CN104449597B - 一种泥页岩地层泡沫钻井用强抑制性发泡剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种泥页岩地层泡沫钻井用强抑制性发泡剂。该发泡剂由15%～30%阴离子发泡剂主剂、10%～30%助发泡剂、2%～5%的性能促进剂、水组成。所述的阴离子发泡剂主剂为烷基（苯）磺酸盐、烷基硫酸盐及烷基聚氧乙烯醚磺酸盐之一；所述助发泡剂选自含多胺基的有机胺及低聚合度聚胺类化合物、烷基聚氧乙烯醚及山梨醇酯类表面活性剂之一或其混合物；所述性能促进剂选自烷基糖苷、环氧类低分子聚合物、有机醇类、脂肪酸单乙醇酰胺、脂肪酸二乙醇酰胺之一或其混合物。本发明所提供的发泡剂应用于泥页岩地层时，在保证良好的起泡性同时，提供了极其优良的抑制性。

Description

一种泥页岩地层泡沫钻井用强抑制性发泡剂
技术领域
本发明涉及钻井用化学助剂，具体涉及一种泥页岩地层泡沫钻井用强抑制性发泡剂。
背景技术
空气泡沫钻井是欠平衡钻井的主要方式之一，泡沫流体较常规泥浆钻井液密度低，井底压持效应小，不仅能够有效控制钻井液循环漏失、提高机械钻速，而且能够减轻储层伤害，保护低压油气藏。与纯气体钻井相比，泡沫流体粘度和切力高，悬浮和携岩能力强，能够有效解决气体钻井钻遇地层出水时无法顺利施工的技术难题，是漏失量较大的裂缝储层、压力衰竭地层和低压低渗地层等油气藏勘探开发较为理想的钻井技术之一。但是，由于泡沫钻井过程中泡沫流体所形成的液柱压力不能平衡地层的坍塌压力，而空气泡沫流体又不能在井壁形成泥饼，在遇水膨胀、遇水坍塌等水敏性泥页岩地层钻进时极易造成井壁失稳，引起卡钻等复杂事故，导致钻井工程的失败，因此，对泥页岩地层采用强抑制性的泡沫钻井液体系尤为关键。中国专利CN100535075C公开了一种强抑制性可循环微泡沫钻井液或完井液，其配方为膨润土+抗盐粘土+纯碱+复合抑制剂SD-YZ+低密度提粘剂SD-LVC+低密度提粘降滤失剂SD-LAC+低密度流型调节剂SD-LRC+低密度调节剂组成SD-LDC，其中SD-YZ、SD-LVC、SD-LAC、SD-LRC、SD-LDC均由多种化学剂复合而成，体系极其复杂，对现场应用工艺控制提出了严格的要求，泥浆维护不易。中国专利CN101798499B公开了一种钻井用强抑制性防塌泡沫液，其配方为0.1份稳泡剂（0.05g高粘羧甲基纤维素+0.05g黄原胶）+0.4份发泡剂（0.15份十二烷基硫酸钠K-12 + 0.15份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠AES + 0.05份聚乙二醇辛基苯基醚OP-10 +0.05份商品发泡剂SW-1）+2.6份防塌剂（0.3份次生有机阳离子形成剂CSJ-1 + 0.3份泥页岩抑制剂阳离子I + 2份氯化钾）+3份降滤失剂（2份羧甲基淀粉 + 1份碳酸钙），但该体系存在耐温性能一般，超高分子量聚合物用量较多而导致的泡沫液配制、溶解缓慢、降低了施工效率的问题，同时，该体系化学剂用量大，成本较高。
发明内容
为克服目前技术存在的不足，本发明的目的为应对泥页岩地层泡沫钻进中存在的井壁失稳问题，提供一种强抑制性、组成简单的发泡剂。
本发明所采用的技术方案为：泡沫剂的原料包括阴离子发泡剂主剂、助发泡剂、性能促进剂以及水，按如下组分配制而成：
阴离子发泡剂主剂 15%～30%
助发泡剂 10%～30%
性能促进剂 2%～5%
水 50%～73%
其中阴离子发泡剂主剂是发泡性能强的表面活性剂，在体系中主要起发泡作用，选自烷基（苯）磺酸盐、烷基硫酸盐及烷基聚氧乙烯醚磺酸盐中的一种或其组合物，最佳为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基聚氧乙烯醚磺酸钠。
助发泡剂起到提高体系起泡能力的作用，选自含多胺基的有机胺及低聚合度聚胺类化合物、烷基聚氧乙烯醚及山梨醇酯类表面活性剂中的一种或其组合物。其中多胺基有机胺为烷基二胺、环烷基二胺、乙烯基多胺，低聚合度聚胺类化合物为通式为的聚氧烷基多胺化合物，其中R1、R2是独立选择的总碳数为2-4的直链或包含支链的亚烷基基团、R3、R4为氢或碳原子为1-4的烷基，m的范围为2-30。在本抑制性发泡剂体系中，多胺基有机胺最佳为四亚乙基五胺，低聚合度聚胺类化合物最佳为m=8的聚氧乙烯醚二胺。烷基聚氧乙烯醚为烷基链碳数为12-16、环氧重复单元数为5-12的表面活性剂，最佳为月桂醇聚氧乙烯醚。
性能促进剂在发泡剂体系中起到提供抑制泥页岩井壁吸水膨胀、增加泡沫稳定性、增加体系之间配伍性的作用，选自烷基糖苷、环氧类低分子聚合物、C数为5-20的有机醇类、脂肪酸单乙醇酰胺、脂肪酸二乙醇酰胺中的一种或其组合物，优选为甲基葡萄糖苷、C数为8-16的有机伯醇、椰油酸单乙醇酰胺。
本发明所提供的发泡剂中，性能促进剂的C数为5-20的有机醇类和脂肪酸单乙醇酰胺通过与发泡剂间隔分布在液膜表面，降低表面活性剂之间的斥力、提高形成液膜的致密性以达到降低泡沫的透气性，从而起到增强泡沫稳定性的目的。但最佳为十六醇或椰油酸单乙醇酰胺，均为水不溶性有机物，助发泡剂可增加其在水中的溶解性，达到增加体系相容性与配伍性的目的。另一方面，甲基葡萄糖苷在钻井液的应用中，可吸附于井壁，形成特定的保护膜层，抑制泥页岩的吸水膨胀，从而提供强抑制性。但是，在体系中，助发泡剂的过量使用将增大性能促进剂在溶液相中分布，降低稳泡剂在液膜表面的分布量，从而使泡沫的稳定性降低，因此，钻井应用中，发泡剂、助发泡剂及性能促进剂的比例需严格调控，以保证提供的泡沫具有最优的稳定性，反之，亦可根据现场应用时对泡沫稳定性和泥页岩抑制性的要求，通过调整性能促进剂及助发泡剂的比例来实现。
本发明与现有技术相比具有的有益效果如下：
1) 本发泡剂应用于泥页岩地层时，在保证良好的起泡性同时，提供了极其优良的抑制性。
2）本发泡剂提供的泡沫的稳定性和抑制性可根据现场的实际需要，通过调整各剂的组成比例来调节，简便易操作。
3) 本发泡剂组成简单，配制容易，价格相对低廉。
4) 本发泡剂不含高分子量聚合物，现场添加时溶解迅速，使用方便。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明，其目的仅在于更好的理解本发明而非限制本发明保护的范围。
实施例1~5：发泡剂的制备
实施例1
将15.0g阴离子表面活性剂主剂十二烷基苯磺酸钠加入到250mL三口玻璃瓶中，再加入73.0g水，开动搅拌并加热到40℃使其溶解，再加入2.0g甲基葡萄糖苷、5.0g四亚乙基五胺、5.0g月桂醇聚氧乙烯醚，搅拌至完全溶解，即得发泡剂产品。
实施例2
将30.0g阴离子表面活性剂主剂十二烷基苯磺酸钠加入到250mL三口玻璃瓶中，再加入50.0g水，开动搅拌并加热到60℃使其溶解，再加入1.0g椰油酸单乙醇酰胺、4.0g甲基葡萄糖苷及10.0g分子式为的聚氧乙烯醚二胺、5.0g月桂醇聚氧乙烯醚，搅拌至完全均匀，即得发泡剂产品。
实施例3
将20.0g阴离子表面活性剂主剂十二烷基聚氧乙烯醚磺酸钠加入到250mL三口玻璃瓶中，再加入56.0g水，开动搅拌并加热到60℃使其溶解，再加入1.0g十六醇、3.0g甲基葡萄糖苷及20.0g分子式为的聚氧乙烯醚二胺，搅拌至完全均匀，即得发泡剂产品。
实施例4
将15.0g阴离子表面活性剂主剂十二烷基聚氧乙烯醚磺酸钠加入到250mL三口玻璃瓶中，再加入50.0g水，开动搅拌并加热到60℃使其溶解，再加入5.0g甲基葡萄糖苷及30.0g分子式为的聚氧乙烯醚二胺，搅拌至完全均匀，即得发泡剂产品。
实施例5
将20.0g阴离子表面活性剂主剂十二烷基聚氧乙烯醚磺酸钠加入到250mL三口玻璃瓶中，再加入67.0g水，开动搅拌并加热到60℃使其溶解，再加入3.0g十六醇及15.0g分子式为的聚氧乙烯醚二胺，搅拌至完全均匀，即得发泡剂产品。
实施例6：发泡剂的性能评价
发泡剂的泡沫性能：取10.0 g发泡剂样品，加入990.0 g去离子水配制成发泡剂溶液（浓度为1.0 wt%）。取100 mL溶液倒入高速搅拌机的量杯中，以11000 rpm的速度搅拌1min，搅拌停止后开始计时，迅速将形成泡沫倒入到量筒中，测量并记录泡沫的体积Vf，记录泡沫中析出50 mL液体所用时间t1（析液半衰期）及泡沫体积降至初始体积一半所用时间t2（泡沫半衰期）。
发泡剂的抑制性能：参照标准《SY-T5613-2000泥页岩理化性能试验方法》测试泥页岩在清水以及发泡剂溶液中的岩心滚动回收率。具体步骤：称取4-8目岩心20.0g，加至高温老化釜中，随后将350 mL去离子水或1.0 wt%浓度的发泡剂溶液体系加入老化釜，80℃热滚16h后，将岩心过100目筛，筛留物105℃干燥4h，干燥器内冷却至室温，称重。回收岩屑的重量与初始岩屑重量之比即为一次岩心回收率。
表1.发泡剂性能评价结果
样品 泡沫体积(mL) 析液半衰期(S) 泡沫半衰期(min) 岩心滚动回收率(%)
清水 - - - 62.84
实施例1样品 520 850 125 95.20
实施例2样品 580 1012 190 96.12
实施例3样品 505 989 162 97.60
实施例4样品 495 825 103 98.86
实施例5样品 520 1105 231 96.82

Claims (4)

1.一种泥页岩地层泡沫钻井用强抑制性发泡剂，其特征在于该泡沫剂的原料包括阴离子发泡剂主剂、助发泡剂、性能促进剂以及水，按如下组分配制而成：
阴离子发泡剂主剂 15%～30%
助发泡剂 10%～30%
性能促进剂 2%～5%
水 50%～73%；
所述的阴离子发泡剂主剂选自烷基苯磺酸盐、烷基硫酸盐及烷基聚氧乙烯醚磺酸盐中的一种或其组合物；
所述助发泡剂选自含多胺基的有机胺和低聚合度聚胺类化合物中的一种或两种、多胺基的有机胺与烷基聚氧乙烯醚的混合物、多胺基的有机胺与山梨醇酯类表面活性剂的混合物、多胺基的有机胺与烷基聚氧乙烯醚和山梨醇酯类表面活性剂的混合物、低聚合度聚胺类化合物与烷基聚氧乙烯醚的混合物、低聚合度聚胺类化合物与山梨醇酯类表面活性剂的混合物或者低聚合度聚胺类化合物与烷基聚氧乙烯醚和山梨醇酯类表面活性剂的混合物；所述多胺基的有机胺及低聚合度聚胺类化合物分别选自乙烯基多胺及分子结构通式为的聚氧烷基多胺化合物，其中R1、R2是独立选择的总碳数为2-4的直链或包含支链的亚烷基基团、R3、R4为氢或碳原子为1-4的烷基，m的范围为2-30；所述烷基聚氧乙烯醚为烷基链碳数为12-16、环氧重复单元数为5-12的表面活性剂；
所述性能促进剂选自烷基糖苷、C数为5-20的有机醇类、脂肪酸单乙醇酰胺、脂肪酸二乙醇酰胺中的一种或其组合物。
2.根据权利要求1所述的一种泥页岩地层泡沫钻井用强抑制性发泡剂，其特征在于阴离子发泡剂主剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠及十二烷基聚氧乙烯醚磺酸钠中的一种或其组合物。
3.根据权利要求1所述的一种泥页岩地层泡沫钻井用强抑制性发泡剂，其特征在于所述性能促进剂选自甲基葡萄糖苷、C数为8-16的有机伯醇、椰油酸单乙醇酰胺中的一种或其组合物。
4.根据权利要求1所述的一种泥页岩地层泡沫钻井用强抑制性发泡剂，其特征在于所述多胺基的有机胺及低聚合度聚胺类化合物分别选自四亚乙基五胺及m=8的聚氧乙烯醚二胺；所述烷基聚氧乙烯醚为月桂醇聚氧乙烯醚。
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