密、光滑的滤饼，阻止水分渗入地层，因此具有很好的防止泥页岩水化分散，稳定井壁和油层保护作用；储层保护剂选用的合理粒度级配的超细碳酸钙、纳米碳酸钙复合物，不溶于水、易于酸化解堵、无毒，具有不会堵死油气层等优点，在压差作用下，超细碳酸钙、纳米碳酸钙复合物这些屏蔽暂堵粒子迅速在井壁附近形成一层低渗透率的内滤饼和外滤饼，阻止固相和液相的进一步侵入，从而起到保护储层的作用，同时起到完井液加重剂的作用。f)完井液防腐剂也叫完井液缓蚀剂，选用的磷酸三乙醇胺-磷酸二氢盐能在天然海水中的钢铁表面形成一层化学稳定性好的保护膜，能有效地抑制海水对钢铁的腐蚀，浓度为135mg/L-225mg/L时，缓蚀率高达99.49％，具有使用浓度低、缓蚀率高、原材料价廉易得、无毒、无污染等特点；选用的钼酸钠复合缓蚀剂对碳钢具有良好的缓蚀能力，缓蚀率为95％左右，且随温度升高而增大；g)PH值调节剂选用的氢氧化钠NaOH、碳酸钠(Na₂CO₃)等，用来调节完井液的pH值为7～11。

本发明是这样实现的，在一定温度下，按海水基完井液配方比例，将上述抗盐增粘降滤失剂、防塌抑制剂、完井液润滑剂、储层保护剂、完井液防腐剂和PH值调节剂均匀分散在清洁海水中，继续搅拌一定时间，生产出海水基完井液。

Claims (4)

1.海水基完井液，其特征在于，该海水基完井液包括清洁海水、抗盐增粘降滤失剂、防塌抑制剂、完井液润滑剂、储层保护剂、完井液防腐剂和pH值调节剂组成，其中：清洁海水选自密度≥1.03g/cm³的透明海水，抗盐增粘降滤失剂选自非渗透降滤失剂、羧甲基纤维素钠CMC、聚阴离子纤维素PAC，防塌抑制剂选自水溶性甲酸盐、聚丙烯酰胺钾盐KPAM，完井液润滑剂选自白油、聚合醇润滑剂，储层保护剂选自改性聚合醇类油层保护剂、合理粒度级配的超细碳酸钙、纳米碳酸钙复合物。

2.根据权利要求1所述的海水基完井液，其特征在于该海水基完井液原材料最佳质量配比如下：抗盐增粘降滤失剂的加量为2％-6.5％(质量体积百分比)、防塌抑制剂的加量为1％-5.5％(质量体积百分比)、完井液润滑剂的加量为3％-8％(质量体积百分比)、储层保护剂的加量为2％-8％(质量体积百分比)、完井液防腐剂的加量为1％-5％(质量体积百分比)、PH值调节剂的加量为1％-3％(质量体积百分比)，其余为清洁海水。

3.根据权利要求1和权利要求2所述的海水基完井液，其特征在于，其中：完井液防腐剂也叫完井液缓蚀剂，选自磷酸三乙醇胺-磷酸二氢盐、钼酸盐复合缓蚀剂，PH值调节剂选自氢氧化钠NaOH、碳酸钠(Na₂CO₃)。

4.根据权利要求1所述的海水基完井液生产工艺，其特征在于是按海水基完井液配方比例准确计量配方所需原材料，在一定温度下，将上述抗盐增粘降滤失剂、防塌抑制剂、完井液润滑剂、储层保护剂、完井液防腐剂和PH值调节剂均匀分散在清洁海水中，继续搅拌一定时间，生产出海水基完井液。