CN104109515A - 低温淡水绒囊工作液囊层剂 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种煤层气低温淡水绒囊工作液囊层剂，该低温淡水绒囊工作液囊层剂由羧甲基淀粉与聚阴离子纤维素配制而成，本发明所提供的低温淡水绒囊工作液囊层剂，主要用于在绒囊气核外形成包裹气核的膜层，有效降低气核与连续相间的表面张力，同时，在气核外形成包裹气核的高黏层，能够有效防止气核内气体逸出，保持气核稳定，提高绒囊强度，且该囊层剂与一般绒囊工作液用处理剂配伍性良好，适用于小于等于120℃的温度环境，是一种煤层气低温淡水绒囊工作液囊层剂。

Description

低温淡水绒囊工作液囊层剂

技术领域

 本发明涉及一种绒囊工作液囊层剂，特别是指一种适用于小于等于120℃的温度环境中的低温淡水绒囊工作液囊层剂。

背景技术

油气井用工作流体（工作液）通常包括工作液、完井液、修井液等。

目前多数油田都采用封堵技术提高地层承压能力，完成漏失地层钻井、完井和修井作业。封堵技术包括封堵材料和封堵理论。

传统的封堵材料包括橡胶、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，空气、雾、泡沫、可循环泡沫、微泡等气体型流体被用于气井钻井作业。这些工作流体虽然能解决堵漏材料与漏失通道大小和形状的匹配问题，但这些流体除可循环泡沫、微泡外，对地层稳定性要求较高，对地层流体适应性较差，且需要特殊设备，从而限制了应用范围。而可循环泡沫、微泡虽然在一定程度上解决了井漏问题，但应用的井深较浅，也无法全面满足钻井需要。

绒囊是在研究微泡工作液过程中发现的一种与微泡微观结构不同的新的封堵材料。这种含绒囊结构的封堵材料可按油气储集渗透空间变形或改变性能，最大限度地占据储层储集和渗透空间或形成黏膜层，封堵大小不同的渗流通道。含绒囊结构的工作液、完井液和修井液，不仅具有不须附加设备即能实现无固相密度低、控制漏失等优点，还能承受更高温度和更大压力，在绒囊气核外形成包裹气核的膜层。

本发明中将用于在绒囊结构的气核外形成包裹气核的膜层的成分称为囊层剂。现有技术中用于工作液的囊层剂效果较好的其主要成分为羟乙基淀粉。然而这类囊层剂形成的绒囊的膜与层厚度仍比较薄、强度较低，对于有效阻止气核内气体逸出效果不是很理想。

因此，研发新的绒囊工作液囊层剂，对于增强绒囊强度、延长绒囊寿命、稳定体系中的绒囊结构具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于针对绒囊工作液体系特点，研究提供一种绒囊工作液囊层剂，以在绒囊气核外形成包裹气核的膜层，初步形成绒囊结构，防止气核内气体逸出，保持气核稳定，提高绒囊强度。

本发明的另一目的在于提供所述的绒囊工作液囊层剂在用于制备绒囊工作液中的应用。

本发明的另一目的在于提供一种包括本发明所述绒囊工作液囊层剂的绒囊工作液。

本发明提供了一种绒囊工作液囊层剂，该绒囊工作液囊层剂由羧甲基淀粉与聚阴离子纤维素配制而成。

根据本发明的优选具体实施方案，本发明的绒囊工作液囊层剂中，所述羧甲基淀粉与聚阴离子纤维素在配制时的质量比为3~5：1（除特别注明外，本发明中所述比例和含量均为质量比例和含量）。

本发明中，所述羧甲基淀粉和聚阴离子纤维素均可商购获得，可选用普通工业产品。

本发明的绒囊工作液囊层剂，配制成1wt%水溶液后的pH值为8～10，表观粘度20～35 mPa·s，在基液（绒囊工作液中除囊层剂外的其他组分形成的溶液）中加入囊层剂后，半衰期增加≥120min。

本发明的绒囊工作液囊层剂是针对绒囊工作液体系特点而专门设计，主要用于在绒囊气核外形成包裹气核的膜层，初步形成绒囊结构。本发明的该囊层剂与现有技术中的囊层剂或其它具有类似作用的处理剂相比，不仅能够有效增加绒囊层厚度，还能够有效降低气核与连续相间的表面张力，同时在气核外形成包裹气核的高黏层，能够有效防止气核内气体逸出，保持气核稳定，提高绒囊强度。并且，本发明的该囊层剂与一般绒囊工作液用处理剂配伍性良好，适用于小于等于120℃的温度环境，是一种煤层气低温淡水绒囊工作液囊层剂，且该囊层剂无毒、无害，为环境可接受型处理剂。

本发明还提供了所述绒囊工作液囊层剂在用于制备绒囊工作液中的应用。具体地，以绒囊工作液中每百克的水基计，所述绒囊工作液囊层剂的用量为0.5～1.0克，可形成稳定气囊的层膜结构，具有用量少、保持气核稳定性作用强的优点。

本发明还提供了一种绒囊工作液，其中包括本发明所述的绒囊工作液囊层剂。具体地，以绒囊工作液中每百克的水基计，其中包括所述绒囊工作液囊层剂0.5～1.0克，即0.5～1.0 g囊层剂/100 g水，可形成稳定气囊的层膜结构。

 

具体实施方式

下面通过具体实施例进一步详细说明本发明的低温淡水绒囊工作液囊层剂的特点及使用效果，但本发明并不因此而受到任何限制。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

测试基液配方：淡水 400g、碳酸钠 0.40g、氢氧化钠0.40g、囊层剂2.00g（由羧甲基淀粉和聚阴离子纤维素以质量份数比3：1组成）、绒毛剂2.00g（由黄原胶、羟丙基胍胶与除氧剂Na₂SO₃以质量份数比2：3：1组成，其中，黄胶原的数均分子量为2×10⁶g/mol）、成核剂0.40g（由十二烷基磺酸钠、聚氧乙烯辛基苯酚醚、十二烷基二甲基氧化铵和十二烷基硫酸三乙醇铵盐四种物质以质量份数比1：1：1：1组成）。各组分的质量配比为水：碳酸钠：氢氧化钠：囊层剂：绒毛剂：成核剂为100：0.1：0.1：0.5：0.5：0.1。

按照上述配方，在搅拌条件下，向淡水中依次加入碳酸钠、氢氧化钠、绒毛剂、成核剂，配制成基液，再在基液中加入囊层剂，标记为1#测试基液。其中，搅拌的速度可以控制在5000 rpm左右。

实施例2

测试基液配方：淡水 400g、碳酸钠 0.40g、氢氧化钠0.40g、绒毛剂3.20g（由黄原胶、羟丙基胍胶与除氧剂Na₂SO₃以质量份数比4：1：1组成，其中，黄胶原的数均分子量为1.5×10⁷g/mol）、成核剂0.80g（由十二烷基磺酸钠、聚氧乙烯辛基苯酚醚、十二烷基二甲基氧化铵和十二烷基硫酸三乙醇铵盐四种物质以质量份数比2：1：1：1组成）、囊层剂2.40g（由羧甲基淀粉和聚阴离子纤维素以质量份数比4：1组成）。各组分的质量配比为水：碳酸钠：氢氧化钠：囊层剂：绒毛剂：成核剂为100：0.1：0.1：0.6：0.8：0.2。

按照上述配方，在搅拌条件下，向淡水中依次加入碳酸钠、氢氧化钠、绒毛剂、成核剂，配制成基液，再在基液中加入囊层剂，标记为2#测试基液。其中，搅拌的速度可以控制在5000 rpm左右。

实施例3

测试基液配方：淡水 400g、碳酸钠 0.40g、氢氧化钠0.40g、囊层剂3.20g（由羧甲基淀粉和聚阴离子纤维素以质量份数比5：1组成）、绒毛剂4.00g（由黄原胶、羟丙基胍胶与除氧剂Na₂SO₃以质量份数比3：2：1组成，其中，黄胶原的数均分子量为2×10⁷g/mol）、成核剂1.20g（由十二烷基磺酸钠、聚氧乙烯辛基苯酚醚、十二烷基二甲基氧化铵和十二烷基硫酸三乙醇铵盐四种物质以质量份数比3：1：1：1组成）。各组分的质量配比为水：碳酸钠：氢氧化钠：囊层剂：绒毛剂：成核剂为100：0.1：0.1：0.8：1.0：0.3。

按照上述配方，在搅拌条件下，向淡水中依次加入碳酸钠、氢氧化钠、绒毛剂、成核剂，配制成基液，再在基液中加入囊层剂，标记为3#测试基液。其中，搅拌的速度可以控制在5000 rpm左右。

实施例4

对实施例1、2和3的1#、2#和3#低温淡水绒囊工作液囊层剂的性能进行测试：

1 pH值

称取2.0 g囊层剂试样，配置成1wt%蒸馏水溶液，放入容积300 mL烧杯中，加蒸馏水200 mL，搅拌30 min至充分溶解，用洁净玻璃棒滴溶液于pH试纸上，对照标准色阶读数。

 水分含量测定

2.1 称取（20±0.2）g囊层剂试样，放入洁净的蒸馏瓶中，加入50 mL甲苯，细心搅拌。连接接收器和冷凝管，用少许脱脂棉塞住管口，加热至沸，并控制回流速度，使冷却管斜口下滴速度为2滴/s～4滴/s。

2.2 当接收器中液量不再增加时，再提高温度，加热数分钟后停止蒸馏。

2.3 待液体温度降至室温且油水界面清晰后，读取水相体积的毫升数并换算成水的质量。

2.4 按式（I）计算水分含量：

                          （I）

式中：S为水分含量，%；为接收器中水的质量，g；为试样质量，g。

2.5 允许平行误差小于0.2%。

 表观粘度测定

3.1 仪器

采用青岛同春石油仪器有限公司ZNN-D6型旋转粘度计，该粘度计是以电动机为动力的旋转型仪器。工作液处于两个同心圆筒间的环形空间内。外筒（或称转筒）以恒速（rpm）旋转。转筒在工作液中的旋转对内筒（或称悬锤）产生扭矩，扭力弹簧阻止内筒的旋转，而与悬锤相连的表盘指示悬锤的位移。

3.2 测定程序

注意：仪器最高工作温度为93℃。如要测定温度高于93℃的工作液，应使用实心的金属内筒或内部完全干燥的空心金属内筒。因为当浸入到高温工作液中时，空心内筒内部的液体可能会蒸发而引起内筒的破裂。

3.2.1 测量并记录工作液的温度，以℃为单位表示。

3.2.2 使用洁净量筒量取400 mL蒸馏水转移至洁净搅拌杯内，在蒸馏水中加入4 g囊层剂，高速搅拌机5000 rpm搅拌20 min。

3.2.3 将搅拌均匀的样品注入到容器中，并使转筒刚好浸入至刻度线处。

3.2.4 开启仪器，调节转速在600 rpm档，待表盘读值恒定后，读取并记录表盘读值。

3.3 计算

按式（I）计算表观粘度：

                              （I）

式中：AV为塑性粘度，mPa·s；为600 rpm时的恒定读值，无量纲。

4半衰期

4.1 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。

4.2 测定程序

4.2.1在8010EG型捣碎机中添加20mL蒸馏水，然后添加1%蒸馏水的囊层剂，搅拌60s，溶液出现泡沫。

4.2.2 将测试液（转移入1000 mL刻度量筒内，记录下泡沫总体积（mL），开始计时，测定泡沫体积降至mL所需时间，即半衰期t_1/2（min）。

4.2.3 将配制好的1#、2#、3#绒囊工作液基液按照步骤4.2.2测定加入囊层剂前的半衰期（min）。

4.2.4 在1#、2#、3#绒囊工作液基液中依次加入相应的囊层剂，按照步骤4.2.2测定加入囊层剂后的半衰期（min）。

4.3 计算

按式（П）计算半衰期增加量：

                              （П）

式中：为半衰期增加量

由以上测试步骤1～4对实施例1~3的低温淡水绒囊工作液囊层剂的性能进行测试，所得结果参见表1：

表1  一种低温淡水绒囊工作液用囊层剂性能指标

从以上实验结果可以看出，本发明实施例1~3的低温淡水绒囊工作液囊层剂的各项性能指标均达到设计要求。

关于绒囊囊层剂成膜能力的研究属于起步阶段，本领域尚无通用要求。该测试性能严格限制了本发明质量底线。通过半衰期增加量，考察本发明提高绒囊层厚度，延长绒囊寿命的能力。囊层剂适用于绒囊工作液，包括钻井液、修井液和完井液。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种绒囊工作液囊层剂，该绒囊工作液囊层剂由羧甲基淀粉与聚阴离子纤维素配制而成。

2.根据权利要求l所述的绒囊工作液囊层剂，其特征在于：所述羧甲基淀粉与聚阴离子纤维素在配制时的质量比为(3~5)：1。

3.根据权利要求l所述的绒囊工作液囊层剂，其特征在于：该囊层剂配制成1wt%水溶液后的pH值为8～10，表观粘度20～35 mPa·s，在基液中加入囊层剂后，绒囊半衰期增加≥120min。

4.权利要求1～3中任一项所述绒囊工作液囊层剂在用于制备绒囊工作液中的应用。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：所述绒囊工作液为工作液、完井液或修井液。

6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：以绒囊工作液中每百克的水基计，所述绒囊工作液囊层剂的用量为0.5～1.0克。

7.一种绒囊工作液，其特征在于：其中包括权利要求1～3任一项所述的绒囊工作液囊层剂。

8.根据权利要求7所述的绒囊工作液，其特征在于：以绒囊工作液中每百克的水基计，其中包括所述绒囊工作液囊层剂0.5～1.0克。

9.根据权利要求7或8所述的绒囊工作液，其特征在于：该绒囊工作液为工作液、完井液或修井液。