CN104140798A

CN104140798A - 一种用于清洗油基钻井液的抗冻型冲洗液及应用

Info

Publication number: CN104140798A
Application number: CN201310370066.5A
Authority: CN
Inventors: 刘伟; 刘学鹏; 陶谦; 张明昌; 丁士东; 马鹏
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2014-11-12

Abstract

本发明公开了一种用于清洗油基钻井液的抗冻型冲洗液，其主剂由非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和冰点降低剂组成。根据本发明提供的所述冲洗液用于油基钻井液的清洗，能够有效解决页岩气水平井钻井使用油基钻井液会在套管壁和井壁上粘附着一层钻井液和油膜导致水泥环界面胶结性能变差问题，达到有效清洗油膜和润湿界面的目的。另外，由于所述抗冻型冲洗液，在低温（如0～-15℃的环境温度）下仍具有良好的流动性，便于现场混配，在低温（如0～-15℃的环境温度）下仍然能够有效地进行清洗，达到有效清洗油膜和润湿界面的目的。

Description

一种用于清洗油基钻井液的抗冻型冲洗液及应用

技术领域

本发明涉及油田固井技术，具体涉及一种用于清洗钻井液的冲洗液。

背景技术

在页岩气水平井的钻井过程中，为了保证页岩井壁稳定，90%以上的井都采用油基钻井液。但是就固井施工而言，油基钻井液会滞留在界面处并形成油浆和油膜，这将会严重影响水泥环的界面胶结强度，降低水泥环的封固质量，因此在固井注水泥作业前时要注入具有润湿反转作用的冲洗液，用于清洗粘附在界面处的油浆、油膜及泥饼，改善环空界面的润湿环境，保证水泥环的封固质量。

目前用于油基钻井液的冲洗液种类很多。文献报道了一种包含2.5～3.5份氢氧化钠和4.0～5.0份乙二胺四乙酸再加入12.0～12.5份油酸的冲洗液，将其加入清水中搅拌20-30分钟，然后再加入2.0～2.2份十二烷基硫酸钠和5.0～5.5份烷基脂肪醇聚氧乙烯醚搅拌55～65分钟，最后再加入有机硅消泡剂。另外一篇文献公开了由一种基础油和两种不同分子量的表面活剂组成的冲洗液主剂，由其配制得到所述的冲洗液。上述两种冲洗液主要适用于环境温度在0℃以上的气候条件，在环境温度低于0℃以下，会因结腊而失去流动性，不易倾倒，难以配制冲洗液及使用，这样在冬季和高寒地区固井施工使用这类冲洗液就会受到限制。此外，有文献公开了一种按重量份加入悬浮稳定剂、降失水剂、增粘剂、稀释剂、提粘提切剂、加重剂、pH值调节剂所配制的冲洗液的主剂和水组成的冲洗液，但其成分复杂，在40～150℃温度范围内保持性能稳定；但在环境温度在0℃以下，所述冲洗液的主剂凝固，难以配制和使用，从而不利于在冬季和高寒地区固井施工使用这类冲洗液。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供了一种用于清洗油基钻井液的冲洗液，其为抗冻性的冲洗液，在0～-15℃的环境温度下仍具有流动性；同时，其能够有效地清洗粘附在界面处的油浆、油膜及泥饼，改善环空界面的润湿环境，保证水泥环的封固质量。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于清洗油基钻井液的抗冻型冲洗液，其主剂由非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和冰点降低剂组成。

根据本发明提供的冲洗液，由于其主剂中的各组分的协同作用，使冲洗液在较低温度下，如0～-15℃的环境温度下仍具有流动性，提高了冲洗液的抗冻性，同时也易于倾倒，便于现场混配。

根据本发明提供的所述冲洗液的一个优选实施例中，所述非离子表面活性剂选自聚氧乙烯醚化合物、聚氧乙烯烷基酰醇胺和脂肪酸聚氧乙烯烷酯。如所述聚氧乙烯烷基酰醇胺的通式为R₂CON(CH₂CH₂O)₂H，其中R₂为C₄-C₁₆的烷基，优选C₆-C₁₂的烷基。在一个具体实例中，所述聚氧乙烯烷基酰醇胺包括椰子油二乙醇酰胺或棕榈油二乙醇酰胺。如所述脂肪酸聚氧乙烯烷酯的通式为R₃COO(CH₂CH₂O)_nH，其中R₃为C₄-C₂₀的烷基，优选为C₁₂-C₁₈的烷基；4≤n≤20，优选8≤n≤20。

在所述冲洗液的一个具体实例中，所述聚氧乙烯醚化合物包括脂肪醇聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯醚。如所述脂肪醇聚氧乙烯醚的通式为R₁O(CH₂CH₂O)_mH，式中R₁为C₂-C₁₈的烷基，优选为C₁₂-C₁₈的烷基，3≤m≤20，优选3≤m≤9。如所述烷基酚聚氧乙烯醚的通式为式中烷基R₄为C₂-C₁₆的烷基，优选为C₆-C₁₂的烷基；2≤x≤20，优选8≤x≤12。

根据本发明所述的冲洗液，所述阴离子表面活性剂可选自烷基苯磺酸钠，烷基硫酸钠，脂肪酸钠和烷基磺酸钠等等。在一个优选的实例中，所述阴离子表面活性剂为烷基甘油醚磺酸酯，其分子式为R₅OCH₂CH₂CH₂SO₃Na，式中，烷基R₅为C₂-C₁₆的烷基，优选为C₈～C₁₂的烷基。

根据本发明所述的冲洗液，所述冰点降低剂选自一元醇和多元醇。在一个具体的实施例中，所述冰点降低剂优选选自多元醇。所述多元醇是指含至少2个羟基的化合物。如所述一元醇选自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、异戊醇等等。所述多元醇选自乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、新戊二醇、二甘醇、丙三醇和聚醚多元醇等等，优选选自乙二醇、二甘醇和丙三醇。

在本发明的一个具体实例中，所述冲洗液可用作难以清洗的油基钻井液用冲洗液。油基钻井液的冲洗更为困难，其对固井质量的影响更大，相应的对冲洗液的性能要求也更高。本发明提供的冲洗液，其用于油基钻井液，具有非常高的冲洗效果。

根据本发明提供的所述冲洗液，冲洗液中的表面活性剂会在油基钻井液的泥饼表面吸附，其一端吸附泥饼的表面，这样一来，油基钻井液表面覆盖了一层表面活性剂分子。由于吸附层中的表面活性剂分子的亲水基伸入水中，油基钻井液便具有了亲水性能，所以使冲洗液易在油基钻井液的表面渗入，产生溶胀作用，削弱油泥饼的内聚力的结构力。根据本发明，所述冰点降低剂的使用，不仅跟所述表面活性剂具有良好的相容性，且大大提高了冲洗液的抗冻性，在冬季现场0～-15℃的环境温度下仍具有流动性。

因此，根据所述冲洗液的主剂中各种组分的协同使用，使得所得的冲洗液为防冻型的冲洗液，不但可以在室外低温（如0～-15℃的环境温度）下仍具有良好的流动性，易于倾倒，便于现场混配；同时可以对页岩气钻井中使用油基钻井液的固井一界面（通常指套管与水泥环之间的胶结面）、固井二界面（通常指水泥环与地层（或外层套管）之间的胶结面）有较好的润湿反转和清洗驱替效果，可以在井内温度20～90℃条件下，将油基钻井液润湿的油湿界面变为水湿界面，有效解决了页岩气钻井使用油基钻井液，固井时清洗困难，环空顶替不干净的问题。使用该抗冻型冲洗液在页岩气水平井中能够大大提高固井的合格率。即使是现场应用中最难清洗的油基钻井液，使用本发明提供的冲洗液，也具有非常好的冲洗效果。

根据本发明冲洗液的一个具体实施例中，在所述主剂中，所述非离子表面活性剂为15～65份，优选30～60份；阴离子表面活性剂为20～45份，优选20～35份；所述冰点降低剂为15～40份，优选20～35份。在所述范围内，所述冲洗液具有更好的抗冻性能和良好的清洗性能。

根据本发明提供的冲洗液在使用时，将主剂加入到溶剂中，即可以使用，也就意味着所述冲洗液可由主剂和溶剂组成。可根据所述需要，选择所述的溶剂，如水。当溶剂选择水时，所述冲洗液就包括水和主剂或由主剂和水组成，所述水的量可根据生产的需要进行选择。

根据本发明的另外一个方面，提供了所述冲洗液在清洗钻井液中的应用，尤其是清洗油基钻井液中的应用。

当本发明提供的冲洗液用于清洗钻井液，尤其是油基钻井液时，在低温（如0～-15℃的环境温度）下仍然能够有效地进行清洗所述钻井液，达到有效清洗油膜和润湿界面的目的。使用该冲洗液在页岩气水平井中能够大大提高固井的合格率。即使是现场应用中最难清洗的油基钻井液，使用本发明提供的冲洗液，也具有非常好的冲洗效果。

随着页岩油气的大规模开发，油基钻井液的广泛使用，对于冲洗液的需求越来越多，根据本发明提供的清洗油基钻井液冲洗液可以有效清洗环空套管和井壁的钻井液并能润湿反转油膜，提高水泥环与套管、地层的胶结质量，而且不受环境温度限制，适用范围广；为后期长期有效开发页岩油气提供了保障，因此具有良好的应用推广前景

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但并不构成对本发明的任何限制。

实施例1

在容器（如三口瓶）中，在搅拌条件下依次加入55g脂肪醇聚氧乙烯醚、20烷基甘油醚磺酸盐和25g丙三醇，然后逐渐将温度升至40℃，搅拌30min后得冲洗液主剂样品。

实施例2

同实施例1，不同之处在于依次加入45g壬基酚聚氧乙烯醚、25g烷基甘油醚磺酸盐、12g乙醇和18g乙二醇。

实施例3

同实施例1，不同之处在于依次加入40g聚氧乙烯烷基酰醇胺、30g烷基甘油醚磺酸盐、30g乙醇。

润湿性实验

将实例1～3制得的成品用水稀释到浓度为15wt%。用3个洁净金属片浸入油基钻井液中4小时，然后用仪器测取接触角；再分别用实施例1～3的稀释液样品，清洗3个浸润油基钻井液的金属片10分钟，然后每个样品测取接触角。数据如表1中所示。

表1润湿效果

油基钻井液、冲洗液可以改变金属片表面的润湿性。润湿性问题与清洗效果等都有密切关系。润湿性结果由接触角得到。（接触角是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线与固-液交界线之间的夹角θ，是润湿程度的量度。若θ<90°，即液体可润湿固体，其角越小，润湿性越好。由它可以预测如下几种润湿情况：当θ=0，表示固体界面是完全润湿；当θ﹤90°，表示部分润湿或润湿；当θ=90°，是润湿与否的分界线）。

从表1中数据可以看出，金属片冲洗后的接触角θ远远小于80°，而当接触角θ非常小时表明固体界面几乎是完全润湿，可以理解为基本被完全冲洗干净。由此可见，所述冲洗液能够有效地清洗油基钻井液。使用该冲洗液在页岩气水平井中能够大大提高固井的合格率。即使是现场应用中最难清洗的油基钻井液，使用本发明提供的冲洗液，也具有非常好的冲洗效果。

流动性实验

流动性能参照GB/T12578的方法对实施例1～3中的样品在不同温度下进行低温流动性测量。数据如表2所示。

表2不同温度下的流动性

从表2中可以看出，即使在-20℃下，根据本发明提供的冲洗液的主剂仍然具有一定的流动速度。因此，本领域的技术人员可以得知所得到的冲洗液为抗冻型的冲洗液，其在低温下也易于配制，能够有效清洗油膜和润湿界面，因而使用该冲洗液在页岩气水平井中能够大大提高固井的合格率。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims

1.一种用于清洗油基钻井液的抗冻型冲洗液，其主剂由非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和冰点降低剂组成。

2.根据权利要求1所述的冲洗液，其特征在于，所述非离子表面活性剂选自聚氧乙烯醚化合物、聚氧乙烯烷基酰醇胺和脂肪酸聚氧乙烯烷酯。

3.根据权利要求1或2所述的冲洗液，其特征在于，所述阴离子表面活性剂选自烷基苯磺酸钠，烷基硫酸钠，脂肪酸钠和烷基磺酸钠；优选为烷基甘油醚磺酸酯，其分子式为R₅OCH₂CH₂CH₂SO₃Na，式中，R₅为C₂-C₁₆的烷基，优选C₈～C₁₂的烷基。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的冲洗液，其特征在于，所述冰点降低剂选自一元醇和多元醇；优选为多元醇。

5.根据权利要求2～4中任意一项所述的冲洗液，其特征在于，所述聚氧乙烯醚化合物包括脂肪醇聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯醚；

其中，所述脂肪醇聚氧乙烯醚的通式为R₁O(CH₂CH₂O)_mH，式中R₁为C₂-C₁₈的烷基，优选为C₁₂-C₁₈的烷基，3≤m≤20，优选3≤m≤9；

所述烷基酚聚氧乙烯醚的通式为式中烷基R₄为C₂-C₁₆的烷基，优选为C₆-C₁₂的烷基；2≤x≤20，优选8≤x≤12。

6.根据权利要求2～5中任意一项所述的冲洗液，其特征在于，所述聚氧乙烯烷基酰醇胺的通式为R₂CON(CH₂CH₂O)₂H，其中R₂为C₄-C₁₆的烷基，优选C₆-C₁₂的烷基。

7.根据权利要求2～6中任意一项所述的冲洗液，其特征在于，所述脂肪酸聚氧乙烯烷酯的通式为R₃COO(CH₂CH₂O)_nH，其中R₃为C₄-C₂₀的烷基，优选为C₁₂-C₁₈的烷基；4≤n≤20，优选8≤n≤20。

8.根据权利要求1～7中任意一项所述的冲洗液，其特征在于，在所述冰点降低剂中，所述多元醇选自乙二醇、二甘醇和丙三醇。

9.根据权利要求1～8中任意一项所述的冲洗液，其特征在于，所述主剂中，所述非离子表面活性剂为15～65份，优选30～60份；阴离子表面活性剂为20～45份，优选20～35份；所述冰点降低剂为15～40份，优选20～35份。

10.一种根据权利要求1～9中任意一项所述冲洗液在清洗钻井液中的应用，尤其是清洗油基钻井液中的应用。