CN102477288A

CN102477288A - 一种油气储层保护的钻井完井液

Info

Publication number: CN102477288A
Application number: CN2010105529403A
Authority: CN
Inventors: 柯扬船; 李硕娜
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2010-11-22
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2030-11-22
Also published as: CN102477288B

Abstract

本发明提供一种油气储层保护的钻井完井液尤其涉及一种新型处理剂组分及其改性方法，所述的钻井完井液包按质量比例分别是：粘土15～40份，碳酸钠0.5～3.0份，聚丙烯酰胺纳米共聚复合材料0.5～3.0份，改性聚丙烯纳米复合超短纤维0.5～2.0份，水300～600份。其中改性聚丙烯纳米复合超短纤维是聚丙烯/粘土纳米复合超短纤维经氧化改性和2-甲基-2丙烯酰胺丙磺酸接枝的产物。本发明提供的钻井完井液可以形成均匀悬浮体系，具有悬浮性和流变性好、密度可调、泥饼致密、相对滤失量低、抗高温高盐、封堵效率高的显著特性，用于油气层保护，具有显著的增产。

Description

一种油气储层保护的钻井完井液

技术领域

本发明涉及在石油工程中油气储层保护应用的钻井液完井液组合物，特别涉及用于裂缝-孔隙型储层的一种聚丙烯纳米复合超短纤维处理剂的钻井液完井液组合物及其制备方法。

背景技术

随着油气储层埋藏深度或所处层位越来越深，储层地层主要呈现孔隙与裂缝共存或裂缝特征。裂缝性油气藏是开发难度较大的油气藏，且所占开采比重呈日益增长的趋势。全世界经济产能效益最好的油藏是裂缝性油气藏，裂缝成为与井筒沟通的良好渗流通道。但是钻遇裂缝油藏的储层时，钻井液会沿裂缝侵入造成污染，裂缝被深度堵塞。裂缝一旦污染，对储层的破坏是不可逆的。采用现有的保护裂缝性储层方法，油气采出率低。以钻井完井液形成屏蔽环的方法保护储层具有稳定性差，流体侵入深，渗透率恢复值低的问题，严重影响油井产能和产出效率。

有效保护裂缝性储层需优选钻井完井液助剂材料。现有理想充填型钻井液(王利国，鄢捷年，冯文强.中国石油大学学报(自然科学版).2007，31(3)：73～76.)采用各种尺寸碳酸钙颗粒助剂材料，以封堵保护储层，但该材料不易级配，封堵强度差，也不易在生产阶段及时解除堵塞，造成新的污染。现有技术中，上海石化公司制备出多种超短纤维(林族，王鸣义，吴以准等.产业用纺织品.2006，7：4～5.)，主要用于制造无纺布、过滤材料以及纸张、混凝土、涂料的纤维增强材料。

超短纤维是一类长度小于20毫米的切断纤维。现有技术采用聚丙烯材料制备超短纤维，具有很好的力学性能、耐化学侵蚀、韧性高。但聚丙烯分子不带极性基团、表面呈化学惰性和憎水性，该超短纤维在钻井液的助剂应用中存在粘结性、抗蠕变性差和滤失性大的缺点。

现有复杂油气储层保护对钻井完井液处理剂有新要求，所用的纤维应具有较高的强度、悬浮与分散性。其次，该超短纤维助剂材料钻井完井液在地下高温高压下，应保持悬浮渗透性、抗高温及抗降解性，该超短纤维钻井完井液组合物在地下储层形成封堵保护，钻井完井液中的其他颗粒填充到架桥纤维网络中，形成低渗透性稳定性堵塞，有效防止钻井液的深度侵入。再次，该超短纤维应具有较高的表面吸附活性、封堵稳定性，在裂缝性或裂缝-孔隙共存的储层，迅速建立高效油气流通道而保护储层。最后，这种超短纤维表面应具有亲油可调与降失水的综合特性，不影响钻井液流动性、生产阶段的油气流动性及增产。

显然，现有技术中的常规超短纤维，不能满足这些储层封堵保护对纤维材料使用性能的特殊要求，即现有短纤维不能直接用于油气层的储层保护，不能产生所期待的增产增储效果。

发明内容

为了使用超短纤维进行油气储层保护，应设计超短纤维具有高活性表面及纤维表面特性可调控。本发明采用聚丙烯纳米复合超短纤维，制备钻井完井液组合物，其特征是超短纤维作为桥堵粒子用于储层保护技术，在裂缝性或裂缝-孔隙性共存的储层，快速高效地产生网络架桥封堵保护体系。

本发明提供的聚丙烯纳米复合超短纤维，其特征是采用氧化反应法和接枝反应法，对该纤维进行表面改性，提高聚丙烯纳米复合超短纤维钻井完井液组合物的分散性、抗高温与抗盐性。

本发明所述的聚丙烯纳米复合超短纤维表面改性，其特征是向纤维分子链或表面引入活性基团，提高其表面亲水性、界面结合力。

本发明所述的改性纤维接枝率的测定方法，其特征是采用滴定法。准确称取0.5g纯接枝物，在120℃下溶于50mL二甲苯中。溶液冷却至70℃时加入浓度为0.05mol/L的氢氧化钾-乙醇溶液2mL，摇匀使其充分反应。以酚酞为指示剂，用0.05mol/L的盐酸-异丙醇溶液滴至无色，30min不变色视为终点，记录所消耗的盐酸-异丙醇溶液体积V1。接枝率G_d按下式计算：

G_{d} = \frac{(C_{2} V_{2} - C_{1} V_{1}) \cdot M}{W} \times 100 %

式中：C₂——氢氧化钾-乙醇溶液的浓度，mol/L；

C₁——盐酸-异丙醇溶液的浓度，mol/L；

V₂——氢氧化钾-乙醇溶液的体积，L；

V₁——盐酸-异丙醇溶液的浓度，L；

M——AMPS的摩尔质量，g/mol；

W——接枝共聚物的质量，g。

本发明所述的聚丙烯纳米复合超短纤维钻井完井液组合物是将改性的纳米复合超短纤维与钻井液完井液基浆与级配助剂复配形成的组合物，应用于高温、高盐环境。

本发明所述的聚丙烯纳米复合超短纤维钻井完井液组合物的级配助剂，其特征是聚丙烯酰胺纳米复合材料、多尺度级配的填充粒子及纳米粒子的组合，该组合将聚丙烯酰胺的粘弹性、填充粒子的渗透性及纳米粒子的阻隔性综合起来，产生组合性的阻隔效应，实现对储层的有效封堵保护。

本发明提供的一种油气储层保护的钻井完井液方法，特别是提供一种聚丙烯(PP)纳米复合超短纤维改性后，形成的钻井完井液用于储层保护的方法，由以下技术措施实现。

首先，对PP/蒙脱土(MMT)纳米复合超短纤维进行液态氧化处理。处理液铬酸组分按照质量份数如下：

重铬酸钾 2.0～10.0(优选3.0～6.0)

水 4.0～15.0(优选6.0～10.0)

硫酸 50.0～100.0(优选70.0～90.0)

将经过干燥的1.0～20.0份PP/MMT纳米复合超短纤维浸泡在相当于其10～50倍的铬酸溶液中，将反应器低速搅拌升温至50～80℃，搅拌反应3～6小时后，用去离子水多次清洗产品，并在一定温度下干燥。

其次，对氧化改性后的PP/MMT超短纤维进行2-甲基-2丙烯酰胺丙磺酸(AMPS)接枝反应处理。反应组分质量份数如下：

氧化改性PP/MMT超短纤维 50～500(优选100～200)

过氧化二异丙苯(DCP) 0.2～0.8(优选0.3～0.5)

AMPS 0.5～10.0(优选4.0～6.0)

反应过程是，按质量分数100∶4∶0.3称取氧化后PP/MMT超短纤维、AMPS及DCP。在装有电磁搅拌器、回流冷凝管和氮气管的三口烧瓶中加入氧化后的PP/MMT超短纤维和适量N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，随后加入DCP，低速搅拌升温至100～150℃，再将AMPS溶于少量DMF中，滴加入烧瓶中搅拌反应4～8小时后，用去离子水多次清洗产品，并在一定温度下干燥得接枝物。

最后，按照蒙脱土5.0～50.0(优选15.0～40.0)份、碳酸钠0.1～5.0(优选0.5～3.0)份、聚丙烯酰胺纳米共聚复合材料0.1～5.0(优选0.5～3.0)份、改性聚丙烯纳米复合超短纤维0.1～5.0(优选0.5～2.0)份、水100～1000(优选300～600)份、纳米碳酸钙0.5～5.0(优选1.0～2.0)份配制钻井完井液。

检测该钻井液的方法是对其高速搅拌均匀分散，在室温下测粘度，并在6.9MPa及计量时间7.5min测定滤失量。

本发明所述的一种储层保护的钻井完井液，其特征是具有抗高温性能。该抗温性采用老化反应釜在不同温度下连续热滚动24h，然后在室温下测定其表观粘度和降滤失量。

本发明所述的一种储层保护的钻井完井液，其特征是具有抗盐性能。该抗盐性分别采用NaCl和CaCl₂配成不同矿化度的钻井完井液，然后在室温下测定其表观粘度和降滤失量。

本发明所述的一种储层保护的钻井完井液，其特征是该钻井完井液的储层保护效果用岩心的渗透率恢复值的大小表示，即，

渗透率恢复值＝岩心流动实验污染后的渗透率/岩心气测渗透率

本发明所述的渗透率恢复值由技术设备JHMD高温高压岩心动态损害评价系统测试。

具体实施方式

实施例1

称取17.6g重铬酸钾加入烧杯中，量取29ml去离子水倒入烧杯，然后向烧杯中加入400ml硫酸，配成铬酸溶液。将经过干燥的20g PP/MMT纳米复合超短纤维浸泡在铬酸溶液中，反应器低速搅拌升温至70℃，搅拌反应5小时后，用去离子水多次清洗产品，并在50℃干燥。

在三口烧瓶中加入氧化后的PP/MMT超短纤维20g和300ml N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，随后加入0.06g DCP，低速搅拌升温至125℃，再将0.8g AMPS溶于少量DMF中，滴加入到烧瓶中，搅拌反应7小时后，用去离子水多次清洗产品，并在50℃温度干燥得接枝物。

通过滴定方法测定改性纤维的AMPS接枝率为1.65％。

实施例2

用实施例1的改性聚丙烯超短纤维配制钻井液，水400ml，按照质量分数蒙脱土6％、碳酸钠0.3％、聚丙烯酰胺纳米共聚复合材料0.25％、改性聚丙烯纳米复合超短纤维0.25％、纳米碳酸钙1.0％配制钻井完井液，高速搅拌均匀分散，在室温25℃下测定流变性能及滤失量。结果见表1、表2。

实施例3-5

采用实施例2配制的钻井液样品，高速搅拌均匀分散，装入老化反应釜分别在120℃、150℃、170℃温度下连续热滚动24h，然后在室温下测定其表观粘度和降滤失量。室温和120℃、150℃、170℃下的粘度和滤失量特性见表3、表4、表5。

实施例6-9

采用实施例2配制的钻井液样品，向其中分别加入不同质量的NaCl测定抗钠盐性能，高速搅拌均匀分散，在室温下测定其表观粘度和降滤失量。结果见表6

实施例10-13

采用实施例2配制的钻井液样品，向其中分别加入不同质量的CaCl₂测定抗钙盐性能，高速搅拌均匀分散，在室温下测定其表观粘度和降滤失量。结果见表7

实施例14

取400ml水，按照质量分数蒙脱土4％、碳酸钠0.3％、聚丙烯酰胺纳米共聚复合材料0.3％、改性聚丙烯纳米复合超短纤维0.2％、纳米碳酸钙1.0％、800目碳酸钙1.0％、500目碳酸钙2.0％、SD101，2.0％、SD201，1.0％配制钻井完井液，高速搅拌均匀分散。然后选择气测渗透率为90.46mD的岩心，用JHMD高温高压岩心动态损害评价系统测定该钻井液的渗透率恢复值，结果见表8、表9。

实施例15

采用实施例14配制的钻井液样品，高速搅拌均匀分散。然后选择气测渗透率为259.40mD的岩心，用JHMD高温高压岩心动态损害评价系统测定该钻井液的渗透率恢复值，结果见表8、表9。

实施例16

采用实施例14配制的钻井液样品，高速搅拌均匀分散。然后选择气测渗透率为788.09mD的岩心，用JHMD高温高压岩心动态损害评价系统测定该钻井液的渗透率恢复值，结果见表8、表9。

比较例1

取400ml水，按照质量分数蒙脱土6％、碳酸钠0.3％、聚丙烯酰胺纳米共聚复合材料0.25％、聚丙烯纳米复合超短纤维0.25％、纳米碳酸钙1.0％配制钻井完井液，高速搅拌均匀分散，在室温25℃下测定流变性能及滤失量。结果见表1、表2。

比较例2

取400ml水，按照质量分数蒙脱土4％、碳酸钠0.3％、聚丙烯酰胺纳米共聚复合材料0.3％、纳米碳酸钙1.0％、800目碳酸钙1.0％、500目碳酸钙2.0％、通用商品SD101，2.0％、通用商品SD201，1.0％配制钻井完井液，高速搅拌均匀分散。然后选择气测渗透率为115.76mD的岩心，用JHMD高温高压岩心动态损害评价系统测定该钻井液的渗透率恢复值，结果见表8、表9。

比较例3

采用比较例2配制的钻井液样品，高速搅拌均匀分散。然后选择气测渗透率为231.09mD的岩心，用JHMD高温高压岩心动态损害评价系统测定该钻井液的渗透率恢复值，结果见表8、表9。

比较例4

采用比较例2配制的钻井液样品，高速搅拌均匀分散。然后选择气测渗透率为755.47mD的岩心，用JHMD高温高压岩心动态损害评价系统测定该钻井液的渗透率恢复值，结果见表8、表9。

比较例5

取400ml水，按照质量分数蒙脱土4％、碳酸钠0.3％、K-PAM(通用常规PAM产品)0.3％、纳米碳酸钙1.0％、800目碳酸钙1.0％、500目碳酸钙2.0％、通用商品SD101，2.0％、通用商品SD201，1.0％配制钻井完井液，高速搅拌均匀分散。然后选择气测渗透率为100.84mD的岩心，用JHMD高温高压岩心动态损害评价系统测定该钻井液的渗透率恢复值，结果见表8、表9。

表1

注释：改性LPP103纤维的钻井液流变性

表2

注释：改性LPP103纤维的钻井液性能

表3

注释：PAM-纤维钻井液流变性与热稳定性

表4

注释：PAM-纤维处理剂形成的钻井液的抗温性能

表5

注释：PAM-纤维处理剂形成的钻井液在不同温度下的粘度保留率

表6

注释：PAM-纤维处理剂形成的钻井液的抗钠盐性能

表7

注释：PAM-纤维处理剂形成的钻井液的抗钙盐性能

表8

注释：PAM-纤维处理剂形成的钻井液储层保护实验数据；

表9

注释：PAM-纤维处理剂形成的钻井液储层保护性能

*储层保护实验岩心气测渗透率范围；

**渗透率恢复值＝岩心流动实验污染后的渗透率/岩心气测渗透率；

***损害率＝1-渗透率恢复值

Claims

1.本发明提供一种油气储层保护的钻井完井液组合物，其特征是按照如下质量份数组成：

粘土 5.0～50.0(优选15.0～40.0)

碳酸钠 0.1～5.0(优选0.5～3.0)，

聚丙烯酰胺纳米共聚复合材料 0.1～5.0(优选0.5～3.0)

改性聚丙烯纳米复合超短纤维 0.1～5.0(优选0.5～2.0)

纳米碳酸钙 0.5～5.0(优选1.0～2.0)

水 100～1000(优选300～600)

所述的钻井完井液组合物中，首先聚丙烯(PP)/粘土(MMT)纳米复合超短纤维进行氧化处理，氧化处理剂组分按照质量份数如下：

重铬酸钾 2.0～10.0(优选3.0～6.0)

水 4.0～15.0(优选6.0～10.0)

硫酸 50.0～100.0(优选70.0～90.0)

所述的处理方法是，将经过干燥的1.0～20.0份PP/MMT纳米复合超短纤维浸泡在相当于其质量10～50倍的铬酸溶液中，反应器低速搅拌升温至50～80℃，搅拌反应3～6小时后，用去离子水多次清洗产品，并在一定温度下干燥，得到氧化改性的PP/MMT超短纤维；

氧化改性的PP/MMT超短纤维 50～500(优选100～200)

过氧化二异丙苯(DCP) 0.2～0.8(优选0.3～0.5)

AMPS 0.5～10.0(优选4.0～6.0)

所述的接枝反应是，按一定配比称取氧化后的PP/MMT超短纤维、AMPS及DCP，在反应器中加入氧化后的PP/MMT超短纤维和适量N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，低速搅拌升温至100～150℃，再将AMPS溶于少量DMF中，滴加入上述反应器中搅拌反应4～8小时后，用去离子水多次清洗产品，并在60～80℃下干燥得接枝物；

最后，所述的一种储层保护钻井完井液，其制备方法是，按照粘土5.0～50.0(优选15.0～40.0)份、碳酸钠0.1～5.0(优选0.5～3.0)份、聚丙烯酰胺纳米共聚复合材料0.1～5.0(优选0.5～3.0)份、改性聚丙烯纳米复合超短纤维0.1～5.0(优选0.5～2.0)份、水100～1000(优选300～600)份、纳米碳酸钙0.5～5.0(优选1.0～2.0)份配制钻井完井液。

2.如权利1，所述的钻井液完井液组合物，其特征是氧化处理液由重铬酸钾、水、硫酸组成，质量份数分别是3.0～6.0、6.0～10.0、70～90。

3.如权利1，所述的钻井液完井液组合物，其特征是改性聚丙烯纳米复合超短纤维的表面AMPS接枝率大于1.5％。

4.如权利1，所述的钻井液完井液组合物，其特征是聚丙烯酰胺纳米复合材料是丙烯酰胺与纳米蒙脱土共聚合成的。

5.如权利1，所述的钻井液完井液组合物，其特征是所用聚丙烯纳米复合超短纤维的长度是1.0mm～20.0mm，优选2.0mm～10.0mm，纤维直径1.0μm～300μm，优选2.0μm～100μm。

6.如权利1，所述的钻井液完井液组合物，其特征是所用纳米碳酸钙尺度为20nm～200nm。

7.如权利1，所述的钻井液完井液组合物，其特征是，在现有工艺下用于封堵地下孔隙或裂缝特征的油气储层，降低滤液向储层渗透而保护油气层。