CN106520098A - 钻井用酸性解卡液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

钻井用酸性解卡液及其制备方法。该乳化型酸解卡液为一种w/o型乳化液体,基本成分的质量组成:脂溶性溶剂35~40份,工业盐酸40~45份,脂溶性乳化剂6~9份。制备时先将脂溶性溶剂与脂溶性乳化剂均匀混合成预混合液后,再加入盐酸溶液混合;进一步,在预混合液中还可以混合有耐酸固体颗粒,和/或在盐酸溶液中已混合有酸缓蚀剂。在处理压差粘附卡钻时,解卡液出钻具后并不立即与周围地层反应,到达卡钻部位后,受温度作用破乳并相分离,酸液下沉即与粘附钻具的泥饼和下井壁反应,有机相则上浮,保护上井壁不发生反应,能实现定向腐蚀和快速解除粘附卡钻。特别但并非仅适用于大斜度井和/或水平井的解卡。添加适当辅助成分后的解卡液还可同时具有防漏/堵漏,和/或钻具防腐蚀功能。

Description

钻井用酸性解卡液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于解决油气田、特别是碳酸盐型地层或储层勘探钻井作业中压差卡钻的酸性解卡液,可优先但并非仅限于大斜度井和水平井的解卡,以及该解卡液的制备方法。
背景技术
目前的油/气地质勘探开发的区域日益向深层延伸,大斜度井和水平井的数量大幅增加,由于海相地层埋藏深,压力、温度高,压差卡钻(以及其它的落物卡钻或者是掉块卡钻等情况)极易发生。特别是针对具有较大孔渗性的海相碳酸盐岩地层发生的卡钻,目前泡酸(例如通常为15~20%的盐酸水溶液)是一种快速的解卡方法。但在常规酸和胶凝酸的酸泡解卡过程中发现,酸液进入环空后,马上就会与周围的泥饼/地层快速反应,进一步增大了地层的渗透性而导致酸液的快速漏失,使酸液无法上返至粘附卡钻位置与粘附部分的泥饼和岩石发生溶蚀反应,导致泡酸解卡无效,特别是对于发生在大斜度井和水平井储层的压差卡钻,就更难以达到解卡的目的。虽然目前使用的酸解卡液中通常还常添加有包括铁离子稳定性、助排剂等防止钻具腐蚀和/降低对储层伤害的其它辅助性成分,但这些成分对解决上述问题或解卡而言,并不会带来任何有利或促进的作用。
通过对超深水平压差卡钻原因及常规酸解卡无效原因的分析,使高浓度的解卡酸液能有效到达卡点位置进行溶蚀泥饼及基岩的反应,是实现成功解卡的关键。
发明内容
鉴于此,本发明首先提供了一种钻井用酸性解卡液,并进一步提供一种该解卡液的制备方法,可以有效和满意的解决上述问题。
本发明的钻井用酸性解卡液,在同样含有盐酸水溶液的基础上,为一种油包水(w/o)型的乳化液体。其基本成分的质量组成比例为:
脂溶性溶剂 35~40份,
盐酸 40~45份,
脂溶性乳化剂 6~9份,
其中,所述的脂溶性溶剂可以选择任何一种与水不相混溶的油性溶剂,如柴油、低粘度液体石蜡、合成基气制油。为保证现场施工操作的安全和方便,所述脂溶性溶剂的闪点宜不低于50℃,凝点宜不高于0℃。综合包括经济、实用等因素,优选的脂溶性溶剂是柴油。所述的盐酸则可以采用目前解卡液的常规方式使用质量浓度为20%-31%的常用工业盐酸。所述的脂溶性乳化剂为HLB值<10的非离子型乳化剂或阳离子型乳化剂。
为使本发明上述的解卡液形成为含有盐酸水溶液的油包水(w/o)乳化型的液态体系,所述的脂溶性乳化剂宜选择HLB值<10的脂溶性乳化剂。在此基础上,更好的形式是采用由HLB值≤6的所述乳化剂作为起主要乳化作用的主乳化剂,与HLB值=7-9.5的所述乳化剂作为辅助乳化剂配合使用,该辅助乳化剂除也具有的乳化作用外,还可以发挥其润湿及提高乳化稳定性的作用。配合使用时,在上述的总脂溶性乳化剂用量范围内,主乳化剂与辅助乳化剂的质量比例,一般可选择主乳化剂为4~6份,其余则为辅助乳化剂。其中,主乳化剂可以选择常用的烷基酚聚氧乙烯醚,例如可优选OP-4或NP-4;或者选择脂肪醇聚氧乙烯醚,例如可优选AEO-4(平平加-4);也可以选择D1821或D1221等;辅助乳化剂可以选择烷基酚聚氧乙烯醚,例如可优选OP-7或NP-7等;或者选择脂肪醇聚氧乙烯醚,例如可优选AEO-7(平平加-7)。
本发明上述酸性解卡液的作用机理和过程,特别是基于在w/o型乳化微粒的结构中,酸性水溶液是被包裹于脂溶性溶剂内的,因此其出钻具后在未破乳时,虽与地层接触,但其中的酸液与周围泥饼和岩石是被油相分隔开的,从而阻止和延缓了酸液与泥饼和岩石的反应,使泥饼不被破坏和发生漏失,解卡液能逐步上返/输送运行到达卡点的位置。在解卡液输送运行过程中及到达卡点位置后,受周围地层温度的影响而使其温度逐渐升高,导致乳化状态的解卡液逐步破乳,使原处于被有机相所包裹的酸液释放出来,并受密度差的作用而下沉,与主要粘附钻具的下井壁泥饼反应,有机相则上浮,保护上井壁不发生反应,达到定向腐蚀反应解卡的目的,从而大幅度提高了解卡的成功率。
基于此,本发明上述酸性解卡液中,如脂溶性溶剂的用量不足,难以形成有效的w/o型乳化液体系;而用量过大,则因会导致破乳时间过长而影响盐酸溶液的释放,都会对解卡液有效输送运行到解卡部位和进行有效的解卡反应带来不利。
进一步,特别是在针对具有较大孔渗性的海相碳酸盐岩地层施工中的解卡时,为减少和阻止解卡液在输送运行和/或解卡的腐蚀反应过程中的漏失,在本发明上述形式解卡液的基础上,其组成中还可以含有6~10质量份粒径为80~400目的对酸惰性的固体堵漏颗粒。即使解卡液在出钻具后有少量破乳,其中的少量酸液与部分周围地层反应而形成了少量的漏失通道,但含有所述固体堵漏颗粒的解卡液的粘度高,摩阻大,解卡液中悬浮的该惰性固体堵漏颗粒还能迅速架桥聚集形成堵塞层,从而能大幅降低了漏速,减少了对解卡液继续输送运行的影响。此外,在解卡部位,破乳后的酸液对下井壁泥饼及基岩部分反应的解卡过程中可能形成的漏失通道,该惰性固体堵漏颗粒同样也能降低酸液的漏失速度,从而大幅度延长了酸液的解卡反应时间,有利于成功解卡。
实际应用中,对符合所述要求的对酸惰性的有机和/或无机材料固体堵漏颗粒的可以选择范围很宽。例如,一种可作为优选的价廉、易得的固体堵漏颗粒为:
改性石棉粉 4~6份,
橡胶颗粒物 余量。
特别是上述的固体堵漏颗粒中的橡胶颗粒物,因其同时所具有适度弹性的特点,更使其成为一种具有独特优势的优选堵漏材料。
此外,在本发明上述酸性解卡液的组成中,还可以按目前常规方式含有用于保护金属钻具的金属防腐蚀成分。例如,本发明上述的酸性解卡液组成中可以还含有2~3质量份的酸化用缓蚀剂。根据地层温度的不同,可以分别选用中温或抗高温型等不同的缓蚀剂。特别是,宜选择符合SY/T5405-1996酸化用缓蚀剂性能评价方法及性能指标要求的高质量缓蚀剂(如一级品等质量等级)。例如,在针对海相高温深井的解卡液中,作为优选的酸缓蚀剂可以为包括广汉阜康公司生产的酸化缓蚀剂WD11,或四川石油管理局天研院生产的酸化缓蚀剂CT1-3等抗温型酮醛胺缩合物类复配物。
本发明上述钻井用酸性解卡液的一种基本制备方法,可以上述形式的成分为原料,按如下方式操作:
1':将所述的脂溶性溶剂与脂溶性乳化剂均匀混合,优选在转速1000-1500转/分的条件下搅拌混合后,得到预混合液;
2':将所述的盐酸溶液加入到1'步的预混合液中,混合均匀,优选在1500-3000转/分转速的条件下搅拌混合2h,即得到所述的w/o型乳化液产物。
当解卡液中同时还含有所述的其它辅助性成分时,在上述基本制备方法过程的基础上,辅助性成分的加入方式可分别采用下述的方式:
所述的对酸惰性的固体堵漏颗粒,宜在所述第1'步的预混合液中混合后,再进行第2'步与盐酸溶液相混合的操作;和/或
所述的用于金属防腐蚀的酸化用缓蚀剂,宜预先在第2'步的盐酸溶液中先行混合后,再与第'步的预混合液相混合。
试验结果表明,本发明上述的w/o乳化型酸性解卡液,特别是还进一步含有包括所述的固体堵漏颗粒和/或酸缓蚀剂等适当辅助成分后,在实现有效解卡的同时,还可进一步同时具有防漏/堵漏和/或钻具防腐蚀等功能,对常规酸和胶凝酸难以有效解卡的压差卡钻(以及包括其它的落物卡钻或者是掉块卡钻等)情况,尤其是在大斜度井和水平井储层结构中的卡钻,都能顺利、快速地解除粘附卡钻,实现解卡。
以下通过实施例的具体实施方式再对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包括在本发明的范围内。
具体实施方式
1':先向配制罐到入35-40份(质量)的柴油,再依次加入4-6份(质量)的OP-4(或 NP-4、AEO-4、D1821中的任意种),2-3份(质量)的OP-7(或NP-7、AEO-7的任意种),4-6份(质量)改性石棉粉,以及3-5份(质量)橡胶粉,搅拌剪切0.5h,得到预混合液;
2':另行在质量浓度为20%-31%盐酸中加入2-3份(质量)的酸化用缓蚀剂WD11或者CT1-3,在搅拌速率900-1200转/分搅拌10min;
3':在30-40min内将2'步配制的含缓蚀剂的酸液按配方量打入到罐中的预混合液,继续搅拌剪切2h,得到w/o乳化型酸化解卡液。
对上述酸化解卡液进行的与钻井液配伍性评价、酸化效果评价、防漏效果评价结果分别如表1~表5所示。
从表1的结构可以看出,随着酸化解卡液加量的不断增大,体系的漏斗粘度略微增大,由34S↗39S,体系的初终切也随着加量的增大也略微增加,随着酸化解卡液加量的增加体系失水增大,泥饼变软变薄。说明该酸化解卡液对钻井液各项性能存在着一定的影响,但影响较小。提示应尽量采用减少钻井液和酸化解卡液相接触的工艺进行施工,酸化解卡液实施结束后应尽量将其排放掉,减少解卡液和钻井液的相互接触和相互影响。
表2结果显示,灰岩、白云岩、含5%岩屑的钻井液泥饼在酸化解卡液中的溶蚀规律与在盐酸中的基本一致,溶蚀率随温度的升高而增加,温度从100℃升高到140℃时,岩屑在酸化解卡液中的溶蚀率均在50%左右;含岩屑中的泥饼在解卡液中的溶蚀(岩屑为灰岩),随温度升高溶蚀率在增加,温度从100°C增加到140°C时,溶蚀率从34%提高到41%左右,温度升高能够轻微提高其溶蚀率。由此可以看出,酸化解卡液的酸化效果是可以得到保证的。
表3结果表明,使用封堵性解卡液开展岩心流动实验,岩心的封堵率均在99%以上,可以到达防漏的效果。其中,实验采用的是人造裂缝岩心开展了岩心封堵实验评价,KW1指初始正向地层水渗透率,KW2指封堵后用地层水测得的渗透率。
表4和表5表结果明,解卡液的乳化稳定性较好,流变性能满足可正常泵送要求,抗温能达到140℃,符合海相储层压差卡钻事故的解卡施工要求。
上述的试验情况表明了,本发明的乳化型酸解卡液体系接触钻井液不会对钻井液性能造成较大影响及导致井下情况的复杂化;解卡液破乳前不会与地层岩石与泥饼发生反应,破乳后则能有效与地层岩石与泥饼发生反应从而达到解卡效果;同时,该解卡液同时还能具有较好的防漏堵漏效果,能保证解卡液能有效输送运行到达卡点位置,并能在卡点位置充分有效地进行解卡所需的腐蚀反应。
本发明上述乳化液型酸解卡液在四川某一低缓构造的一口大斜度井施工(实钻最大井斜85.7°,全井完钻井深7116m)中发生的卡钻进行了实际的解卡应用对比:
在起钻至井深6740m卸立柱后上提遇卡后,采用在悬重2000kN至2400kN范围内大幅度活动和逐步加扭、上下活动钻具等措施后仍未解卡,分析卡点位置在6717.7-6740m处;
首先,采用【18%HCl+2%WD-11(高效缓蚀剂)+1.0%WDZ-2(缓蚀增效剂)+1.5%WD-8(铁离子稳定剂)+1.0%WD-12(助排剂)+1.5%堵漏材料】的常规酸浴施工,酸液出钻头水眼仅6分钟后发生快速漏失,立压下降,井口失返,在配合活动钻具后仍未能解卡;
第二次,采用变粘酸酸浴【酸液配方:20%HCL + 4%WD-11A (缓蚀剂)+1%WD-8(铁离子稳定剂)+5.0%WD-10表面活性剂】施工,配合活动钻具后,井口未返浆,变粘酸也得刚出钻头水眼就发生漏失。两次酸浴施工中,在酸液出钻头后均快速发生漏失,导致酸液无法与地层充分反应,未达到解卡目的;
最后,采用本发明上述的乳化液型酸解卡液,注入解卡液9.2m3后,置隔离液1.2m3,用泥浆泵替浆(排量18L/s、泵压24MPa),替浆至46.4m3(乳化酸出钻头水眼进入环空6.8m3)井口液面未见下降,继续顶替,将酸液全部替出钻具,停泵、活动钻具,静停30min后解卡液开始破乳,环空液面缓慢下降,活动钻具5分钟后,上提钻具,随钻具上行悬重保持不变,上下活动钻具正常,成功解卡。

Claims (10)

1.钻井用酸性解卡液,含有盐酸水溶液,其特征为一种w/o型乳化液体,其基本成分的质量组成比例为:
脂溶性溶剂 35~40份,
盐酸 40~45份,
脂溶性乳化剂 6~9份,
其中脂溶性溶剂的闪点≥50℃,凝点≤0℃;所述的脂溶性乳化剂为HLB值<10的非离子型或阳离子型乳化剂。
2.如权利要求1所述的钻井用酸性解卡液,其特征是所述的脂溶性溶剂为柴油。
3.如权利要求1所述的钻井用酸性解卡液,其特征是所述的脂溶性乳化剂由4~6份HLB值≤6的主乳化剂,以及其余量的HLB值为7-9.5的辅助乳化剂组成。
4.如权利要求3所述的钻井用酸性解卡液,其特征是所述的主乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚,优选为OP-4或NP-4;或者为脂肪醇聚氧乙烯醚,优选为AEO-4;或者为D1821或D1221;辅助乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚,优选为OP-7或NP-7;或者为脂肪醇聚氧乙烯醚,优选为AEO-7。
5.如权利要求1至4之一所述的钻井用酸性解卡液,其特征是组成中还有6~10份粒径为80~400目对酸惰性的固体堵漏颗粒。
6.如权利要求5所述的钻井用酸性解卡液,其特征是所述的对酸惰性的固体堵漏颗粒为:
改性石棉粉 4~6份,
橡胶颗粒物 余量。
7.如权利要求1至4之一所述的钻井用酸性解卡液,其特征是组成中还有2~3份防金属腐蚀的酸化用缓蚀剂,优选为抗温型酮醛胺缩合物类复配物。
8.权利要求1至7之一所述钻井用酸性解卡液的制备方法,其特征是以所述形式的成分为原料,按下述方式操作:
1':将所述的脂溶性溶剂与脂溶性乳化剂均匀混合,优选在转速1000-1500转/分的条件下搅拌混合,得到预混合液;
2':将所述的盐酸溶液加入1'步的预混合液,混合均匀,优选在1500-3000转/分转速的条件下搅拌混合2h,得到油包水型乳化液产物。
9.如权利要求8所述的制备方法,其特征是所述的第1'步预混合液先与所述的对酸惰性的固体堵漏颗粒混合后,再进行第2'步与盐酸溶液混合的操作。
10.如权利要求8所述的制备方法,其特征是在第2'步的盐酸溶液中已混合有所述的酸化用缓蚀剂。
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