CN104962259A - 一种油基泥浆固井用双效隔离液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油基泥浆固井用双效隔离液及其制备方法，油基泥浆固井用双效隔离液含有以下重量份的原料：100份清水，10~20份冲洗剂，10~15份填充剂，1~5份缓凝剂，0.1~0.2份消泡剂，0～260份加重剂，1~2份隔离剂；其制备方法是在100份清水中加入1~2份的隔离剂，低速下充分搅拌均匀后慢慢加入15~20份的填充剂，1~5份的缓凝剂，待基液配置完成后根据密度要求加入加重剂，搅拌均匀后加入10~15份的冲洗剂保持低速旋转，待液体分布均匀最后加入0.1~0.2份的消泡剂，保持转速继续搅拌1~2小时。本发明的油基泥浆固井用双效隔离液将亲油界面转化为亲水界面，从而降低油基泥浆对常规水泥浆体系的污染，解决两界面胶结问题，实现环空界面的高质量胶结和封固，保证泥浆的稳定性。

Description

一种油基泥浆固井用双效隔离液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种油基泥浆固井用双效隔离液及其制备方法，石油天然气钻井固井技术油田化学领域。
背景技术
目前国内隔离液技术发展相对缓慢，隔离液体系的研究主要针对于某区块或油田，密度控制范围小，性能和用途范围窄，不能适应各种井况条件和现场的使用要求，不具有广泛应用性；且流变性能的调节能力和范围不满足钻井液、水泥浆顶替机理的要求以及现场的应用要求。
随着以页岩气为代表的非常规油气资源的不断开发，油基钻井液广泛运用于页岩气钻井技术中，其具有能抗高温、抗盐钙侵、有助于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度小等多种优点。但是，不可避免地将面临油基泥浆固井方面的难题。目前，国内外70％页岩气均使用油基泥浆钻井液开发，油基钻井液钻完井，套管壁、井壁上粘附着一层油膜，其导致水泥环界面胶结性能变差，严重影响顶替效率以及固井质量。另外，油基泥浆与水泥浆的相容性较差，油基泥浆中被油包含着的固相遇到水泥浆，会发生破乳现象，稳定性降低；油基泥浆破乳后与水泥浆中的水泥颗粒发生作用形成胶凝物，极易造成堵塞，影响固井施工的顺利进行。与常规水泥浆固井相比，当井筒内的油基泥浆不能得到有效驱替时，会严重影响第一胶结面的剪切胶结及第二胶结面的水力胶结。
基于以上油基泥浆固井方面存在的问题，常规的隔离液已不能满足各种环境复杂油井性能要求，需要采用具有良好地冲洗和隔离功能以及能够适应各种复杂环境的隔离液体系。本发明经过长时间的探索，将冲洗和隔离功能整合在一起，开发出了一种具有良好地冲洗和隔离功能以及能够适应各种复杂环境的双效隔离液体系，这种双效的隔离液能够将亲油界面转化为亲水界面，从而降低油基泥浆对常规水泥浆体系的污染，解决两界面胶结问题，实现环空界面的高质量胶结和封固，还能满足各种复杂环境的油井条件。同时，该隔离液与油基泥浆接触后可以防止油基泥浆破乳，保证泥浆的稳定性。
双效隔离液主要作用机理有：
①润湿反转：隔离液中的表面活性剂分子可与乳化剂的非极性基团结合，消弱它的亲油性，使乳化剂由亲油转变为亲水状态。
②逆乳化增溶作用：表面活性剂分子具有双亲结构性质，可产生润湿、逆乳化亲水增溶作用，形成水包油状胶束，分散悬浮于冲洗液中。
③渗透作用：与油的烃链分子形成分子间力，降低界面张力，对界面上的油膜形成非常强的渗透力，加快界面上油浆、油膜的溶解分离速率。
④螯合作用：与油基钻井液中的Ca2+、Mg2+、Fe3+等金属离子形成配位键，产生螯合作用，生成稳定的、溶于水的或者胶状悬浮状态的二元或多元络合物。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种油基泥浆固井用双效隔离液及其制备方法，应用表面活性剂及胶体理论，解决油基泥浆固井中面临的油膜冲洗问题及防止油基泥浆破乳的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种油基泥浆固井用双效隔离液，含有以下重量份的原料：100份清水，10～20份冲洗剂，1～2份隔离剂，10～15份填充剂，1～5份缓凝剂，0.1～0.2份消泡剂；所述的冲洗剂为磷脂类复合表面活性剂；所述的填充剂为超细微粒材料；所述的缓凝剂为AMPS聚合物类缓凝剂；所述的消泡剂为聚醚类消泡剂；所述隔离剂为聚乙烯类有机高分子隔离剂。
一种油基泥浆固井用双效隔离液，还包括0～260份加重剂，所述的加重剂为重晶石或铁矿粉。
一种油基泥浆固井用双效隔离液的制备方法，包括以下步骤：在100份清水中加入1～2份的隔离剂，1800r/min下充分搅拌均匀后慢慢加入15～20份的填充剂，1～5份的缓凝剂，待基液配置完成后根据密度要求加入加重剂，搅拌均匀后加入10～15份的冲洗剂保持低速旋转，待液体分布均匀最后加入0.1～0.2份的消泡剂，保持转速继续搅拌1～2小时。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的油基泥浆固井用双效隔离液对油基泥浆具有很好的隔离效果，其主要成分是高分子聚合物隔离剂、油基泥浆高效冲洗剂以及适当加量的缓凝剂和加重剂。
(2)本发明采用的冲洗剂对油基泥浆滤饼具有渗透作用，其中的油基泥浆高效冲洗剂可与油基泥浆形成分子间力，降低界面张力，对界面上的油膜具有强渗透力，从而加快界面上油浆、油膜的溶解分离速率。
(3)本发明提供的油基泥浆固井用双效隔离液，具有逆乳化增溶作用。具有乳化作用的油基泥浆高效冲洗液与油基泥浆滤饼接触时能够乳化油基泥浆滤饼，该双效隔离液的隔离性和对油基泥浆滤饼的高效冲洗性可增强滤饼溶解性及可渗透性，促进油基泥浆双效隔离液对滤饼的渗透、溶解、稀释的作用。
(4)本发明提供的油基泥浆固井用双效隔离液，与泥浆、水泥浆有很好的配伍性能，缓凝剂和冲洗剂的加入使得其对层流顶替接触面的水泥浆、泥浆具有一定稀释、降黏作用；高分子隔离剂具有增粘作用，使得泥浆、隔离液、水泥浆具有一定粘度梯度，可抑制泥浆、隔离液二界面的泥浆窜槽。
(5)本发明提供的油基泥浆固井用双效隔离液，与水泥浆、泥浆三相混合后，其高分子隔离剂吸附于水泥颗粒表面，阻止了泥浆中的污染粒子与水泥颗粒直接接触污染，保持了混合浆体的流动性；缓凝剂的加入可起到延长混合浆体稠化时间作用，以免因稠化时间缩短而造成工程事故。
附图说明
图1为隔离液养护曲线；
图2为相容性实验稠化曲线(70％水泥浆+20％隔离液+10％油基泥浆)。
具体实施方式
下面结合实施例与附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
【实施例1】本发明提供的一种油基泥浆固井用双效隔离液，密度1.01g/cm3，它含有以下重量份的原料，95份清水，10份冲洗剂，10份填充剂，1份缓凝剂，0.1份消泡剂，1份隔离剂。所述的冲洗剂为磷脂类复合表面活性剂；填充剂为超细微粒材料；缓凝剂为AMPS聚合物类缓凝剂；消泡剂为聚醚类消泡剂；隔离剂为聚乙烯类有机高分子聚合物隔离剂。
一种油基泥浆固井用双效隔离液其制备方法是：在95份清水中加入1份的隔离剂，低速下充分搅拌均匀后慢慢加入10份的填充剂，1份的缓凝剂，搅拌均匀后加入10份的冲洗剂保持低速旋转，待液体分布均匀最后加入0.1份的消泡剂，保持转速继续搅拌1小时。测定水泥浆的相关性能，结果见表1。
【实施例2】本发明提供的一种油基泥浆固井用双效隔离液，密度1.25g/cm3，它含有以下重量份的原料，100份清水，12份冲洗剂，12份填充剂，2份缓凝剂，0.2份消泡剂，1.5份隔离剂，38份加重剂。所述的冲洗剂为磷脂类复合表面活性剂；填充剂为超细微粒材料；缓凝剂为AMPS聚合物类缓凝剂；消泡剂为聚醚类消泡剂；隔离剂为聚乙烯类有机高分子聚合物隔离剂，所述的加重剂为重晶石。
一种油基泥浆固井用双效隔离液其制备方法是：在100份清水中加入1.5份的隔离剂，低速下充分搅拌均匀后慢慢加入12份的填充剂，2份的缓凝剂，待基液配置完成后加入38份加重剂，搅拌均匀后加入12份的冲洗剂保持低速旋转，待液体分布均匀最后加入0.2份的消泡剂，保持转速继续搅拌1小时。测定水泥浆的相关性能，结果见表1。
【实施例3】本发明提供的一种油基泥浆固井用双效隔离液，密度1.50g/cm3，它含有以下重量份的原料，100份清水，12份冲洗剂，10份填充剂，2份缓凝剂，0.15份消泡剂，1.5份隔离剂，85份加重剂。所述的冲洗剂为磷脂类复合表面活性剂；填充剂为超细微粒材料；缓凝剂为AMPS聚合物类缓凝剂；消泡剂为聚醚类消泡剂；隔离剂为聚乙烯类有机高分子聚合物隔离剂；加重剂为铁矿粉。
一种油基泥浆固井用双效隔离液其制备方法是：在100份清水中加1.5入份的隔离剂，低速下充分搅拌均匀后慢慢加入10份的填充剂，2份的缓凝剂，待基液配置完成后加入85份加重剂，搅拌均匀后加入12份的冲洗剂保持低速旋转，待液体分布均匀最后加入0.15份的消泡剂，保持转速继续搅拌1小时。测定水泥浆的相关性能，结果见表1。
【实施例4】本发明提供的一种油基泥浆固井用双效隔离液，密度1.68g/cm3，它含有以下重量份的原料，105份清水，15份冲洗剂，15份填充剂，5份缓凝剂，0.2份消泡剂，2份隔离剂，125份加重剂。所述的冲洗剂为磷脂类复合表面活性剂；填充剂为超细微粒材料；缓凝剂为AMPS聚合物类缓凝剂；消泡剂为聚醚类消泡剂；隔离剂为聚乙烯类有机高分子聚合物隔离剂，加重剂为重晶石。
一种油基泥浆固井用双效隔离液其制备方法是：在105份清水中加2入份的隔离剂，低速下充分搅拌均匀后慢慢加入15份的填充剂，5份的缓凝剂，待基液配置完成后加入125份加重剂，搅拌均匀后加入15份的冲洗剂保持低速旋转，待液体分布均匀最后加0.2入份的消泡剂，保持转速继续搅拌1.5小时。测定水泥浆的相关性能，结果见表1。
【实施例5】本发明提供的一种油基泥浆固井用双效隔离液，密度1.90g/cm3，它含有以下重量份的原料，105份清水，20份冲洗剂，15份填充剂，5份缓凝剂，0.2份消泡剂，1.2份隔离剂，180份加重剂。所述的冲洗剂为磷脂类复合表面活性剂；填充剂为超细微粒材料；缓凝剂为AMPS聚合物类缓凝剂；消泡剂为聚醚类消泡剂；隔离剂为聚乙烯类有机高分子聚合物隔离剂；加重剂为铁矿粉。
一种油基泥浆固井用双效隔离液其制备方法是：在100份清水中加1.2入份的隔离剂，低速下充分搅拌均匀后慢慢加入15份的填充剂，5份的缓凝剂，待基液配置完成后加入180份加重剂，搅拌均匀后加入20份的冲洗剂保持低速旋转，待液体分布均匀最后加0.2入份的消泡剂，保持转速继续搅拌1.5小时。测定水泥浆的相关性能，结果见表1。
【实施例6】本发明提供的一种油基泥浆固井用双效隔离液，密度2.10g/cm3，它含有以下重量份的原料，105份的清水，20份冲洗剂，15份填充剂，5份缓凝剂，0.2份消泡剂，2份隔离剂，260份加重剂。所述的冲洗剂为磷脂类复合表面活性剂；填充剂为超细微粒材料；缓凝剂为AMPS聚合物类缓凝剂；消泡剂为聚醚类消泡剂；隔离剂为聚乙烯类有机高分子聚合物隔离剂；加重剂为铁矿粉。
一种油基泥浆固井用双效隔离液其制备方法是：在105份清水中加2入份的隔离剂，低速下充分搅拌均匀后慢慢加入15份的填充剂，5份的缓凝剂，待基液配置完成后加入260份加重剂，搅拌均匀后加入20份的冲洗剂保持低速旋转，待液体分布均匀最后加0.2入份的消泡剂，保持转速继续搅拌2小时。测定水泥浆的相关性能，结果见表1。
【对比例1】一种油基泥浆固井用双效隔离液，密度1.50g/cm3，各添加剂按重量份计，其中以水的加量为基准，水的加量为100份，各种外加剂加量为1.2份隔离剂，10份填充剂，85份加重剂，2份缓凝剂，0.2份消泡剂。将上述原料混合搅拌均匀。测定水泥浆的相关性能，结果见表1。
【对比例2】一种油基泥浆固井用双效隔离液，密度2.10g/cm3，各添加剂按重量份计，其中以水的加量为基准，水的加量为100份，各种外加剂加量为1.5份隔离剂，15份填充剂，255份加重剂，2份缓凝剂，0.2份消泡剂。测定水泥浆的相关性能，结果见表1。
表1隔离液流变性能
本发明提供的油基泥浆固井用双效隔离液，属广义牛顿流体。可通过隔离剂的加量调整其流动指数(n)和稠度系数(K)；双效隔离液在泵送过程中温度升高，稠度系数减小，降低流体长程泵送阻力。
实施例4、5、6与对比例1、2制备隔离液的冲洗效果测试如表2：
表2隔离液冲洗效果评价结果
本发明提供的油基泥浆固井用双效隔离液，对油基泥浆具有良好的冲洗效果。表2为发明提供的各实施例在不同冲洗时间下的实验室冲洗效果评价；其中，实验中采用的油基泥浆与隔离液密度相同。
从表2可以看出，通过对比例与实施例的比较，实施例的冲洗效率远远高于对比例的冲洗效率数倍，表明本发明的双效隔离液对油基泥浆的冲洗效率非常高，达到90％以上，充分体现了双效隔离液对油基泥浆具有良好的分散乳化和冲洗的效果。
本发明提供的油基泥浆固井用双效隔离液，能够很好的分隔油基泥浆和固井水泥浆，避免由二者直接接触而造成破乳增稠使水泥浆失去流动性，导致工程事故。
本发明提供的油基泥浆固井用双效隔离液，其采用的冲洗剂对油基泥浆滤饼具有渗透作用，可与油基泥浆形成分子间力，降低界面张力，对界面上的油膜有强渗透力，从而加快界面上油浆、油膜的溶解分离速率。
本发明提供的油基泥浆固井用双效隔离液，具有逆乳化增溶作用，在与油基泥浆滤饼接触时能够乳化油基泥浆滤饼，增强滤饼溶解性及可渗透性，促进油基泥浆双效隔离液对滤饼的渗透、溶解、稀释的作用。
本发明提供的油基泥浆固井用双效隔离液(实施例5)与油基泥浆、固井水泥浆的相容性实验评价测试结果如表3：
表3相容性评价结果
从表3可以看出本发明提供的油基泥浆固井用双效隔离液，与水泥浆、泥浆三相混合后配伍性好，能够改善泥浆与水泥浆之间的直接接触污染，恢复了混合浆体的流动性，提高了水泥浆的性能。图1所示为本专利提供的双效隔离液在90℃、46MPa下的养护曲线，从图中可以看出，本专利提供的双效隔离液在养护过程中无增稠等异常情况，稠度值随温度的升高略有降低，最后维持在一定值；表明本专利提供的双效隔离液入井后可保持原有的流态的同时可降低流动阻力，有助于降低泵压和固井施工的顺利进行。图2所示为(水泥浆：隔离液：泥浆＝7:2:1)90℃条件下相容性实验稠化曲线；从图中可以看出，本专利提供的双效隔离液与油基泥浆、水泥浆之间有很好的三相相容性，养护过程中无增稠、鼓包、早凝等异常现象产生；其中，所采用的固井水泥浆稠化时间为200±20min。
本发明提供的油基泥浆固井用双效隔离液，采用水溶性聚乙烯基类隔离剂，其溶于水后，可通过聚合物分子之间氢键形成交联网状结构，达到增加黏度和控制加重体系稳定性的作用。该隔离剂为链状聚合物，在高温条件下，线性分子链得到舒展，起到降低黏度和减小泵送阻力的作用。该水溶性聚乙烯基类聚合物可以与水分子之间形成氢键，达到锁水的作用。在泥浆与隔离液、隔离液与水泥浆的界面上，聚合物分子间氢键的交联作用、聚合物分子与水分子间氢键的锁水作用可以有效的抑制界面两侧不同流体互窜，发挥固井隔离液的作用。
本发明提供的油基泥浆固井用双效隔离液，采用水溶性复配冲洗剂，其主剂为具有高效洗涤、去油能力的表面活性剂，可形成油包水乳化液，助剂采为具有乳化作用的表面活性剂，可形成水包油的水溶性体系。主剂有效的形成乳化液，助剂提高乳化液的水溶性能，将亲油界面转换为亲水界面，二者复配作用下可促进该复配冲洗剂对油基泥浆滤饼的乳化增溶作用。此外，本专利采用的复配冲洗剂还加入了小分子螯合剂，小分子螯合剂对油基泥浆滤饼具有较强的渗透性，其渗透到油基泥浆滤饼中可与其中的Ca2+、Mg2+等阳离子离子产生螯合作用，从油基泥浆滤饼内部继续进行渗透和润湿，实现润湿反转，提高滤饼疏松度，改善冲洗性能。
本发明主要运用表面活性剂及胶体理论，研制出一种具有良好冲洗效果及隔离功能的双效隔离液体系，将亲油界面转化为亲水界面，从而降低油基泥浆对常规水泥浆体系的污染，解决两界面胶结问题，实现环空界面的高质量胶结和封固，保证泥浆的稳定性。

Claims (8)

1.一种油基泥浆固井用双效隔离液，其特征在于，含有以下重量份的原料：95~105份清水，10~20份冲洗剂，1~2份隔离剂，10~15份填充剂，1~5份缓凝剂，0.1~0.2份消泡剂。
2.根据权利要求1所述的一种油基泥浆固井用双效隔离液，其特征在于，所述的冲洗剂为磷脂类复合表面活性剂。
3.根据权利要求1所述的一种油基泥浆固井用双效隔离液，其特征在于，所述的填充剂为超细微粒材料。
4.根据权利要求1所述的一种油基泥浆固井用双效隔离液，其特征在于，所述的缓凝剂为AMPS聚合物类缓凝剂。
5.根据权利要求1所述的一种油基泥浆固井用双效隔离液，其特征在于，所述的消泡剂为聚醚类消泡剂。
6.根据权利要求1所述的一种油基泥浆固井用双效隔离液，其特征在于，所述隔离剂为聚乙烯类有机高分子隔离剂。
7.根据权利要求1所述的一种油基泥浆固井用双效隔离液，其特征在于，还包括0～260份加重剂，所述的加重剂为重晶石或铁矿粉。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的一种油基泥浆固井用双效隔离液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在100份清水中加入1~2份的隔离剂，1800r/min下充分搅拌均匀后慢慢加入15~20份的填充剂，1~5份的缓凝剂，待基液配置完成后根据密度要求加入加重剂，搅拌均匀后加入10~15份的冲洗剂保持低速旋转，待液体分布均匀最后加入0.1~0.2份的消泡剂，保持转速继续搅拌1~2小时。
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