CN101979457B - 海水基无固相环保钻完井液 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海水基无固相环保钻完井液，该海水基无固相环保钻完井液是一种含有清洁海水、抗盐增粘降滤失剂、防塌抑制剂、钻完井液用润滑剂、储层保护剂、钻完井液用缓蚀剂、PH值调节剂、钻完井液用消泡剂为主要成分的水基钻完井液，该钻完井液所选组分均为环保型添加剂，优化了钻完井液性能，不仅满足钻完井液常规性能(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，该海水基无固相环保钻完井液EC₅₀值达到6.6×10⁵mg/L，岩心渗透率恢复值达到93.5％，达到保护储层、保护环境、提高海洋石油及天然气资源利用率的目的。

Description

海水基无固相环保钻完井液

技术领域

本发明涉及海洋油气钻探非射孔钻完井作业领域用的海水基无固相环保钻完井液。

背景技术

目前常用的有固相钻完井液采用屏蔽暂堵技术保护油气层的基本原理是利用固相粒子的暂堵规律，在钻开储层的极短时间内，在井壁附近形成一个渗透率很低、厚度能被射孔弹穿透且易于进行解除处理的薄而致密的屏蔽环，阻止钻井液侵入污染地层，从而达到保护油气层的目的。对于使用非射孔钻完井作业的储层不适用有固相钻完井液采用屏蔽暂堵技术保护油气层，而应采用保护油气层的无固相钻完井液。海洋领域石油勘探开发要求钻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，还要求钻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无固相环保钻完井液专利。

为满足日益严格的海洋环境法规及降低钻完井液成本的要求，钻完井液必须具有良好的环境可接受性，并以海水为连续相，以避免因向海上钻井平台输送淡水而增加钻完井液费用，若利用淡水为连续相，钻完井液成本很高(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。

钻完井液是用各种原材料和化学添加剂配制成的一种流体，在钻完井过程中始终与油气层接触的液体。钻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；还要保证有效地清洗井底携带钻屑和悬浮物。

目前国内钻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钻完井液和聚合物甲酸盐无固相钻完井液外，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，没有海水基无固相环保钻完井液。现有无机盐清洁盐水钻完井液中无机盐成份(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：CN200810049256.6，发明名称为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，该抗高温抗盐无固相环保钻完井液和聚合物甲酸盐无固相钻完井液中都没有防腐剂或缓蚀剂和钻完井液用消泡剂，用于海洋石油勘探开发领域完井作业后存在腐蚀和起泡问题。

本发明与现有技术相比有以下优点：本发明提供的海水基无固相环保钻完井液，适用于海洋油气钻探非射孔钻完井作业，该钻完井液所选组分均为环保型化学添加剂，不仅优化了钻完井液性能，同时达到保护储层、保护环境的效果，实验证明，本发明的海水基无固相环保钻完井液EC₅₀值＝6.6×10⁵mg/L，岩心渗透率恢复值达到93.5％，在环渤海湾的井深3502m-3913m储层试验，海水基无固相环保钻完井液密度1.10g/cm³，该井中途裸眼测试，用Φ8mm油嘴放喷求产，日产原油169.2m³，天然气14686m³，投产效果很好。两口邻井采用屏蔽暂堵技术钻完井液，其中一口井测量表皮系数为42，这两口邻井求产不成功。

发明内容

本发明提供海水基无固相环保钻完井液，适用于海洋油气钻探非射孔钻完井作业，该海水基无固相环保钻完井液所选组分均为环保型添加剂，不仅优化了钻完井液性能，同时达到保护储层、保护环境、提高海洋石油及天然气资源利用率的目的。

本发明的技术方案是：该海水基无固相环保钻完井液含有清洁海水、抗盐增粘降滤失剂、防塌抑制剂、钻完井液润滑剂、储层保护剂、钻完井液防腐剂、pH值调节剂和钻完井液消泡剂，其中：a)清洁海水选自密度≥1.03g/cm³的透明海水，b)抗盐增粘降滤失剂选自羟乙基纤维素HEC、黄原胶XC、羧甲基纤维素钠CMC、聚阴离子纤维素PAC任何一种或其二种以上的组合，c)防塌抑制剂选自水溶性甲酸盐、聚丙烯酸钾K-PAM、聚合醇防塌剂、有机硅、氯化钾任何一种或其二种以上的组合，d)钻完井液润滑剂可以是白油、硅油、聚合醇润滑剂任何一种或其二种以上的组合，e)储层保护剂选自改性聚合醇类油层保护剂、三甲基丙烯基氯化铵，f)完井液防腐剂也叫完井液缓蚀剂，选自2-烷基-N-羟乙基-N-羟丙基磺基咪唑啉、磷酸三乙醇胺-磷酸二氢盐、或钼酸盐复合缓蚀剂，g)PH值调节剂选自氢氧化钾KOH、氢氧化钠NaOH、碳酸钠(Na₂CO₃)任何一种或其二种以上的组合，h)钻完井液用消泡剂选自甘油聚醚、乳化硅油、二甲基硅油、消泡剂7501任何一种或其二种以上的组合。该海水基无固相环保钻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2％-15.5％(质量体积百分比)、钻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)、钻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0.5％-3％(质量体积百分比)、钻完井液消泡剂的加量为0％-2％(质量体积百分比)，其余为清洁海水。

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，该海水基无固相环保钻完井液含有：a)清洁海水、b)抗盐增粘降滤失剂、c)防塌抑制剂，进一步含有：d)完井液润滑剂、e)储层保护剂，还可进一步含有：f)完井液防腐剂也叫完井液缓蚀剂、g)PH值调节剂和h)钻完井液用消泡剂。本发明选用清洁海水为连续相(又称海水基无固相环保钻完井液基液，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、PH值调节剂和钻完井液用消泡剂又称外加剂，各外加剂的加量根据钻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，尤其是钻完井液高温高密度情况时，加量会有所增加。上述组分中，b)抗盐增粘降滤失剂选用的黄原胶XC无味、无毒、适用安全性强，美国食品与药物管理局于1969年批准黄原胶用于食品中，1983年联合国粮农组织批准黄原胶作为食品添加剂，且对其添加量不做限制，具有高粘度，良好的热稳定性(适用温度范围为：-18℃～130℃)，高耐酸、碱、盐特性(在pH值＝1～12范围内能保持原有特性)，与高浓度盐类共存时，仍保持稳定的增稠体系，对不溶性固体颗粒和油滴具有良好的悬浮性，独特的流变性，在剪切作用下，溶液的粘度会迅速下降，一旦剪切作用解除，溶液的粘度会立即恢复，这种特性使得黄原胶在石油钻井和开采中得到广泛的应用；抗盐增粘降滤失剂选用的抗温抗盐性能优良的中分子量聚合物羟乙基纤维素HEC、羧甲基纤维素钠CMC、聚阴离子纤维素PAC等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等官能团结构，一方面能吸附在粘土颗粒表面形成吸附层，增加井壁粘土颗粒的水化膜厚度以阻止粘土颗粒絮凝变粗，不再粘结成大颗粒，使井壁形成薄而韧的泥饼，滤饼的渗透率降低，降低滤失量，同时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。c)防塌抑制剂选用的甲酸盐在钻完井液中具有以下三方面的作用：①提高钻完井液液相矿化度，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甲酸盐密度较高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。由此配制出来的甲酸盐钻完井液在使用中安全无毒，且与环境兼容性好，易降解，是一种安全环保的钻完井液外加剂；防塌抑制剂也可选用聚丙烯酰胺钾盐，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)钻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1.0×10⁵mg/L，完全无毒，海水中生物需氧量测定结果表明易生物降解；本发明中钻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)储层保护剂选用改性聚合醇类无荧光储层保护剂，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；选用的三甲基丙烯基氯化铵为小阳离子稳定剂，由于粘土颗粒吸水膨胀形成双电压，小阳离子稳定剂可以压缩双电压避免引起粘土膨胀，同时能防止粘土遇水后从岩石骨架上剥离下来，经过运移而堵塞喉道，提高了渗透率，减少对储层的伤害。f)完井液防腐剂也叫完井液缓蚀剂，选用的2-烷基-N-羟乙基-N-羟丙基磺基咪唑啉能吸附在金属表面，耐酸、碱、盐的性能好，有效降低了盐水对设备的腐蚀；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，能有效地抑制钢铁的海水腐蚀，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钾KOH、氢氧化钠NaOH、碳酸钠(Na₂CO₃)等，用来调节完井液的pH值为7～11；h)钻完井液消泡剂选用的甘油聚醚又称三羟基聚醚或聚醚三元醇，分子量3000±300，无色或淡黄色透明粘稠液体，无毒，相对密度(20℃/4℃)1.004～1.005，闪点268℃，粘度(25℃)470～520mPa·s，难溶于水，易溶于乙醇、苯等有机溶剂；选用的二甲基硅油是一种无色透明的新型合成高分子材料，闪点高、凝固点低，可在-50℃～+200℃下长期使用，粘温系数小、压缩率大，表面张力低，且不溶于水，动植物油及高沸点矿物油中，化学稳定性好、又无毒，用作为消泡剂已广泛用于石油、化工、医疗、制药、食品加工等行业中；选用的乳化硅油纯白色乳状液、pH中性、表面张力小、对水接触角大、润滑性好、对生物(包括人体)无毒害作用，对金属不腐包，不易挥发、具有耐热和抗氧化性能；选用的消泡剂7501的成分是甘露醇、脂肪酸、氢氧化钠的合成物，浅黄色胶状体，不溶于水，是一种良好的油溶性多元醇型非离子表面活性剂。

本发明是这样实现的，按海水基无固相环保钻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、钻完井液润滑剂、储层保护剂、钻完井液防腐剂、PH值调节剂和钻完井液消泡剂均匀分散在清洁海水中，继续搅拌一定时间，生产出海水基无固相环保钻完井液。

Claims (3)

1.海水基无固相环保钻完井液，其特征在于：包括清洁海水、抗盐增粘降滤失剂、防塌抑制剂、钻完井液润滑剂、储层保护剂、钻完井液防腐剂、pH调节剂和钻完井液消泡剂，其中：所述清洁海水选自密度≥1.03g/cm³透明海水，所述抗盐增粘降滤失剂选自羟乙基纤维素HEC、黄原胶XC、羧甲基纤维素钠CMC、聚阴离子纤维素PAC任何一种或其二种以上的组合，所述防塌抑制剂选自水溶性甲酸盐、聚丙烯酸钾K-PAM、聚合醇防塌剂、有机硅、氯化钾任何一种或其二种以上的组合，所述钻完井液润滑剂可以是白油、硅油、聚合醇润滑剂任何一种或其二种以上的组合，所述钻完井液防腐剂选自2-烷基-N-羟乙基-N-羟丙基磺基咪唑啉、磷酸三乙醇胺-磷酸二氢盐或钼酸盐复合缓蚀剂，所述pH值调节剂选自氢氧化钾KOH、氢氧化钠NaOH、碳酸钠Na₂CO₃任何一种或其二种以上的组合；所述钻完井液消泡剂选自甘油聚醚、乳化硅油、二甲基硅油、消泡剂7501任何一种或其两种以上的组合；所述储层保护剂为三甲基丙烯基氯化铵。

2.根据权利要求1所述的海水基无固相环保钻完井液，其特征在于：所述的海水基无固相环保钻完井液各组分加量质量体积百分比为：抗盐增粘降滤失剂2％-6.5％，防塌抑制剂2％-15.5％，钻完井液润滑剂3％-8％，储层保护剂2％-8％，钻完井液防腐剂1％-5％，pH值调节剂0.5％-3％，钻完井液消泡剂0％-2％但是不为0，其余为清洁海水。

3.根据权利要求1所述的海水基无固相环保钻完井液的制备方法，其特征在于：按海水基无固相环保钻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、钻完井液润滑剂、储层保护剂、钻完井液防腐剂、pH调节剂和钻完井液消泡剂均匀分散在清洁海水中，继续搅拌一定时间，生产出所述海水基无固相环保钻完井液。