CN102485827A - 一种低温微泡钻井液发泡剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低温微泡钻井液发泡剂及其应用；该低温微泡钻井液发泡剂由十二烷基二甲基氧化胺与α-烯基磺酸钠配制而成；按质量比为1～2∶1；pH值7～9，密度0.90～1.00g/cm³，泡沫质量≥60％，半衰期≥3.0min；以微泡钻井液中每百克的水基计，所述低温微泡钻井液发泡剂的用量为0.1～0.4克；具有用量小、发泡作用强的特点，能够有效调节微泡钻井液密度，还具有抗盐、抗钙能力强等特性，该发泡剂与一般钻井液用处理剂配伍性良好，适用于小于等于120℃的温度环境，是一种低温微泡钻井液发泡剂。

Description

一种低温微泡钻井液发泡剂及其应用

技术领域：

本发明涉及一种低温微泡(直径60-70um)钻井液发泡剂及其应用，特别是指一种适用于小于等于120℃的温度环境中的低温微泡钻井液发泡剂。

背景技术：

钻井液是用于钻井过程中平衡地层压力、保证安全顺利钻进的必备材料之一。钻井过程中，井漏是地层压力小于液柱压力时钻井液大量漏入地层的现象。井漏会引起井下事故或复杂情况，导致施工时间延长，作业成本增加，甚至所钻井报废，进而造成严重资源浪费和巨大经济损失。2003年，全球仅堵漏费用约为8亿美元，且不包括由井漏造成井下事故后处理事故的投入。因此，要提高经济效益，必须从根本上控制钻井液漏失。然而，人类目前尚无法准确探知地层漏失通道具体存在位置及大小，只能努力研发能够预防漏失和漏失后高效封堵地层的封堵材料。

为了防止钻井液漏入地层，或者漏失发生后能迅速成功封堵漏失通道，尽快恢复钻进，作业者使用了几乎所有的材料，包括橡胶、水泥、纤维、塑料、聚合物、无机胶凝、油溶性树脂、沥青、黏稠树脂、酸溶性堵漏材料、微化粉纤维等。但这些材料中，有的材料大小和形状与地层漏失通道大小和形状不匹配，控制漏失效果不理想；有的材料在高温作用下强度低、承压能力差；有的材料无法在钻井正常作业的同时，防止漏失和遇到漏失层后自行堵漏。

为改善封堵效果，研究人员从刚性材料入手，研究了材料大小与漏失通道大小的匹配问题，先后提出了1/3架桥规则、2/3架桥规则、孔喉网络模型、理想充填理论、D₉₀充填规则、屏蔽暂堵分形理论，以及固相颗粒多组分滤失模型等，以期能计算出大小合适的封堵材料，全面封堵地层漏失通道。然而，由于地下储层孔隙大小、分布很不均匀，无法利用理论计算的材料大小封堵地层。同时，地下漏失通道的形状很不规则，用形状较规则的材料封堵形状不规则的漏失通道，效果肯定不尽人意。因此，上述研究理论有的仅在一定程度上解决了漏失问题，有的仅仅停留在理论层次上。

在封堵效果不理想的情况下，低密度工作液被用于气井钻井作业。微泡钻井液能解决堵漏材料与漏失通道大小和形状的匹配问题。微泡钻井液配制维护简单，在性能上，微泡钻井液除具备现有的常用水基钻井液的特点外，还具备防漏堵漏的优点，能够在钻井过程中防漏堵漏及保护储层，且更具备密度在一定范围内可调的特点。

在配制钻井液时，发泡剂能够降低气液表面张力，使空气随搅拌进入体相，自然造泡，形成微泡中心的气核。

石油工业常用发泡剂按类型分为阴离子型与非离子型。各类型发泡剂均有各自的优缺点。阴离子型发泡剂发泡能力强，但抗盐、钙能力差；非离子型发泡剂抗盐、钙能力强，但发泡能力差。

与普通发泡剂相比，本发明具有发泡能力强，抗盐、钙力强的特点。本发明能够在低温微泡钻井液体系中有效发泡，提高微泡钻井液抗盐、钙污染的能力。

发明内容：

本发明的目的是提供一种低温微泡钻井液发泡剂及其在制备微泡钻井液中的应用，用于制备低温微泡钻井液，以降低气液表面张力，在体系中发泡，调节钻井液密度，同时达到具有抗盐、钙污染效果，并适用于小于等于120℃的温度环境。

本发明所述的低温微泡钻井液发泡剂，由阳离子型表面活性剂十二烷基二甲基氧化胺和阴离子型表面活性剂α-烯基磺酸钠两种物质配制而成。

根据本发明的优选具体实施方案，本发明的低温微泡钻井液发泡剂中，所述十二烷基二甲基氧化胺与α-烯基磺酸钠的质量比为1∶1～2∶1。

本发明中，所述十二烷基二甲基氧化胺与α-烯基磺酸钠均可商购获得，可选用普通工业产品。

本发明的低温微泡钻井液发泡剂，其pH值7～9，密度0.90～1.00g/cm³，泡沫质量≥60％，半衰期≥3.0min。

本发明的低温微泡钻井液发泡剂是针对微泡钻井液体系特点而专门设计，主要用于在微泡钻井液体系内发泡，该发泡剂能够降低气液表面张力，包裹随机械作用进入体相内气体，能够有效在微泡体系中充分形成气核。本发明的发泡剂与现有技术中其它具有类似作用的处理剂相比，具有发泡稳定的特点。并且，本发明的发泡剂无毒、无害，为环境可接受型处理剂。

本发明所述的低温微泡钻井液发泡剂在制备微泡钻井液中的应用。具体地，以微泡钻井液中每百克的水基计，所述的低温微泡钻井液发泡剂的用量为0.1～0.4克，具有用量少、发泡作用强的优点。

本发明还提供了一种微泡钻井液，其中包括本发明所述的微泡工作液发泡剂。具体地，以微泡钻井液中每百克的水基计，其中包括所述微泡工作液发泡剂0.1～0.4克，即0.1～0.4g发泡剂/100g水。

发明效果：

本发明是关于一种低温微泡钻井液发泡剂，该微泡钻井液发泡剂由十二烷基二甲基氧化胺和α-烯基磺酸钠配制而成。本发明所提供的微泡钻井液发泡剂，主要用于在微泡钻井液体系内发泡，具有用量小、发泡作用强的特点，能够有效调节微泡钻井液密度，还具有抗盐、抗钙能力强等特性，且该发泡剂与一般钻井液用处理剂配伍性良好，适用于小于等于120℃的温度环境，是一种低温微泡钻井液发泡剂。

具体实施方式

实施例1

本实施例的低温微泡钻井液发泡剂的配制方法如下：在容器中将十二烷基二甲基氧化胺与α-烯基磺酸钠2种物质按质量比1∶1充分混合即可。该发明外观为淡黄色液体。

对本实施例的低温微泡钻井液发泡剂的性能进行测试，具体按如下步骤进行：

1pH值

用玻璃棒蘸取微泡钻井液发泡剂试样，滴于pH试纸上，测量pH值，精确至个位。

2密度

室温下，用合适量程液体密度计称量发泡剂密度值。

3泡沫质量及半衰期

3.1仪器

美国WARING公司8010EG型捣碎机是以电动机为动力的旋转型仪器，双速，机械定时，底座为环氧树脂涂层，容器为带把手的耐热玻璃和两层乙烯和苯乙烯盖子，专用量杯溶剂为1L。

3.2测定程序

3.2.1泡沫质量，为低温微泡工作液发泡剂在蒸馏水中充分经搅拌后，泡沫总体积减去蒸馏水体积与泡沫总体积的百分比。

3.2.2使用洁净量筒量取100mL蒸馏水倒入专用量杯，在专用量杯中加入0.40g微泡工作液发泡剂，用玻璃棒混合均匀。

3.2.3将盛有微泡工作液发泡剂溶液的专用量杯装入高速搅拌器，启动搅拌同时开始计时，在高档位下充分搅拌至泡沫均匀，无明显分层后，立即取下专用量杯，并开始新计时，同时将量杯里的流体全部转移入1000mL刻度量筒内，记录下总体积V_f(mL)，测定搅拌结束后泡沫中排出50mL液体所需时间即半衰期t_1/2(min)。

3.2.4计算

按式(I)计算泡沫质量：

$F_g=\frac{V_f-100}{V_f}\×100\%---\left(I\right)$

式中：F_g为泡沫质量，％；V_f为搅拌后量筒中流体总体积，mL；(V_f-100)为泡沫中所含气体体积，mL。

3.2.5取5g氯化钠，倒入100mL蒸馏水中，搅拌至溶解均匀。使用该混合物代替3.2.2中蒸馏水，重复3.2.2-3.2.4，测量本发明在含钠离子水中的泡沫质量。

3.2.6取1g氯化钙，，倒入100mL蒸馏水中，搅拌至溶解均匀。使用该混合物代替3.2.2中蒸馏水，重复3.2.2-3.2.4，测量本发明在含钙离子水中的泡沫质量。

4溶解性

取5.0mL微泡工作液发泡剂试样两份，分别加入盛有100mL蒸馏水和100mL 31％工业盐酸的洁净锥形瓶中，用玻璃棒搅拌3～5min，对着日光观察有无沉淀物及絮状物存在。

由以上测试步骤1～4对本实施例的低温微泡工作液发泡剂的性能进行测试，所得结果参见表1：

表1一种低温微泡钻井液发泡剂性能测试表

项目	要求	测试值
			pH值	7～9	9
密度，g/cm3	0.90～1.00	0.95
			泡沫质量(蒸馏水)，％	≥60	75
泡沫质量(含10％钠离子水)，	≥50	58
			泡沫质量(含5％钙离子水)，	≥50	54
半衰期，min	≥3.0	5.5
			溶解性	完全溶解	完全溶解

从以上实验结果可以看出，本实施例的低温微泡钻井液发泡剂的各项性能指标均达到设计要求。

实施例2

本实施例的低温微泡钻井液发泡剂的配制方法如下：在容器中将十二烷基二甲基氧化胺与α-烯基磺酸钠2种物质按质量比2∶1充分混合即可。该发明外观为淡黄色液体。

对本实施例的低温微泡钻井液发泡剂的性能进行测试，具体按如下步骤进行：

1pH值

用玻璃棒蘸取微泡工作液发泡剂试样，滴于pH试纸上，测量pH值，精确至个位。

2密度

室温下，用合适量程液体密度计称量发泡剂密度值。

3泡沫质量及半衰期

3.1仪器

美国WARING公司8010EG型捣碎机是以电动机为动力的旋转型仪器，双速，机械定时，底座为环氧树脂涂层，容器为带把手的耐热玻璃和两层乙烯和苯乙烯盖子，专用量杯溶剂为1L。

3.2测定程序

3.2.1泡沫质量，为低温微泡工作液发泡剂在蒸馏水中充分经搅拌后，泡沫总体积减去蒸馏水体积与泡沫总体积的百分比。

3.2.2使用洁净量筒量取100mL蒸馏水倒入专用量杯，在专用量杯中加入0.40g微泡工作液发泡剂，用玻璃棒混合均匀。

3.2.3将盛有微泡工作液发泡剂溶液的专用量杯装入高速搅拌器，启动搅拌同时开始计时，在高档位下充分搅拌至泡沫均匀，无明显分层后，立即取下专用量杯，并开始新计时，同时将量杯里的流体全部转移入1000mL刻度量筒内，记录下总体积V_f(mL)，测定搅拌结束后泡沫中排出50mL液体所需时间即半衰期t_1/2(min)。

3.2.4计算

按式(I)计算泡沫质量：

$F_g=\frac{V_f-100}{V_f}\×100\%---\left(I\right)$

式中：F_g为泡沫质量，％；V_f为搅拌后量筒中流体总体积，mL；(V_f-100)为泡沫中所含气体体积，mL。

3.2.5取5g氯化钠，倒入100mL蒸馏水中，搅拌至溶解均匀。使用该混合物代替3.2.2中蒸馏水，重复3.2.2-3.2.4，测量本发明在含钠离子水中的泡沫质量。

3.2.6取1g氯化钙，，倒入100mL蒸馏水中，搅拌至溶解均匀。使用该混合物代替3.2.2中蒸馏水，重复3.2.2-3.2.4，测量本发明在含钙离子水中的泡沫质量。

4溶解性

取5.0mL微泡工作液发泡剂试样两份，分别加入盛有100mL蒸馏水和100mL 31％工业盐酸的洁净锥形瓶中，用玻璃棒搅拌3～5min，对着日光观察有无沉淀物及絮状物存在。

由以上测试步骤1～4对本实施例的低温微泡工作液发泡剂的性能进行测试，所得结果参见表2：

表2一种低温微泡钻井液发泡剂性能测试表

项目	要求	测试值
			pH值	7～9	9
密度，g/cm3	0.90～1.00	0.92
			泡沫质量(蒸馏水)，％	≥60	80
泡沫质量(含10％钠离子水)，	≥50	65
			泡沫质量(含5％钙离子水)，	≥50	54
半衰期，min	≥3.0	5.1
			溶解性	完全溶解	完全溶解

从以上实验结果可以看出，本实施例的低温微泡工作液发泡剂的各项性能指标均达到设计要求。

Claims (2)

1.一种低温微泡钻井液发泡剂，低温为小于等于120℃，微泡直径为60-70um；其特征在于：该微泡钻井液发泡剂由十二烷基二甲基氧化胺与α-烯基磺酸钠配制而成；

所述十二烷基二甲基氧化胺和α-烯基磺酸钠的配制按质量比为1～2∶1；

该发泡剂的pH值7～9，密度0.90～1.00g/cm³，泡沫质量≥60％，半衰期≥3.0min。

2.一种权利要求1所述的低温微泡钻井液发泡剂的应用，其特征在于：用作微泡钻井液发泡剂，以微泡钻井液中每百克的水基计，低温微泡钻井液发泡剂的用量为0.1～0.4克。