CN103380190A - 用于除去滤饼的组合物和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个实施方案涉及井维护流体乳液。该井维护流体配制有包含有机酸的酯、水基流体和乳化剂的组分，其中有机酸的pKa小于0。该酯分散在水基流体中以形成井维护流体乳液。

Description

用于除去滤饼的组合物和方法
技术领域
本发明总体上涉及用于烃生产井中来降低来自井地层和除去该滤和涉及除去该滤饼的方法。
发明背景
水基钻井流体(DIF)被广泛用于水平和多分支井钻探中。DIF被配制来沉积相对不可透过的滤饼，该滤饼密封井孔和使得损失到地层的流体最小化。在完井操作中，经常需要除去沉积的滤饼来防止完井效率和生产率降低。但是，这会是一项挑战性任务，特别是在具有非均质地层特性的长的水平井、大位移井和/或多分支井中更是如此。在这些情况中，用目前可利用的反应性流体体系无法完全除去滤饼是一个普遍现象。
水基DIF的组成通常包括例如黄原胶、淀粉、纤维素、碳酸钙、盐和其他添加剂。由DIF所形成的滤饼包含分级的碳酸盐和聚合物。近年来，已经建议和使用了清洁滤饼的不同的方案。盐酸(HCl)是用于除去酸溶性滤饼的最通常使用的化学品。而HCl酸能够溶解碳酸盐和一些聚合物，它的高反应速率会引起不期望的滤饼除去不均匀(甚至与弱有机酸的反应速率也是过快的，其导致滤饼除去不完全)。还经常使用聚合物破坏剂例如酶和氧化剂。虽然聚合物破坏剂能够将聚合物破坏成较小的碎片，但是它们不能溶解碳酸盐粒子。螯合剂(如EDTA)也被用作HCl的替代物来除去滤饼。但是类似于HCl，它们与CaCO3的反应速率快。获自美国BJ Services Company的某些制剂将螯合剂与酶组合来用于降解聚合物和溶解CaCO3的双重目的。但是，对该体系的实验室研究表明虽然MUDZYME制剂是有效的，但是破坏滤饼的实现没有如期望的延迟太多时间。
另一情况(这里常规的滤饼除去系统是不足的)是在运行到最终完井之前，期望将处理流体放置或“定位”在井中的选定位置上时。在一些情况中，这个操作会花费高达几天时间。已经报道了一种配方，其使用原位产生酸的有机酸前体。参见Al Moajil等人的“Evaluation of In-SituGenerated Acids for Filter-Cake Cleanup”，SPE107537(2007)。但是测试已经证实了不令人满意的滤饼清洁效果，这归因于该酸前体所产生的酸的弱酸性。
虽然在滤饼除去中已经取得了进步，但是在该领域中进一步的改进仍然是受欢迎的。具体地，需要改进的方法来除去钻井流体滤饼，来清洁和有效促进水平井、大位移井和多分支井。
发明内容
本发明的井维护流体能够提供下面的一种或多种优点，包括：改进的滤饼溶解，足够的酸产生延迟，处理流体沿着井相对长的区域改进的分布，在井中放置流体过程中减小的泄漏，酯经时水解来原位产生酸的能力，与一些强酸基流体滤饼除去体系(如HCl)相比流体相对低的腐蚀性，或者酯与酶相容来产生有效除去滤饼中的碳酸盐和聚合物的双功能体系的能力。
本发明的一个实施方案涉及一种井维护流体乳液。该井维护流体配制有包含有机酸的酯、水基流体和乳化剂的组分，其中有机酸的pKa小于0。该酯分散在水基流体中以形成井维护流体乳液。
本发明的另一实施方案涉及一种从井中除去滤饼的方法。该方法包括提供井维护流体，该井维护流体配制有包含有机酸的酯、水基溶剂和乳化剂的成分，其中有机酸的pKa小于0。将该井维护流体引入井中，来与其上沉积有滤饼的井地层接触。该井维护流体从该井地层除去至少一部分的滤饼。
具体实施方式
本发明的一个实施方案涉及一种井维护流体。该井维护流体乳液是用包含下面的组分来配制：有机酸的酯，其中有机酸的酸离解常数pKa小于0；水基流体和乳化剂。该酯分散在该水基流体中以形成乳液。
该配方可以任选的包括其他成分，例如下面的一种或多种：酶、pH值缓冲剂和乳化剂。这些和其他任选的成分在下面更详细的讨论。
有机酸的酯
本发明的组合物中所用的有机酸的酯可以是任何合适的有机酸的酯，其将提供合适的延迟的酸释放，对于其而言pKa小于0，和其能够从井地层中除去滤饼。该延迟可以通过选择酸酯来完成，该酸酯在环境井条件下以相对慢的反应速率进行水解。这使得酸能够缓慢产生，其依次使得在酸完全释放之前，酯更均匀地分布在整个井中，从而使滤饼除去更均匀。
酸释放速率可以以反应半衰期来表征。半衰期是释放50%的未释放的酸所花费的时间。期望的半衰期可以根据钻井的结构(例如水平井、垂直井或者多分支井)，井操作，所产生的酸除去沉积滤饼的速率和酯在井中的停留时间等而不同。给定的酯实际的半衰期也会取决于它用于其中的井的井下温度。半衰期范围的一个例子是在180　F为大约24-大约36小时。
酯通常是油性有机化学品，其与水不混溶。可以选择有机酸酯，以使得它的有机酸具有足够的酸强度来对水解产生有效的促进。如上所述，该有机酸的pKa小于零。例如，该有机酸可以是强酸，在这里强酸定义为pKa小于约-1.74。
合适的强有机酸的酯的例子包括通式1的磺酸酯：
R1-S(=O)2OR2    (1)
这里R1和R2独立地选自C1-C12芳基和C1-C12脂肪族基团。
合适的有机酸酯包括有机磺酸酯，例如甲磺酸甲酯和甲磺酸乙酯。在一个实施方案中，该强有机酸的酯是甲苯磺酸酯。合适的甲苯磺酸的例子包括对甲苯磺酸甲酯和对甲苯磺酸乙酯。一种市售的甲苯磺酸酯是DA-1，来自美国德克萨斯州休斯敦的BJ Services Company。
在一个实施方案中，该有机酯可以作为乳液的组分引入井中。该乳液可以是微乳液，例如单相微乳液。在一个实施方案中，该有机酯可以作为具有乳化剂作为油相的水包油乳液的组分引入井中。一种稳定的水包油乳液可以通过将该酯与水和合适的表面活性剂混合来形成。典型地，该乳液包含约2-约10体积%的有机酸酯。合适的乳化剂在下面讨论。
水基流体
任何合适的水基流体均可以用于本申请的组合物中。合适的水基流体的例子包括淡水、盐水、海水和采出水。
盐水可以是任何盐水，其充当了用于不同组分的合适的介质。为了方便起见，在某些情况中，盐基流体可以例如是井现场处可得的盐水。盐水可以使用至少一种盐来制备，该盐例如但不限于NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2、NH4Cl、KBr、CaBr2、NaBr、ZnBr2、甲酸钠、甲酸钾、甲酸铯和它们的混合物，以及任何其他促进和完井盐水盐。
基于盐水的总重量计，盐水中的盐浓度可以是约0.5重量%至给定盐的饱和度。盐的示例浓度包括盐水的1wt%、3wt%、10wt%、20wt%、30wt%或更高。盐水可以是一种或多种所提及的盐的组合物，例如使用KCl和KBr、NaCl和CaCl2、或者CaCl2和CaBr2所制备的盐水。
酶
酶可以包括在本发明的组合物中。在一个实施方案中，酶可以有助于除去多糖（例如黄原胶，瓜尔胶，淀粉或者纤维素）以及可能通过钻井流体沉积在井地层上的任何其他类型的聚合物。所用的酶可以根据如下情况而不同：要除去的聚合物或者其他滤饼组分的类型，给定的酶在环境井温度下的有效性和酶与乳液中其他组分的相容性。
能够有助于清洁一种或多种滤饼组分的任何合适的酶可以用于本发明的组合物中。合适的酶的例子包括黄原胶酶、半纤维素酶、纤维素酶、细菌淀粉酶以及其他糖基水解酶。
市售的酶的例子包括GBW-14C和GBW-16C，二者都获自美国德克萨斯州休斯敦的BJ Services Company。在一个实施方案中，两种或更多种酶可以用于本申请的组合物中。
pH值缓冲剂
能够保持所需pH值的任何合适的pH值缓冲剂均可以用于本发明的组合物中。例如，一些酶在一定的pH值范围内能够更有效的发挥作用。在这种情况中，pH值缓冲剂可以用来将pH值保持在酶有效作用的范围内达到足够的时间，来进行可接受的清洁。
公知的pH值缓冲剂的例子包括NaOH、KOH、碳酸氢钾、碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸钠(Na2CO3)。市售缓冲剂的一个例子是BF-7L，获自美国德克萨斯州休斯敦的BJ Services Company。
期望的流体pH值可以取决于诸多因素，包括配方中所用的酶或其他成分的类型和配方的目标用途。因此，可以使用一种或多种合适的缓冲剂来保持任何所需的pH值范围，包括酸性、中性和碱性pH值范围。在一个实施方案中，pH值范围是约3-约10，例如约5-约7。
乳化剂
任何合适的乳化剂可以用于本申请的组合物中，例如适于形成水包油乳液(包括微乳液)的那些。合适的乳化剂是能够用有机酸酯制造乳液的那些。可以使用阴离子和阳离子乳化剂。在一个实施方案中，使用非离子乳化剂。
合适的非离子乳化剂的例子包括长链乳化剂或者基于脂肪醇的乳化剂。例如，合适的非离子乳化剂可以包括包含聚醚醇的化合物，所述聚醚醇含有亲脂性部分。该聚醚醇基团可以例如是聚二乙醚或聚二丙醚基团，或者二乙醚和二丙醚单元的组合。该亲脂性部分可以是具有约8-约30个碳原子的脂肪族或芳族的、直链、支化或者环状基团。
在一个实施方案中，包含亲脂性部分的聚醚醇可以具有式(2)：
R3(OR4)nOH    (2)
其中：
R3可以是任何亲脂性基团，包括具有约8-约30个碳原子的脂肪族或者芳族的、直链、支化或者环状基团；
R4可以是乙基或丙基；和
n可以是约3-约50或更高。
脂肪族或芳族R3基团的例子包括直链或者支化的烷基或者烷芳基。
包含亲脂性部分的聚醚醇的例子包括脂肪醇乙氧基化物、烷基聚醚醇和烷芳基聚醚醇。也可以使用大于一种的乳化剂化合物，例如烷芳基乙氧基化物和脂肪酸的聚乙二醇(PEG)酯的组合。
如本领域所公知，脂肪醇乙氧基化物可以通过脂肪醇的乙氧化来形成。例子包括将4-8mol的环氧乙烷与每mol的C10-C14醇反应。能够由这种反应形成的化合物的一个例子是C12烷基-(OC2H4)6OH。
烷基和烷芳基聚醚醇的例子包括(a)具有约8-约30(例如约8-约20)个碳原子的直链或支化的烷基或者烷芳基，和(b)具有约3-约50个二乙醚单元(例如约3-约20个二乙醚单元)的直链或者支化的聚环氧乙烷基团。在一个实施方案中，乳化剂可以是烷基聚氧乙烯醇，其包含例如具有约13-约15个碳原子的直链烷基和具有10个环氧乙烷单元的聚环氧乙烷基团(带有端氢氧化物官能团)。另外合适的乳化剂包括HLB值是约16且每分子包含20个环氧乙烷单元的壬基酚乙氧基化物，HLB值大于13.5的辛基酚乙氧基化物和HLB值大于13的壬基酚乙氧基化物。
如上所述，可以使用烷芳基乙氧基化物和脂肪酸的聚乙二醇(PEG)酯的组合物。例子包括烷芳基乙氧基化物，其包含辛基，壬基或十二烷基酚基团和乙氧基化物基团，该乙氧基化物包含约3-约13mol的环氧乙烷。可以例如通过PEG与不饱和脂肪酸以约1:1-约1:2的摩尔比来形成分子量为约200g/mol-约600g/mol的化合物而形成聚乙二醇(“PEG”)酯。
市售乳化剂的一个例子是S-400，获自美国德克萨斯州休斯敦的BJServices Company。
如上所述，可以使用任何上述乳化剂来形成包含此处公开的有机酸酯的乳液。稳定的水包油乳液的一个例子可以通过将DA-1与1%的壬基苯氧基聚(乙烯氧基)乙醇表面活性剂混合来形成。
其他成分
一种或多种另外的化合物可以包括在本发明的井维护流体中。该井维护流体可以包含例如选自下面的至少一种另外的化合物：氧化剂、螯合剂、表面活性剂、粘土稳定添加剂、结垢溶解剂、高温稳定剂、腐蚀抑制剂、腐蚀增强剂、互溶剂、醇和其他常规的和/或任选的组分。
本发明的组合物可以形成稳定的水包油乳液。在一个实施方案中，该乳液可以是微乳液。该乳液可以通过将强有机酸的酯在水基流体中混合的任何合适的方法来形成。合适的乳液形成技术是公知的，包括涉及到高剪切混合和/或使用乳化剂的技术。结合本发明所提供的教导，形成乳液(包括微乳液)术语本领域的公知技术。
减少滤饼的方法
本发明还涉及一种使用此处所述的任何井维护流体从井中除去滤饼的方法。该方法包括提供配制有包含强有机酸的酯和水基溶剂的成分的井维护流体。该提供步骤可以包括获得处于制备好的条件的井维护流体，或者可以包括获得组成成分和在现场制备该井维护流体。除了酯和水基溶剂外，该井维护流体可以进一步包含此处所述的任何其他成分。
将该井维护流体引入井中以与其上沉积有滤饼的井地层接触。例如，可以通过将该流体泵送过管状(例如环状)生产管或者其他井管道而将该井维护流体引入井中，从而与井地层接触。该井可以是任何合适类型的井，例如水平井，大位移井和多分支井。该井维护流体从井地层除去至少一部分的滤饼。
该方法可以进一步包含在流体与地层接触后从地层除去井维护流体。这个除去步骤可以通过任何合适的技术来进行，包括本领域已知的技术，例如通过将流体泵送出井。所除去的井维护流体可以根据工业常规实践进行回收、循环或者处置。
该除去步骤可以在井维护流体与地层接触后的任何时间进行。例如，该接触步骤可以进行足够的时间，以除去可接受部分的流体滤饼，随后是除去步骤。时间长度可以是约24小时至几天(例如2-4天)。
在一个实施方案中，该方法可以进一步包含在将井维护流体引入井之前沉积滤饼。例如，该滤饼可以通过在钻井过程中将地层与钻井流体接触来沉积。该滤饼可以包含选自下面的至少一种组分：例如碳酸盐和聚合物如黄原胶，淀粉或纤维素。
将就下面的实施例来进一步描述本发明，这些实施例并不用来限制本发明，而是进一步说明不同的实施方案。
实施例
进行下面的实施例，并且证实了本发明组合物对于延迟除去滤饼的有效性。在实施例1-3中，滤饼是由基于8.9ppg KCl的钻进流体(“DIF”)与包括水、KCl、黄原胶、淀粉、CaCO3和缓冲剂的成分来制备的。将所制备的DIF通过2达西陶瓷盘在HTHP池中过滤来产生滤饼。在实施例4中，滤饼是由基于11.0ppg NaBr的钻进流体(“DIF”)与包括水、NaBr、黄原胶、淀粉、CaCO3和缓冲剂的成分来制备的。将所制备的DIF通过2达西陶瓷盘在HTHP池中过滤来产生滤饼。
下面的实施例1-4在不同的配方中使用了甲苯磺酸甲酯来除去所制备的滤饼。
实施例1配方
本发明的乳液，其包括10体积%的DA-l(甲苯磺酸甲酯)、0.5体积%的S-400(乳化剂)、5体积%的GBW-14C(酶)、1体积%的GBW-16C(酶)和0.1体积%的BF-7L(缓冲剂)，在静态条件下最后将其用指定的时间加入到处于目标温度(180°F)和500psi的HTHP池中。将淡水用作溶剂。形成乳液的方法包括在强搅拌下，在Warring搅拌机中将0.5ml的S-400加入到83.4ml淡水中。15秒后，将10ml的DA-1加入该搅拌机中。混合45秒后，加入BF-7L(0.1ml)、GBW-14C(5ml)和GBW-16C(1ml)，并且保持搅拌10秒。
实施例2配方
实施例2与实施例1的组合物类似，只是实施例2不包含缓冲剂。与实施例1所述的类似，将实施例2的组合物在静态条件下用指定的时间加入到处于目标温度(180°F)和500psi的HTHP池中。
实施例3和4配方
实施例3和实施例4与实施例1的组合物类似，只是实施例3和实施例4不包含缓冲剂或酶。与实施例1所述的类似，将实施例3的组合物在静态条件下用指定的时间加入到处于目标温度(180°F)和500psi的HTHP池中。将实施例4的组合物在静态条件下用48小时加入到处于目标温度150°F、180°F和200°F和300psi的HTHP池中。
在上面的实施例配方1-3中浸泡24小时、48小时和72小时后，检查每个滤饼。下面说明测试结果。
对于实施例1的配方，在浸泡24小时后，虽然主要部分的滤饼已经除去，但是2达西陶瓷盘大部分表面仍然覆盖有滤饼。48小时后，大部分滤饼被除去，仅仅相对较小的部分保留在陶瓷盘相对较小的表面区域上。72小时后，可见滤饼已经完全从陶瓷盘上除去，虽然可能仍有残留量保留。
对于实施例2的配方，在浸泡24小时后可见滤饼已经完全从陶瓷盘上除去，虽然可能仍有残留量保留。达西陶瓷盘破裂，这可能归因于盘的质量差，或者可能归因于压力差相对较高。
对于实施例3的配方，在浸泡24小时后，2达西陶瓷盘大部分表面仍然覆盖有滤饼，虽然主要部分的滤饼已经除去。类似地，在48小时，2达西陶瓷盘仍然部分覆盖有滤饼。在72小时，可见滤饼已经完全从陶瓷盘上除去，虽然可能仍有残留量保留。
对于实施例4的配方，在将滤饼在不同温度浸泡48小时后，检查了滤饼上保留的氧化物。结果显示在下表中。该结果表明，清洁结果随着处理温度的升高而提高。清洁在表中表示为从陶瓷盘上除去的滤饼百分率。
Figure BDA0000367470190000101
因此，全部上述实施例配方均有效地除去了滤饼。实施例1和实施例3的配方也都为除去滤饼提供了可接受的延迟。
尽管已经展示和描述了不同的实施方案，但是本发明不限于此，并且将理解为包括对本领域技术人员显而易见的所有此类变型和变化。

Claims (29)

1.一种井维护流体乳液，其用包含下面的组分来配制：
有机酸的酯，其中有机酸的pKa小于0；
水基流体；和
乳化剂，
其中该有机酸的酯分散在该水基流体中以形成该井维护流体乳液。
2.权利要求1的流体，其中该有机酸的酯是强有机酸的酯。
3.权利要求2的流体，其中该强有机酸的酯选自磺酸酯。
4.权利要求2的流体，其中该强有机酸的酯选自具有通式R1-S(=O)2OR2的酸，其中R1和R2独立地选自C1-C12芳基和C1-C12脂肪族基团。
5.权利要求2的流体，其中该强有机酸的酯是甲苯磺酸酯。
6.权利要求1的流体，其中该水基溶剂选自淡水、盐水、海水和采出水。
7.权利要求1的流体，其中该水基溶剂是盐水，基于该盐水的总重量计，其包含0.5重量%或更高浓度的盐。
8.权利要求1的流体，其进一步包含选自下面的至少一种酶：黄原酶、半纤维素酶、纤维素酶、细菌淀粉酶和其他糖基水解酶。
9.权利要求8的流体，其进一步包含选自下面的至少一种pH值缓冲剂：NaOH、KOH、碳酸氢钾、碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸钠。
10.权利要求8的流体，其中该乳化剂是非离子乳化剂。
11.权利要求1的流体，其中该流体配制有选自下面的至少一种另外的化合物：氧化剂、螯合剂、表面活性剂、粘土稳定添加剂、结垢溶解剂、高温稳定剂、腐蚀抑制剂、腐蚀增强剂、互溶剂和醇。
12.权利要求1的流体，其中该酯分散在该水基流体中以形成水包油乳液。
13.权利要求1的流体，其中该酯分散在该水基流体中以形成单相微乳液。
14.一种从井中除去滤饼的方法，该方法包括：
提供井维护流体，该井维护流体配制有包含有机酸的酯、水基溶剂和乳化剂的成分，其中有机酸的pKa小于0；和
将该井维护流体引入井中以与其上沉积有滤饼的井地层接触，该井维护流体从该井地层除去至少一部分的滤饼。
15.权利要求14的方法，其中该有机酸的酯是强有机酸的酯。
16.权利要求15的方法，其中该强有机酸的酯选自有机磺酸酯。
17.权利要求15的方法，其中该强有机酸的酯选自具有通式R1-S(=O)2OR2的酸，其中R1和R2独立地选自C1-C12芳基和C1-C12脂肪族基团。
18.权利要求15的方法，其中该强有机酸的酯是甲苯磺酸酯。
19.权利要求14的方法，其中该酯分散在该水基流体中以形成水包油乳液。
20.权利要求14的方法，其中该酯分散在该水基流体中以形成单相微乳液。
21.权利要求14的方法，其中该酯是有机磺酸酯，其在引入井后水解来形成酸。
22.权利要求14的方法，其中该水基溶剂选自淡水、盐水、海水和采出水。
23.权利要求14的方法，其中该水基溶剂是盐水，基于该盐水的总重量计，其包含0.5重量%或更高浓度的盐。
24.权利要求14的方法，其进一步包含选自下面的至少一种酶：黄原酶、半纤维素酶、纤维素酶、细菌淀粉酶和其他糖基水解酶。
25.权利要求24的方法，其进一步包含选自下面的至少一种pH值缓冲剂：NaOH、KOH、碳酸氢钾、碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸钠。
26.权利要求14的方法，其中该乳化剂是非离子乳化剂。
27.权利要求14的方法，其进一步包含在引入井维护流体之前沉积滤饼，该滤饼是通过将地层与钻井流体接触来沉积的。
28.权利要求14的方法，其中该滤饼包含选自碳酸盐和聚合物的至少一种组分。
29.权利要求14的方法，其中该井选自水平井、大位移井和多分支井。
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