CN103756654B - 抗盐高密度隔离液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗盐高密度隔离液及其制备方法，该种抗盐高密度隔离液是由按重量份计的下列组分制得：100份水、2～20份悬浮剂、0.5～5.0份增粘剂、0.1～5份稀释剂、2～15份降失水剂、0～5份缓凝剂、0～36份NaCl、30～360份加重剂及0.1～0.5份消泡剂，其中所述增粘剂为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/N,N-二甲基丙烯酰胺/对苯乙烯磺酸钠/N,N-亚甲基双丙烯酰胺的四元共聚物。所述抗盐高密度隔离液的制备方法是按比例按次序将上述物质混合均匀即可。该抗盐高密度隔离液在盐水条件下性能稳定，其密度为1.50～2.60g/cm3，适用于30～160℃范围内使用，且制备方法简单，对水质无特殊要求。
Description
技术领域
本发明涉及石油固井领域，特别涉及一种抗盐高密度隔离液及其制备方法。
背景技术
在固井作业中，需要用水泥浆驱替钻井液，在井壁与套管之间形成水泥环以起到支撑套管、封固地层的作用。然而，水泥浆体系与大多数钻井液体系相容性差，顶替过程中水泥浆与钻井液混合后，混浆段流体形成胶凝结构，令摩阻增大、导致泵压提高，促使薄弱地层增加压漏的风险。钻井液中的一些化学成分还可能缩短水泥浆的稠化时间，造成施工作业不能顺利进行，甚至失败。针对以上问题，目前常用的方法是在钻井液和水泥浆之间注入隔离液，隔离钻井液与水泥浆，防止两种液体的接触污染。
然而随着石油钻探工程的发展，各种复杂地层固井问题逐渐出现。盐膏层是近年来国内外油田常见的复杂地层，国内的新疆塔里木、长庆等油田、国外伊拉克哈法亚地区等均钻遇过盐膏层。目前，针对盐膏层固井的钻井液和水泥浆研究比较系统。但是相应的隔离液体系研究还不够成熟。传统的隔离液体系在盐水条件下的稳定性较差。
发明内容
为了解决现有固井隔离液在盐水条件下稳定性差的问题，本发明提供了一种抗盐、高密度隔离液及其制备方法，该制备方法简单，制得的隔离液在盐水条件下性能稳定，其密度为1.50～2.60g/cm3，适用于在30～160℃范围内使用。
为此，本发明的技术方案如下：
一种抗盐高密度隔离液，由按重量份计的下列组分制得：
其中，所述悬浮剂由100重量份钠基膨润土、1～3份黄原胶、0.1～0.5份碳酸钠和2～10份羧甲基纤维素混合而成；
所述增粘剂为由20～60重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、20～60重量份的N,N-二甲基丙烯酰胺、2～10重量份的对苯乙烯磺酸钠和0.1～1重量份的N,N-亚甲基双丙烯酰胺在40～70℃、经0.05～0.2重量份的硫酸铵作为引发剂发生自由基聚合反应，制得的分子量为100～300万的四元共聚物；
所述稀释剂为木质素磺酸钠或磺甲基五倍子酸钠；
所述降失水剂为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/丙烯酰胺/丙烯酸共聚物；
所述缓凝剂为甲撑磷酸衍生物或2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/衣康酸共聚物。
所述降失水剂为BXF-200L降失水剂、G33S降失水剂或DRF-120L降失水剂；优选天津中油渤星工程科技股份有限公司生产的BXF-200L降失水剂、卫辉市化工有限公司生产的G33S降失水剂或中国石油集团钻井工程技术研究院生产的DRF-120L降失水剂。
所述缓凝剂为BXR-200L缓凝剂、BCR-300L缓凝剂、GH-9缓凝剂或HX-31L缓凝剂；优选天津中油渤星工程科技股份有限公司生产的BXR-200L或BCR-300L缓凝剂、卫辉市化工有限公司生产的GH-9缓凝剂或成都欧美科石油科技股份有限公司生产的HX-31L缓凝剂。
所述消泡剂为磷酸三丁酯。
所述加重剂为重晶石或铁矿粉。
所述重晶石和铁矿粉的粒径大小为120～350目。
如前所述抗盐高密度隔离液的制备方法，包含以下步骤：先在水中按比例加入所述悬浮剂、增粘剂，搅拌30～60min，再向其中加入所述稀释剂、降失水剂和缓凝剂，搅拌5～20min，然后加入氯化钠，待氯化钠完全溶解后加入所述加重剂，搅拌均匀，最后加入所述消泡剂搅拌均匀，即得所述抗盐高密度隔离液。本发明对选用的水并无特殊要求。
本发明与现技术相比，具有以下优点：①隔离液密度在1.50g/cm3～2.60g/cm3范围内可以调节，能保证高压井、深井超深井井底压力平衡；②抗盐效果好，可抗盐至饱和；③加入高分子量交联2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/N,N-二甲基丙烯酰胺/对苯乙烯磺酸钠/N,N-亚甲基双丙烯酰胺四元共聚物，提高隔离液在盐水条件的稳定性；④化学兼容性好，隔离液抗污染能力强，与钻井液、水泥浆掺混后流体的性能无不良变化，符合工程性能要求。
附图说明
图1为2.25g/cm3水泥浆在60℃、46MPa条件下的稠化曲线；
图2为2.25g/cm3水泥浆与实施例3得到的隔离液1:1混合后在60℃、46MPa条件下的稠化曲线。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
首先向100重量份的清水中加入5重量份的悬浮剂和0.8重量份的增粘剂，搅拌30分钟；再向其中加入2重量份的木质素磺酸钠、8重量份天津中油渤星工程科技股份有限公司生产的BXF-200L降失水剂和2.5重量份天津中油渤星工程科技股份有限公司生产的甲撑磷酸衍生物类缓凝剂BXR-200L搅拌8分钟，其次加入10重量份NaCl，搅拌至全部溶解，然后加入60重量份重晶石并搅拌2小时，最后加入0.2重量份磷酸三丁酯，搅拌均匀即得密度为1.50g/cm3的抗盐高密度隔离液。
其中：悬浮剂由100重量份的钠基膨润土、1重量份的黄原胶、0.3重量份的碳酸钠和5重量份的羧甲基纤维素混合均匀制得。
所述增粘剂由40重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、40重量份的N,N-二甲基丙烯酰胺、4重量份的对苯乙烯磺酸钠和0.5重量份的N,N-亚甲基双丙烯酰胺在60℃条件下，经0.1份硫酸铵作为引发剂发生自由基聚合反应，制得分子量为198万的四元共聚物。
实施例2
首先向100重量份的清水中加入6重量份的悬浮剂和1.2重量份的增粘剂，搅拌40分钟；再向其中加入2重量份的木质素磺酸钠、8重量份天津中油渤星工程科技股份有限公司生产的BXF-200L降失水剂和6重量份卫辉市化工有限公司生产的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/衣康酸类共聚物缓凝剂GH-9搅拌12分钟，其次加入15重量份NaCl，搅拌至全部溶解，然后加入110重量份重晶石并搅拌2小时，最后加入0.2重量份磷酸三丁酯，搅拌均匀即得密度为1.80g/cm3的抗盐高密度隔离液。
其中：悬浮剂由100重量份的钠基膨润土、1重量份的黄原胶、0.3重量份的碳酸钠和5重量份的羧甲基纤维素混合均匀制得。
所述增粘剂由50重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、50重量份的N,N-二甲基丙烯酰胺、8重量份的对苯乙烯磺酸钠和0.9重量份的N,N-亚甲基双丙烯酰胺在70℃条件下，经0.18份硫酸铵作为引发剂发生自由基聚合反应，制得分子量为280万的四元共聚物。
实施例3
首先向100重量份的清水中加入10重量份的悬浮剂和3重量份的增粘剂，搅拌55分钟；再向其中加入4重量份的磺甲基五倍子酸钠、8重量份天津中油渤星工程科技股份有限公司生产的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/丙烯酰胺/丙烯酸类聚合物降失水剂BXF-200L降失水剂和2.5重量份天津中油渤星工程科技股份有限公司生产的甲撑磷酸衍生物类缓凝剂BCR-300L缓凝剂，搅拌20分钟，其次加入15重量份NaCl，搅拌至全部溶解，然后加入260重量份重晶石并搅拌2小时，最后加入0.2重量份磷酸三丁酯，搅拌均匀即得密度为2.20g/cm3的抗盐高密度隔离液。
其中：悬浮剂由100重量份的钠基膨润土、1重量份的黄原胶、0.3重量份的碳酸钠和5重量份的羧甲基纤维素混合均匀制得。
所述增粘剂由23重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、23重量份的N,N-二甲基丙烯酰胺、2重量份的对苯乙烯磺酸钠和0.2重量份的N,N-亚甲基双丙烯酰胺在45℃条件下，经0.05份硫酸铵作为引发剂发生自由基聚合反应，制得分子量为120万的四元共聚物。
对比例
首先向100重量份的清水中加入10重量份的悬浮剂搅拌55分钟；再向其中加入4重量份的磺甲基五倍子酸钠、8重量份天津中油渤星工程科技股份有限公司生产的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/丙烯酰胺/丙烯酸类聚合物降失水剂BXF-200L降失水剂和2.5重量份天津中油渤星工程科技股份有限公司生产的甲撑磷酸衍生物类缓凝剂BXR-200L缓凝剂，搅拌20分钟，其次加入15重量份NaCl，搅拌至全部溶解，然后加入260重量份重晶石并搅拌2小时，最后加入0.2重量份磷酸三丁酯，搅拌均匀即得密度为2.20g/cm3的抗盐高密度隔离液。
其中：悬浮剂由100重量份的钠基膨润土、1重量份的黄原胶、0.3重量份的碳酸钠和5重量份的羧甲基纤维素混合均匀制得。
与实施例三相比，对比例中未加入增粘剂。
性能测定
隔离液的流变性能采用范式六速旋转粘度计测定结果见表1；悬浮稳定性按以下方法测定：简易井筒中加入约1000mL隔离液，在试验温度下静置4h后测定上下密度差；隔离液与钻井液、水泥浆的相容性评价参照API规范10测定；隔离液对水泥浆稠化时间的影响采用高温高压稠化仪直接测定。
如表1所示，本发明固井用抗盐、高密度隔离液，流变参数n均大于0.7，稠度系数K很小，具有优异的流变性能；在不同温度下静置4h后，上下密度差较小，表明其具有良好的沉降稳定性。
表1隔离液沉降稳定性
如表2所示，本发明固井用抗盐、高密度隔离液与钻井液、水泥浆具有较好的相容性。
如图1、2所示，本发明固井用抗盐、高密度隔离液对水泥浆的稠化时间无不良影响，满足固井施工要求。
表2隔离液与钻井液、水泥浆的相容性
注：实验中所用泥浆为密度为2.15g/cm3的无机盐泥浆；隔离液为实施例3制得的隔离液；水泥浆密度为2.25/cm3。
由实施例3与对比例可见，本发明中加入高分子量的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/N,N-二甲基丙烯酰胺/对苯乙烯磺酸钠/N,N-亚甲基双丙烯酰胺四元共聚物，该聚合物具有提粘、抗盐、耐高温的作用。加入该聚合物后隔离液的稳定性明显提高。结果如表3所示。
表3隔离液的稳定性
| 试验温度 | n值 | K（Pa·sn） | 密度差/4h（g/cm3） | 析水 | |
| 实施例3 | 室温 | 0.825 | 0.295 | 0.005 | ≤0.5% |
| 对比例 | 室温 | 0.951 | 0.203 | 0.135 | 15% |
Claims (5)
1.一种抗盐高密度隔离液，其特征在于：由按重量份计的下列组分制得：
其中，所述悬浮剂由100重量份钠基膨润土、1～3份黄原胶、0.1～0.5份碳酸钠和2～10份羧甲基纤维素混合而成；
所述增粘剂为由20～60重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、20～60重量份的N,N-二甲基丙烯酰胺、2～10重量份的对苯乙烯磺酸钠和0.1～1重量份的N,N-亚甲基双丙烯酰胺在40～70℃、经0.05～0.2重量份的硫酸铵作为引发剂发生自由基聚合反应，制得的分子量为100～300万的四元共聚物；
所述稀释剂为木质素磺酸钠或磺甲基五倍子酸钠；
所述降失水剂为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/丙烯酰胺/丙烯酸共聚物；
所述缓凝剂为甲撑磷酸衍生物或2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/衣康酸共聚物。
2.如权利要求1所述的抗盐高密度隔离液，其特征在于：所述消泡剂为磷酸三丁酯。
3.如权利要求1所述的抗盐高密度隔离液，其特征在于：所述加重剂为重晶石或铁矿粉。
4.如权利要求3所述的抗盐高密度隔离液，其特征在于：所述重晶石和铁矿粉的粒径大小为120～350目。
5.如权利要求1所述抗盐高密度隔离液的制备方法，其特征在于包含以下步骤：先在水中按比例加入所述悬浮剂、增粘剂，搅拌30～60min，再向其中加入所述稀释剂、降失水剂和缓凝剂，搅拌5～20min，然后加入氯化钠，待氯化钠完全溶解后加入所述加重剂，搅拌均匀，最后加入所述消泡剂搅拌均匀，即得所述抗盐高密度隔离液。
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