CN105001841A - 提高油基钻井液固井质量的乳化冲洗隔离液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了提高油基钻井液固井质量的乳化冲洗隔离液及其制备方法，该隔离液由以下组分按重量份配比组成：200份水，5～10份表面活性剂，70～75份基油，4～15份悬浮稳定剂，0.2～3.0份降失水剂，0.2～2.0份增粘剂，0.2～5.0份稀释剂，80～400份加重剂，0.05份消泡剂；所述表面活性剂由椰子油脂肪酸二乙醇酰胺CDEA与烷基糖苷APG以1:2的重量比组成。该乳化冲洗隔离液通过具有渗透、溶解、增容、携带等乳化结构，对套管壁粘附的油基钻井液及泥饼有更好冲洗能力，隔离液中的表面活性剂分子能吸附在套管及井壁表面，改善界面润湿性，使水泥浆与套管及井壁发生更好的接触胶结，提高了固井一、二界面胶结质量。

Description

提高油基钻井液固井质量的乳化冲洗隔离液及其制备方法

技术领域

本发明涉及用于提高油基钻井液钻井条件下固井一、二界面胶结强度及固井质量的一种乳化冲洗隔离液及其制备方法。

背景技术

由于油基钻井液具有性能稳定、抗污染能力强，可以抑制泥页岩等储层粘土矿物吸水膨胀，有利于保持井壁稳定等特性，加之页岩气开发力度不断加大，使油基钻井液在泥页岩、盐膏层等复杂地层和大位移井、高温深井等特殊钻井工艺中得到大规模使用。但油基钻井液粘度高、附着力强，造成套管及井壁冲洗困难，使水泥浆与套管壁或井壁之间存在一定厚度的不可固化层，严重影响水泥石与界面的胶结质量，造成微裂缝、微间隙的存在，无法实现层间封隔及抗窜的作用；同时，套管壁及井壁在油基钻井液长期作用下变成亲油性表面，而水泥浆为亲水性水化材料，由于油水不相容导致水泥浆无法与界面良好胶结，降低固井一、二界面水泥环胶结强度，影响固井质量。使环空水泥环无法有效地封隔油气水层，给后期的油气开采效率及开采寿命带来严峻挑战。

目前，普遍认为对界面粘附的油基钻井液、泥饼的有效冲洗及对界面高效的润湿反转是提高油基钻井液条件下界面胶结质量的关键因素。目前国内针对油基钻井液固井，常采用调整后的油基钻井液作为冲洗液，并且在用的隔离液作用单一、效果差且不成体系。尤其在水平井的水平段、大斜度井的造斜段等复杂井段，套管居中度差，顶替效率低，目前的冲洗液和隔离液不能高效清除井壁滤饼，无法满足固井的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高油基钻井液固井质量的乳化冲洗隔离液，该乳化冲洗隔离液可以通过具有渗透、溶解、增容、携带等性能的乳化结构，使其对套管壁粘附的油基钻井液及井壁形成的泥饼有更好冲洗能力，同时隔离液中的表面活性剂分子能吸附在套管及井壁表面，将界面从亲油性变为亲水性，改善界面润湿性，使水泥浆与套管及井壁发生更好的接触胶结。本发明通过以上两方面的作用来提高固井一、二界面胶结质量，克服了现有技术的不足，提高了环空顶替油基钻井液的效率，最大程度地冲洗井壁上附着的滤饼且实现界面的润湿反转。

本发明的另一目的还在于提供上述乳化冲洗隔离液的制备方法，该方法原理可靠，操作简便，具有广阔的市场前景。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

提高油基钻井液固井质量的乳化冲洗隔离液，由以下组分按重量份配比组成：200份水，5～10份表面活性剂，70～75份基油，4～15份悬浮稳定剂，0.2～3.0份降失水剂，0.2～2.0份增粘剂，0.2～5.0份稀释剂，80～400份加重剂，0.05份消泡剂。

所述表面活性剂由椰子油脂肪酸二乙醇酰胺CDEA与烷基糖苷APG以1:2的重量比组成。

所述基油为柴油或矿物油。

所述悬浮稳定剂为钠基膨润土。

所述降失水剂为腐植酸钠。

所述增粘剂为羧甲基纤维素钠。

所述稀释剂为磺甲基五倍子酸钠。

所述加重剂为重晶石或铁矿粉。

所述消泡剂为磷酸三丁酯。

以上物质均为市售。

所述提高油基钻井液固井质量的乳化冲洗隔离液的制备方法，如下：

在浆杯中放入100份水，加入5～10份表面活性剂，加入0.05份增粘剂，以8000r/min的转速搅拌10min，再加入70～75份基油，然后以8000r/min转速搅拌5min形成乳状液；在另一浆杯中放入100份水，投入4～15份悬浮稳定剂，搅拌3h；再依次投入0.2～3.0份降失水剂，0.15～1.95份增粘剂，0.2～5.0份稀释剂，搅拌均匀调节性能达到要求后投入80～400份加重剂至要求的密度；将上述两种溶液混合，加入0.05份消泡剂，搅拌1h即得乳化冲洗隔离液。

本发明中的表面活性剂椰子油脂肪酸二乙醇酰胺CDEA为非离子表面活性剂，无浊点，因此具有良好的抗温性，解决了高温冲洗性能下降的问题；CDEA易溶于水，具有良好的渗透去污、抗硬水等性能，能增强清洁效果。表面活性剂烷基糖苷APG，是兼具非离子和阴离子表面活性剂特性的新型非离子表面活性剂，表面张力低、去污力好；耐高温、耐强碱和耐高浓度电解质；配伍性能好，能与各种离子型、非离子型表面活性剂复配产生增效作用。因此，用复配表面活性剂能够使乳化冲洗隔离液具有更好的抗温、抗盐、渗透、清洗等能力，可以保证在复杂工况条件下的应用效果。

本发明乳化冲洗隔离液与油基钻井液、水泥浆都表现出良好的化学相容性，可防止水泥浆与油基钻井液的接触污染，有效提高固井作业的顶替效率。在高温高压下乳状液结构稳定，满足工况要求的基础上不出现破乳现象，使乳化冲洗隔离液具有良好的界面冲洗及润湿反转能力，能够有效地冲洗套管表面粘附的油基钻井液及井壁滤饼，将胶结面从油润湿变为水润湿，实现水泥浆界面的良好胶结，显著提高界面胶结强度。同时，乳化冲洗隔离液悬浮稳定性好，可根据地层承压能力与现场实际情况加入加重剂配制所需密度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)乳化冲洗隔离液密度范围广，在1.2～2.4g/cm³范围内可调节，且高密度隔离液可一次性加重至设计要求，保证高压井、页岩气深井超深井井底压力平衡；(2)乳化冲洗隔离液中的乳状液结构高温稳定性好，不容易破乳，在30～150℃温度范围内均保持稳定，能够满足高温深井的工况要求；(3)乳化冲洗隔离液具有良好的渗透、溶解、携带作用，其乳状液结构可以进一步增容钻井液，提高对在套管壁上粘附钻井液、井壁泥饼的冲洗效率，改善界面胶结状态，提高界面与水泥石的胶结强度；(4)乳化冲洗隔离液具有改善界面润湿性的作用，界面由亲油性变为亲水性，使水泥浆与界面更好胶结；(5)乳化冲洗隔离液流变性能好，对钻井液的顶替效率高，且流变性能不受钻井液、水泥浆的影响；(6)乳化冲洗隔离液具有良好的抗高温、抗盐性能，使其可应用于高温深井、盐膏层等复杂地层固井；(7)乳化冲洗隔离液与油基钻井液、水泥浆化学兼容性良好，抗污染能力强。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不构成对本发明的任何限制。

实施例中所用油基钻井液样品为某油气田盐膏层钻进时所采用的柴油基钻井液，主要指标见表1。

表1柴油基钻井液主要指标

项目	密度，g/cm3	油水比	应用井深，m	应用温度，℃
					样品	2.20	85:15	6892	150

一、提高油基钻井液固井质量的乳化冲洗隔离液的制备

实施例1

在浆杯中放入100份水，加入5～10份表面活性剂，加入0.05份羧甲基纤维素钠，以8000r/min的转速搅拌10min，再加入70～75份基油，然后以8000r/min转速搅拌5min形成乳状液；在另一浆杯中放入100份水，加入8份钠基膨润土，搅拌3h；再依次加入0.6份腐植酸钠、0.5份羧甲基纤维素钠，0.5份磺甲基五倍子酸钠，搅拌均匀调节性能达到要求后投入90份重晶石粉；将上述两种溶液混合，加入0.05份磷酸三丁酯搅拌1h即得密度为1.3g/cm3乳化冲洗隔离液。

实施例2

在浆杯中放入100份水，加入5～10份表面活性剂，加入0.05份羧甲基纤维素钠，以8000r/min的转速搅拌10min，再加入70～75份基油，然后以8000r/min转速搅拌5min形成乳状液；在另一浆杯中放入100份水，加入10份钠基膨润土，搅拌3h；再依次加入2.0份腐植酸钠、1.3份羧甲基纤维素钠，2.5份磺甲基五倍子酸钠，搅拌均匀调节性能达到要求后投入220份重晶石粉；将上述两种溶液混合，加入0.05份磷酸三丁酯搅拌1h即得密度为1.7g/cm3乳化冲洗隔离液。

实施例3

在浆杯中放入100份水，加入5～10份表面活性剂，加入0.05份羧甲基纤维素钠，以8000r/min的转速搅拌10min，再加入70～75份基油，然后以8000r/min转速搅拌5min形成乳状液；在另一浆杯中放入100份水，加入15份钠基膨润土，搅拌3h；再依次加入3.0份腐植酸钠、1.5份羧甲基纤维素钠，3.5份磺甲基五倍子酸钠，搅拌均匀调节性能达到要求后投入365份重晶石粉；将上述两种溶液混合，加入0.05份磷酸三丁酯搅拌1h即得密度为2.2g/cm³乳化冲洗隔离液。

二、提高油基钻井液固井质量的乳化冲洗隔离液的性能测试

(1)乳状液的稳定性测试：

乳状液的配制方法为：在浆杯中放入100份水，加入5～10份表面活性剂，加入0.05份羧甲基纤维素钠，以8000r/min的转速搅拌10min，再加入70～75份基油，然后以8000r/min转速搅拌5min配成乳状液。

对乳状液进行冻融、离心、加入钠盐、高温热贮等处理，实验结果见表2，均未发现分层或其他均匀性被破坏的现象，表明体系具有超高的稳定性。

表2乳状液的稳定性评价

(2)乳化冲洗隔离液的悬浮稳定性测试：

悬浮稳定性测试是在500mL量筒中倒入500mL配制好的冲洗隔离液，在实验温度下静置4h测定上下密度差和析水。实验结果见表3，乳化冲洗隔离液体系具有良好的悬浮稳定性，4h上下密度差小于0.01g/cm³，析水小于1％。

表3乳化冲洗隔离液悬浮稳定性评价

(3)乳化冲洗隔离液的工程性能测试：

按照国家标准GB19139～012《油井水泥实验方法》对本发明隔离液进行工程性能测试，测试结果见表4。

表4乳化冲洗隔离液的工程性能测试结果

从表3和4中可以看出，本发明乳化冲洗隔离液的工程性能优越，稳定性好，各项性能均能满足现场作业的要求。

(4)乳化冲洗隔离液的相容性测试：

该乳化冲洗隔离液与钻井液、水泥浆相容性评价采用高温高压稠化仪测定，实验结果见表5。

表5乳化冲洗隔离液与钻井液、水泥浆相容性评价

注：①实例1稠化实验条件为93℃*60MPa*60min。

②实例2稠化实验条件为125℃*110MPa*70min。

③实例3稠化实验条件为145℃*142MPa*80min。

从表5可以看出，乳化冲洗隔离液与水泥浆、油基钻井液均具有良好的相容性，能够很好的解决水泥浆与油基钻井液的接触污染，保证施工安全。

(5)乳化冲洗隔离液的抗温、抗盐性测试：

采用常压稠化仪，将乳化冲洗隔离液93℃条件下预置20min后，对乳化冲洗隔离液的冲洗效率进行测试；抗盐性评价以实施例2为例，向乳化冲洗隔离液中加入不同浓度的NaCl盐水，对乳化冲洗隔离液的冲洗效率再次进行测试，实验结果见表6、表7。

表6乳化冲洗隔离液抗温性评价

表7乳化冲洗隔离液抗盐性评价

从表6、表7中可以看出，乳化冲洗隔离液在93℃及不用盐度下，均表现出很高的冲洗效率，说明本乳化冲洗隔离液体系具有很好的抗温、抗盐性，能适用于高温深井、盐膏层等复杂工况下，具有广阔的应用前景。

(6)乳化冲洗隔离液胶结面冲洗及润湿反转性能实验：

冲洗性能采用FAN式六速旋转粘度计测定，润湿反转性能采用Y～82C视频接触角测定仪测定，冲洗后将套管钢和岩心放入模具中，注入水泥浆在90℃水浴中养护24h后，用压力机测定界面胶结强度，实验结果见表8。

表8乳化冲洗隔离液胶结面冲洗及润湿反转性能评价

从表8中可以看出，乳化冲洗隔离液在现场泵速和排量条件下，对粘附的钻井液与泥饼的冲洗效率分别大于95％、90％，冲洗性能良好。乳化冲洗隔离液冲洗后的套管壁、井壁的润湿角为80°以下，冲洗后界面均为亲水性，润湿反转性能良好。高效冲洗及润湿反转后，胶结强度大幅度提高，均接近表面无钻井液时的强度，乳化冲洗隔离液改善界面胶结强度性能良好。

Claims (9)

1.提高油基钻井液固井质量的乳化冲洗隔离液，由以下组分按重量份配比组成：200份水，5～10份表面活性剂，70～75份基油，4～15份悬浮稳定剂，0.2～3.0份降失水剂，0.2～2.0份增粘剂，0.2～5.0份稀释剂，80～400份加重剂，0.05份消泡剂；所述表面活性剂由椰子油脂肪酸二乙醇酰胺CDEA与烷基糖苷APG以1:2的重量比组成。

2.如权利要求1所述的提高油基钻井液固井质量的乳化冲洗隔离液，其特征在于，所述基油为柴油或矿物油。

3.如权利要求1所述的提高油基钻井液固井质量的乳化冲洗隔离液，其特征在于，所述悬浮稳定剂为钠基膨润土。

4.如权利要求1所述的提高油基钻井液固井质量的乳化冲洗隔离液，其特征在于，所述降失水剂为腐植酸钠。

5.如权利要求1所述的提高油基钻井液固井质量的乳化冲洗隔离液，其特征在于，所述增粘剂为羧甲基纤维素钠。

6.如权利要求1所述的提高油基钻井液固井质量的乳化冲洗隔离液，其特征在于，所述稀释剂为磺甲基五倍子酸钠。

7.如权利要求1所述的提高油基钻井液固井质量的乳化冲洗隔离液，其特征在于，所述加重剂为重晶石或铁矿粉。

8.如权利要求1所述的提高油基钻井液固井质量的乳化冲洗隔离液，其特征在于，所述消泡剂为磷酸三丁酯。

9.如权利要求1所述的提高油基钻井液固井质量的乳化冲洗隔离液的制备方法，如下：在浆杯中放入100份水，加入5～10份表面活性剂，加入0.05份增粘剂，以8000r/min的转速搅拌10min，再加入70～75份基油，然后以8000r/min转速搅拌5min形成乳状液；在另一浆杯中放入100份水，投入4～15份悬浮稳定剂，搅拌3h，再依次投入0.2～3.0份降失水剂，0.15～1.95份增粘剂，0.2～5.0份稀释剂，搅拌均匀后投入80～400份加重剂至要求的密度；将上述两种溶液混合，加入0.05份消泡剂，搅拌1h即得乳化冲洗隔离液。