CN103045184A - 一种钻井液用超低渗透封堵防塌油层保护剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钻井液用超低渗透封堵防塌油层保护剂，其特征在于，其组成成分以及各组分的重量百分含量比分别为：矿物纤维类材料10％～50％，木质素纤维10～50％，沥青纤维0％～15％，低软化点沥青粉20％～60％，纤维素改性淀粉5％～10％，褐煤树脂0％～5％，超细碳酸钙0％～5％和改性剂2％～8％；还涉及该封堵防塌油层保护剂的制备方法。本发明所得样品含有多种可变形粒子，包括高温软化材料，桥塞材料，吸水膨胀和纤维形变材料等，较宽的粒径分布范围，可封堵宽尺寸范围的裂缝与孔隙，快速形成超低渗透屏蔽膜，可减少钻井流体进入地层，并可同时保护储层，水分散稳定性好，可与多种钻井液流体配伍，而且生产工艺简单，能够满足当前环境和人体健康、安全要求，成本较低，且不具有运输粘接问题。

Description

一种钻井液用超低渗透封堵防塌油层保护剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钻井液用超低渗透封堵防塌油层保护剂及其制备方法。

背景技术

随着油气勘探开发的不断深入，钻遇地层越来越复杂，如压力衰竭地层、裂缝发育地层、破碎或弱胶结性地层、低渗透储层、深井长裸眼大段复杂泥页岩和多套压力层系地层等，压差卡钻、钻井液漏失和井壁垮塌等井下复杂情况及事故以及地层损害问题非常突出。外来流体始终与井内不同地层和流体接触，很容易对油气层造成伤害，储层伤害不但影响油井的初期产量，而且影响后续作业的损害程度和作业效果。因此开发了超低渗透钻井液以实现这一目标，其是通过在常规钻井液中加入无渗透钻井液处理剂转化而成。

Jack C.Estes-Amoco率先提出并促进了超低渗透钻井液体系的研究与诞生。随后，美国环保钻井技术公司研制出四种具备无侵入特性，满足所有环境要求，不会导致产层损害的超低渗透钻井液处理剂：FLC2000（降滤失剂）、LCP2000（堵漏剂）、DWC2000（增粘剂）及KFA2000（润滑剂）产品。其中，DWC2000能用于淡水、海水和盐水，并具有良好的悬浮性，可用于各种矿化度下的地层；FLC2000是高温稳定的动失水控制剂和井眼稳定剂，它不受井内的污染物影响，用于水基或油基泥浆。LCP2000是一种活性聚合物类物质，在漏失层内剪切稠化形成段塞浆，高浓度的段塞浆通过钻头喷嘴等井下工具，随地层的变化对地层进行封堵，可在生产层段使用。

由这四种关键产品构成的超低渗透钻井液体系在美国、阿根廷、印度尼西亚和墨西哥等地得到了广泛应用，并取得了防止井壁坍塌和保护储层的良好效果，但其价格昂贵，大大增加了钻井成本。

目前，国内已形成几种相似关键产品，中国石油勘探开发研究院钻井所研制的零滤失井眼稳定剂JYW-1及防漏堵漏零滤失井眼稳定剂JYW-2为典型代表，在水基、油基及合成基钻井液体系中均可使用，JYW-1主要用于中、低孔隙及微裂缝地层，JYW-2主要用于大孔喉及裂缝地层。另外，北京奥凯立科技发展责任有限公司研发出OCL-BST系列降滤失剂，在常规水基、油基以及合成基钻井液体系加入一定量(1.00％—2.00％)，便可形成能够满足钻井工程要求的宾汉塑性流体超低渗透钻井液，具有非常低的动滤失性。

发明内容

针对现有产品的功能单一特性及技术工艺中存在的缺点，本发明提供一种钻井液用超低渗透封堵防塌油层保护剂，还提供了其制备方法。根据本发明得到的样品具有优异的封堵防塌性能，同时可保护储层，水分散稳定性好，并且其生产工艺简单，无粉尘产生，成本较低，且不具有运输粘接问题。

因此，本发明第一方面提供一种钻井液用超低渗透封堵防塌油层保护剂，其包含以下重量配比的组分：

矿物纤维类材料，10～50份，优选20～40份，

木质素纤维材料，10～50，优选20～40份，

沥青纤维，0～5份，优选1～4份，

低软化点沥青粉，20～60份，优选25～55份，

纤维素改性淀粉，5～10份，优选6～8份，

褐煤树脂，0～5，优选1～4份，

超细碳酸钙，0～5份，优选1～4份，和

改性剂，2～8份，优选3～6份。

根据本发明，木质素纤维粉、矿物纤维和沥青纤维构成纤维类材料。在根据本发明的钻井液用超低渗透封堵防塌油层保护剂中，矿物纤维选自海泡石绒、纤维水镁石和纤维蛇纹石等，可以采用其中的任一种或两种以上的任意混合物。木质素纤维材料选自楠木粉、刨花粉和榆树皮粉等，可以采用其中的任一种或两种以上的任意混合物。

根据本发明，所述改性剂包含以下两种组分：

①阳离子表面活性剂，其作用是使沥青成为亲水性材料，用于水基钻井液；

②水溶性硅油，改善沥青的水分散稳定性，提高样品在钻井液中分散速度；

其中，阳离子表面活性剂与水溶性硅油的重量比例为：1～8：1～10，优选1～3：1～5，更优选1～2：1～3。

其中，作为阳离子表面活性剂，提及例如Span系列表面活性剂、Tween系列表面活性剂、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)。所述Span系列表面活性剂优选为Span20、Span40、Span60或Span80，所述Tween系列表面活性剂优选为Tween20、Tween40、Tween60或Tween80。可以使用其中的任一种，或者两种以上的任意混合物。

作为水溶性硅油，提及例如北京优美特纳米材料有限公司生产的水溶性硅油OSO-w。

根据本发明，所述低软化点沥青粉是指软化点低于150℃，优选低于130℃，更优选软化点为60～120℃的沥青粉。根据本发明，优选低软化点沥青粉为氧化沥青、复合沥青粉之一或两者任意比例形成的混合物。

所述低软化点沥青粉也可以这样转化制得：将高软化点天然沥青与聚合物改性沥青在高温下进行熔融，物料均匀后停止加热，立刻加入一定配比的氧化沥青和油溶树脂。所述高软化点沥青是指软化点高于150℃，优选高于180℃，更优选软化点为190～260℃的沥青。优选所述高软化点沥青材料为各种天然岩沥青（如新疆乌尔禾产的天然岩沥青、四川北川产的天然岩沥青、伊朗天然岩沥青）中的一种或其任意比例形成的混合物。所述油溶树脂优选10号油溶树脂、16号油溶树脂、18号油溶树脂中的一种或其中的两种或三种任意比例形成的混合物。所述高温是指能够使高软化点天然岩沥青与聚合物改性沥青熔融的温度，例如200℃以上的温度，优选230℃以上的温度，更优选250℃以上的温度，例如260℃。

在本发明中，矿物纤维材料、木质素纤维材料、沥青纤维材料、纤维素改性淀粉、褐煤树脂和超细碳酸钙构成隔离组分。

本发明第二方面提供一种制备上述钻井液用超低渗透封堵防塌油层保护剂的方法，

其包含以下重量配比的组分：

矿物纤维类材料，10～50份，优选20～40份，

木质素纤维材料，10～50，优选20～40份，

沥青纤维，0～5份，优选1～4份，

低软化点沥青粉，20～60份，优选25～55份，

纤维素改性淀粉，5～10份，优选6～8份，

褐煤树脂，0～5，优选1～4份，

超细碳酸钙，0～5份，优选1～4份，和

改性剂，2～8份，优选3～6份，

该方法包括以下步骤：

（1）称量低软化点沥青，并置于平面上或容器内，

（2）向低软化点沥青表面喷洒改性剂，并不断进行翻搅，

（3）将步骤（2）所得物料置于粉碎机进行粉碎，并转入干混机中，优选通过抽泵转入，

（4）向步骤（3）所得物料中加入其他组分，进行干混，优选干混20～120min，更优选30～60min，然后出料，任选将其装袋保存。

根据本发明，步骤（2）中向低软化点沥青表面喷洒的改性剂由阳离子表面活性剂和水溶性硅油组成，从而对沥青进行亲水性改性。

本发明所制得的封堵防塌油层保护剂是在多级桥塞材料对高渗透性介质的封堵基础上，进一步引入沥青质材料，在一定温度和压力下能够变形变软，形成对高渗透地层的致密封堵。因而，在钻遇压力衰竭地层、裂缝发育地层、高渗透层以及长裸眼多压力层系等地层时，具有显著的随钻防漏、堵漏作用。

在本文中，所述超低渗透封堵意思是指，通过超低渗透混合剂中的惰性材料的作用，沉积、沉淀在泥页岩孔隙、裂隙甚至裂缝处，形成低渗透屏蔽层，阻挡水和固体进入地层，保持井筒内外压力平衡。超低渗透封堵的本质是阻止压差作用下的漏失过程发生。由于本发明的超低渗透封堵防塌油层保护剂中既含有可变形沥青质材料，又含有惰性材料，因而同时具有随钻堵漏作用、储层保护作用和防塌作用。

本发明产品含有多种可变形粒子，包括高温软化材料，桥塞材料，吸水膨胀和纤维形变材料等，较宽的粒径分布范围可封堵宽尺寸范围的裂缝与孔隙，快速形成超低渗透屏蔽膜可减少钻井流体进入地层，并可同时保护储层，水分散稳定性好，可与多种钻井液流体配伍。

此外，本发明的生产工艺简单，能够满足HSE（健康、安全、环境）要求，成本较低，且不会产生运输过程中的粘接问题。

具体实施方式

以下通过实施例来进一步解释或说明本发明内容。但所提供的实施例不应被理解为对本发明保护范围构成限制。

性能评价

1、样品外观评价：

在常温下目测样品。

2、细度评价：

称取试样50.00g（称准至0.01g），放在30目标准筛中，迅速震动标准筛直至试样不再漏下为止。称量筛余物质量，按公式（1）计算细度。

$S=\frac{m_1}{m}\×100\%$

式中：

S——细度，％；

m₁——筛余物质量，g；

m——称取试样质量，g。

3、样品水分含量评价：

称取试样0.5—1.0g（精确至0.0001g），置于已恒重的称量瓶中，放进恒温干燥箱内，在105℃±3℃下干燥2h取出，放入干燥器中冷却30min，称其质量，按公式（2）计算烘失量。

$x=\frac{m_1-m_3}{m_1-m_2}\×100\%$

式中：

x——烘失量含量，％；

m₁——试样和称量瓶的质量，g；

m₂——称量瓶的质量，g；

m₃——烘干后试样和称量瓶的质量，g

4、样品pH评价：

在基浆中加入1％样品，高速搅拌5min，使用玻璃棒沾取一定量液体涂抹于约25mm长的pH试纸上，

将变色后的试纸与色标进行对比，读取并记录pH值。

5、样品降滤失性能评价：

（1）钻井液基浆的配制：取自来水1000ml，在搅拌下加入缓缓加入钻井液试验用钠土50g，高速搅拌60min，在搅拌过程中停下两次以刮下粘附在容器壁上的粘土，然后将此基浆在室温密闭下养护24h。基浆性能要求：API滤失量为25ml±5mL，HTHP（120℃）滤失量为110ml±10ml。如基浆的性能达不到要求可按比例调整钠土的加量。

（2）API滤失量的测定：取基浆400mL，边搅拌边缓慢加入8.00g样品，高速搅拌20min，室温密闭下养护24h，高速搅拌5min后测定API滤失量。

（3）HTHP120℃滤失量的测定：取基浆400mL，边搅拌边缓慢加入8.00g样品，高速搅拌20min，室温密闭下养护24h，高速搅拌5min后测定HTHP（120℃、3.5MPa）滤失量。

6、样品沙床滤失量：

（1）、将350mL一定粒径的砂子放入圆柱形的有机玻璃筒中；

（2）、用手震荡使圆筒中的砂子平整，平铺于筒底模拟地层；

（3）、沿圆柱筒壁缓慢加入钻井液500mL，加盖密封；

（4）、将圆柱筒放在承座上并拧紧；

（5）、在圆柱筒下放一大的量筒；

（6）、打开压力阀，迅速加压到0.69MPa并计时；

（7）、分别记录7.5min和30min的滤失量以及滤液进入砂床的深度（若有不均匀，取其均值），并记录其它相关情况。

实施例1

（1）称取300kg复合沥青粉置于地面，

（2）在翻搅中喷洒9kg工业级CTAB溶液，18kg水溶性硅油OSO-w；

（3）将步骤（2）物料置于粉碎机中进行粉碎，并通过抽提泵打入干混机；

（4）将其他组分倒入干混机中，所述其他组分包括：125kg楠木粉，125kg海泡石绒，25kg沥青纤维，25kg纤维素接枝淀粉，25kg褐煤树脂，干混30min后出料装袋，得到实例1。

将实例1按照以上评价标准进行检验，检测数据见表1。

表1实例1实验检测结果

检验项目	技术指标要求
		外观	灰褐色细粉末
筛余量（筛孔0.60mm）（%）	8
		水分（%）	5
pH值（1％水溶液）	7
		API常温滤失量（2％加量）（mL）	10
HTHP高温高压滤失量（2%加量）（mL）	19
		0.69MPa砂床30min滤液渗入深度（2％加量)(cm）	13

实施例2

（1）称取100kg复合沥青粉置于地面，

（2）在翻搅中喷洒3kg工业级CTAB溶液，3kgCTAC溶液；

（3）将步骤（2）中所得物料置于粉碎机中进行粉碎，并通过抽提泵打入干混机；

（4）将其他组分倒入干混机中，所述其他组分包括：175kg刨花粉，150kg海泡石绒矿物纤维，50kg纤维素接枝淀粉，25kg超细碳酸钙，干混30min后出料装袋，得到实例2。

将实例2按照以评价标准进行检验，检测数据见表2。

表2实例2实验检测结果

检验项目	技术指标要求
		外观	灰褐色细粉末
筛余量（筛孔0.60mm）（%）	5
		水分（%）	8
pH值（1％水溶液）	8
		API常温滤失量（2％加量）（mL）	10
HTHP高温高压滤失量（2%加量）（mL）	20
		0.69MPa砂床30min滤液渗入深度（2％加量)(cm）	11

实施例3

（1）称取200kg复合沥青粉置于地面，

（2）在翻搅中喷洒6kg工业级CTAC溶液，12kgSpan80；

（3）将步骤（2）中所得物料置于粉碎机中进行粉碎，并通过抽泵打入干混机；

（4）将其他组分倒入干混机中，所述其他组分包括：250kg榆树皮粉，250kg海泡石绒，25kg沥青纤维，25kg纤维素接枝淀粉，干混30min后出料装袋，得到实例3。

将实例3按照以上评价标准进行检验，检测数据见表3。

表3实例3实验检测结果

检验项目	技术指标要求
		外观	灰褐色细粉末
筛余量（筛孔0.60mm）（%）	6
		水分（%）	4
pH值（1％水溶液）	8
		API常温滤失量（2％加量）（mL）	9
HTHP高温高压滤失量（2%加量）（mL）	22
		0.69MPa砂床30min滤液渗入深度（2％加量)(cm）	14

实施例4

（1）称取200kg复合沥青粉置于地面，

（2）在翻搅中喷洒6kg工业级CTAB溶液，12kg水溶性硅油OSO-W；

（3）将步骤（2）中所得物料置于粉碎机进行粉碎，并通过抽泵打入干混机；

（4）将其他组分倒入干混机中，所述其他组分包括：150kg楠木粉，25kg沥青纤维，25kg纤维素接枝淀粉，100kg海泡石绒矿物纤维，25kg超细碳酸钙，25kg褐煤树脂，干混30min后出料装袋，得到实例4。

将实例4按照以上评价标准进行检验，检测数据见表4。

表4实例4实验检测结果

检验项目	技术指标要求
		外观	灰褐色细粉末
筛余量（筛孔0.60mm）（%）	7
		水分（%）	6
pH值（1％水溶液）	8
		API常温滤失量（2％加量）（mL）	10
HTHP高温高压滤失量（2%加量）（mL）	21
		0.69MPa砂床30min滤液渗入深度（2％加量)(cm）	12

根据上述的实施例对本发明作了详细描述。需说明的是，以上的实施例仅仅为了举例说明本发明而已。在不偏离本发明的精神和实质的前提下，本领域技术人员可以设计出本发明的多种替换方案和改进方案，其均应被理解为在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钻井液用超低渗透封堵防塌油层保护剂，其特征在于，所述钻井液用超低渗透封堵防塌油层保护剂包含以下重量配比的组分：

矿物纤维类材料，10～50份，优选20～40份

木质素纤维材料，10～50份，优选20～40份

沥青纤维，0～5份，优选1～4份，

低软化点沥青粉，20～60份，优选25～55份，

纤维素改性淀粉，5～10份，优选6～8份，

褐煤树脂，0～5份，优选1～4份，

超细碳酸钙，0～5份，优选1～4份，和

改性剂，2～8份，优选3～6份，

其中，改性剂包含以下两种组分：

①阳离子表面活性剂，和

②水溶性硅油。

2.根据权利要求1的封堵防塌油层保护剂，其特征在于，矿物纤维类材料、木质素纤维材料和沥青纤维构成的纤维材料为25～50份。

3.根据权利要求1的封堵防塌油层保护剂，其特征在于，木质素纤维材料选自楠木粉、刨花粉和榆树皮粉等木质素纤维，矿物纤维类材料选自海泡石绒、纤维水镁石和纤维蛇纹石等矿物纤维。

4.根据权利要求1-3之一的封堵防塌油层保护剂，其特征在于，在改性剂中，阳离子表面活性剂与水溶性硅油的的重量比例为：1～8：1～10，优选1～3：1～5，更优选1～2：1～3。

5.根据权利要求1至4之一的封堵防塌油层保护剂，其特征在于，

所述低软化点沥青粉是指软化点低于150℃，优选低于130℃，更优选软化点为60～120℃的沥青粉，优选低软化点沥青粉为氧化沥青、复合沥青粉之一或两者任意比例形成的混合物。

6.根据权利要求1至5之一的封堵防塌油层保护剂，其特征在于，

所述阳离子表面活性剂为Span系列表面活性剂、Tween系列表面活性剂、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和水溶性硅油(OSO-W)中的一种或几种以任意比例形成的混合物，所述Span系列表面活性剂优选为Span20、Span40、Span60或Span80，所述Tween系列表面活性剂优选为Tween20、Tween40、Tween60或Tween80。

7.一种制备权利要求1至6之一的钻井液用超低渗透封堵防塌油层保护剂的方法，所述钻井液用超低渗透封堵防塌油层保护剂包含以下重量配比的组分：

矿物纤维类材料，10～50份，优选20～40份

木质素纤维材料，10～50份，优选20～40份

沥青纤维，0～5份，优选1～4份，

低软化点沥青粉，20～60份，优选25～55份，

纤维素改性淀粉，5～10份，优选6～8份，

褐煤树脂，0～5份，优选1～4份，

超细碳酸钙，0～5份，优选1～4份，和

改性剂，2～8份，优选3～6份，

其中，改性剂包含以下两种组分：

①阳离子表面活性剂，和

②水溶性硅油，

该方法包括以下步骤：

（1）称量低软化点沥青，并置于平面上或容器内，

（2）向低软化点沥青表面喷洒改性剂，并不断进行翻搅，

（3）将步骤（2）中所得物料置于粉碎机进行粉碎，并转入干混机中，优选通过抽泵转入，

（4）向步骤（3）中所得物料中加入其他组分，进行干混，优选干混20min-2小时，优选30min-1小时，然后出料，任选将其装袋保存。

8.根据权利要求7的制备方法，其特征在于，

木质素纤维材料选自楠木粉、刨花粉和榆树皮粉等木质素纤维，矿物纤维类材料选自海泡石绒、纤维水镁石和纤维蛇纹石等矿物纤维；

所述低软化点沥青粉为氧化沥青、复合沥青粉之一或两者任意比例形成的混合物。

9.根据权利要求7或8的制备方法，其特征在于，

改性剂包含以下两种组分：

①阳离子表面活性剂，和

②水溶性硅油，

其中，阳离子表面活性剂与水溶性硅油的重量比例为：1～8：1～10，优选1～3：1～5，更优选1～2：1～3，

所述阳离子表面活性剂为Span系列表面活性剂、Tween系列表面活性剂、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)中的一种或几种以任意比例形成的混合物。

10.根据权利要求7至9之一的方法制得的钻井液用超低渗透封堵防塌油层保护剂。