CN106634912A - 一种纳米暂堵液及其制备方法和一种解堵液 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种纳米暂堵液，包括膨润土2‑4％，黏土分散剂0.2‑0.8％，增粘剂0.2‑0.5％，防膨剂0.05‑0.1％，暂堵性纳米材料0.1‑1.0％，纳米材料分散稳定剂0.1‑0.2％，和pH调节剂0.1‑0.2％。本发明还提供了纳米暂堵液的制备方法，包括1)将所述膨润土黏土分散剂和pH调节剂加水中搅拌均匀2)依次加入所述防膨剂和所述增粘剂并充分搅拌得到膨润土分散体系3)将所述暂堵性纳米材料配制成高浓度的纳米分散胶液4)将所述纳米分散胶液和膨润土分散体系混合，加入所述纳米材料分散稳定剂，然后充分搅拌分散。本发明还提供了一种解堵液，包括破胶剂0.2‑0.5％，酸液10‑15％。

Description

一种纳米暂堵液及其制备方法和一种解堵液
技术领域
本发明涉及勘探领域，具体而言，涉及一种纳米暂堵液及其制备方法和一种解堵液。
背景技术
钻井过程中钻井液与地层之间形成的正压差可导致大量的固相颗粒以及外来液体进入储层，使地层渗透率降低，油气井产能下降。试验研究表明，钻井过程中固相对储层的伤害率可高达90％，侵入深度可达1.5m，滤液对储层的伤害率可达40％，伤害半径可达4.0m，这种伤害仅靠射孔是难以解除的。所谓的屏蔽暂堵技术是：设计防止滤液和固相颗粒侵入的无伤害钻井液的关键，是通过具有一定粒径分布的固相颗粒在地层表面桥堵，形成一层渗透率几乎为零的泥饼，阻止滤液和固相颗粒入侵。
低孔、低渗是致密储层典型物性特征，原因在于致密储层纳米级孔隙十分发育，孔喉直径以20-50nm的为主。常用钻井完井液中的固相粒子主要包含两个等级：微米级、毫米级。常规屏蔽暂堵技术主要针对微米孔隙渗透率的保护，因为常规屏蔽暂堵储层保护方法主要是通过向钻井完井液体系中添加微米级暂堵材料，如超细碳酸钙。依据架桥原理，微米级封堵材料无法对纳米级孔隙和微裂缝进行封堵。
此外，常规屏蔽暂堵储层保护方法往往采用微米级可以对孔隙进行封堵，以减少钻井完井液在岩石壁面的滤失量。微米级颗粒架桥后会在颗粒间形成大量纳米级孔隙，这些纳米级孔隙直径往往可达100～200nm，尽管这些纳米级孔隙中的流体流动阻力较大，但在长时间压差作用下钻井完井液滤液依然会持续侵入，造成储层损害。
另一方面，常规屏蔽暂堵储层保护方法解堵主要依赖自然返排和基质酸化。自然返排主要是通过地层流体压力的反向驱替作用将孔隙内的暂堵材料返排出来，该方法具有返排时间长、返排不彻底，渗透率恢复率不高等缺点；基质酸化主要是通过向储层注入一定量的盐酸(浓度15％)或土酸(10％HCl+3％HF)，二者在解除封堵的同时往往会诱发储层酸敏、出砂、二次沉淀等一系列负面效应，导致储层渗透率恢复率不高(一般为50％-80％)。
由于以上不足，需要一种技术，能够通过粒径更小的暂堵材料进行封堵，使得纳米级的孔隙渗透率得以保护，并且可以通过更为高效的方法解堵。有鉴于此，提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种纳米暂堵液，所述的暂堵液的保护对象主要为纳米级孔隙渗透率并兼顾保护微裂缝渗透率，封堵带比常规的纳米暂堵液更为致密且侵入深度更浅，为后期的解堵提供了有利的条件。
本发明的第二目的在于提供一种所述纳米暂堵液的制备方法，该方法通过先将纳米材料配制成分散胶液的形式后再进一步与膨润土分散体系混匀，使得纳米材料分散更为均匀，更利于暂堵液的应用。
本发明的第三目的在于提供配合所述纳米暂堵液使用的解堵液，所述解堵液起效迅速，解堵效果好。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明的一个方面涉及一种纳米暂堵液，所述纳米暂堵液包括按重量百分比计的以下组分：
膨润土2-4％，黏土分散剂0.2-0.8％，增粘剂0.2-0.5％,防膨剂0.05-0.1％，暂堵性纳米材料0.1-1.0％，纳米材料分散稳定剂0.1-0.2％，和pH调节剂0.1-0.2％，余量为水。
本发明通过向钻井完井液中加入暂堵性纳米材料可实现对致密储层纳米级孔隙的封堵，其粒径均小于致密储层孔隙直径的1/2。依据架桥原理，封堵材料粒径必须与孔隙尺寸的1/3～1/2相当，封堵材料才能在进入孔隙并在孔隙内部形成架桥，否则将不能在孔隙内部形成架桥。
纳米材料可以吸附的钻井完井液中的膨润土颗粒表面，在滤失过程中，膨润土颗粒携带暂堵性纳米材料在正压差作用下进入微裂缝，并在裂缝内部形成致密封堵带。在封堵过程中，膨润土颗粒在裂缝中的充填会将微裂缝变成纳米级孔隙，为暂堵性纳米颗粒架桥提供条件，同时，暂堵性纳米的封堵阻断流体压力向裂缝深部传递，使得膨润土颗粒在裂缝内部的架桥更加稳固。
优选地，所述纳米暂堵液包括按重量百分比计的以下组分：
膨润土2.5-3.5％，黏土分散剂0.4-0.6％，增粘剂0.3-0.4％,防膨剂0.06-0.09％，暂堵性纳米材料0.3-0.7％，纳米材料分散稳定剂0.12-0.18％，和pH调节剂0.12-0.18％，余量为水。
优选地，所述暂堵性纳米材料包括：纳米碳酸钙、纳米三氧化二铝、纳米氧化锌、纳米三氧化二铁、纳米四氧化三铁，优选地，所述纳米性暂堵材料是：纳米碳酸钙、纳米三氧化二铝、纳米氧化锌，更优选地，所述纳米性暂堵材料的粒径小于30nm。。
优选地，所述纳米材料分散稳定剂包括：十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基硫酸钠、羧甲基纤维素钠、十二烷基苯磺酸钠、木质素磺酸钙。
优选地，所述黏土分散剂包括：磺化褐煤、酚醛树脂、铁铬木质素磺酸盐。
优选地，所述增粘剂包括：羧甲基纤维素钠盐、丙烯腈、聚丙烯酸钾、黄原胶、阴离子纤维素，优选地，所述防膨剂包括：氯化钾、氯化铵、有机硅烷。
本发明的另一方面涉及所述纳米暂堵液的制备方法，所述方法包括：
1)将所述膨润土、黏土分散剂和pH调节剂加水中，搅拌均匀；
2)依次加入所述防膨剂和所述增粘剂并充分搅拌得到膨润土分散体系；
3)将所述暂堵性纳米材料配制成高浓度的纳米分散胶液；
4)将所述纳米分散胶液和膨润土分散体系混合，加入所述纳米材料分散稳定剂，后充分搅拌分散。
本发明的方法中，将膨润土分散体系和纳米分散胶液分别配制，有助于组分之间均匀地分散，如直接加入纳米材料与膨润土体系混合，制备得到的暂堵液容易发生纳米颗粒的团聚，影响暂堵效果。
优选地，所述高浓度的纳米分散胶液的浓度为30-50％。
本发明的另一方面涉及用于解堵权利所述纳米暂堵液的解堵液，所述解堵液包括按重量百分比计的以下组分：
钻井完井液破胶剂 0.2-0.5％，
酸液 10-15％，
余量为水。
本方法所述的解堵液包含钻井完井液破胶剂(浓度为0.2～0.5％)和酸液(10％HCl)，通过解堵液的循环冲刷即可达到解堵的目的。其中，钻井完井液破胶剂与钻井液接触后，会导致钻井完井液中的聚合物分子卷曲，胶体结构网架被破坏，体系粘度大幅度降低，暂堵性纳米材料分散性变差，岩石表面的纳米暂堵带(膜)被破坏并脱落，其次，在破胶的同时，解堵液中酸液会与纳米材料发生反应，将暴露出来的纳米材料迅速溶蚀并及时携带出来，避免造成二次封堵或沉降。同时，在溶蚀过程中，返排压力的驱替作用进一步促进了暂堵带的解堵。上述三种作用可以达到快速解除封堵带(一般小于3小时)，酸液用量不超过基质酸化用量的一般，并有效的恢复储层渗透率(渗透率恢复率92％以上)。综上所述，本方法解堵环节更加快速、彻底，成本更低、渗透率恢复率更高。
优选地，所述酸液包括：盐酸、氢氟酸、土酸。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)、本发明的纳米暂堵液的保护对象主要为纳米级孔隙渗透率并兼顾保护微裂缝渗透率，封堵带比常规的纳米暂堵液更为致密且侵入深度更浅，为后期的解堵提供了有利的条件；
2)、本发明的纳米暂堵液分散性好，暂堵过程中不会出现因结团而导致暂堵效率降低的现象；
3)、本发明的纳米暂堵液制备方法有利于得到均一稳定不产生结团的纳米暂堵液；
4)、本发明的纳米暂堵液具有良好的解堵性能，使用本发明的纳米解堵液进行解堵，解堵效率高，效果好。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
按照以下步骤配制纳米暂堵液
(1)按重量份准备以下试剂待用：
膨润土2份，黏土分散剂磺化褐煤0.2份，增粘剂羧甲基纤维素钠盐0.2份,防膨剂氯化钾0.05份，暂堵性纳米材料纳米ZnO 0.1份，纳米材料分散稳定剂十六烷基三甲基氯化铵0.1份，pH调节剂0.1份；
(2)将膨润土放入大烧杯，并加入自来水、黏土分散剂和pH值调节剂将其充分搅拌分散后备用；
(3)向配制好的膨润土分散体系中依次加入防膨剂和增粘剂并充分搅拌；
(4)将暂堵性纳米材料加入水中，配制成30％的高浓度纳米分散胶液；
(5)将高浓度纳米分散胶液，加入到配制好的膨润土分散体系中，并加水调配浓度至纳米材料的质量百分浓度为0.1％；
(6)加入纳米材料分散稳定剂，将配制好的基础体系放入带磁力搅拌功能的超声波分散仪进行充分搅拌分散。
实施例2
按照以下步骤配制纳米暂堵液
(1)按重量份准备以下试剂待用：
膨润土4份，黏土分散剂酚醛树脂0.8份，增粘剂丙烯腈0.5份,防膨剂氯化铵0.1份，暂堵性纳米材料纳米CaCO3 1.0份，纳米材料分散稳定剂十二烷基硫酸钠0.2份，pH调节剂0.2份；
(2)将膨润土放入大烧杯，并加入自来水、黏土分散剂和pH值调节剂将其充分搅拌分散后备用；
(3)向配制好的膨润土分散体系中依次加入防膨剂和增粘剂并充分搅拌；
(4)将暂堵性纳米材料加入水中，配制成50％的高浓度纳米分散胶液；
(5)将高浓度纳米分散胶液，加入到配制好的膨润土分散体系中，并加水调配浓度至纳米材料的质量百分浓度为1％；
(6)加入纳米材料分散稳定剂，将配制好的基础体系放入带磁力搅拌功能的超声波分散仪进行充分搅拌分散。
实施例3
按照以下步骤配制纳米暂堵液
(1)按重量份准备以下试剂待用：
膨润土2.5份，黏土分散剂铁铬木质素磺酸盐0.4份，增粘剂聚丙烯酸钾0.3份,防膨剂有机硅烷0.06份，暂堵性纳米材料纳米Al2O3 0.3份，纳米材料分散羧甲基纤维素钠稳定剂0.12份，和pH调节剂0.12份；
(2)将膨润土放入大烧杯，并加入自来水、黏土分散剂和pH值调节剂将其充分搅拌分散后备用；
(3)向配制好的膨润土分散体系中依次加入防膨剂和增粘剂并充分搅拌；
(4)将暂堵性纳米材料加入水中，配制成40％的高浓度纳米分散胶液；
(5)将高浓度纳米分散胶液，加入到配制好的膨润土分散体系中，并加水调配浓度至纳米材料的质量百分浓度为0.5％；
(6)加入纳米材料分散稳定剂，将配制好的基础体系放入带磁力搅拌功能的超声波分散仪进行充分搅拌分散。
实施例4
按照以下步骤配制纳米暂堵液
(1)按重量份准备以下试剂待用：
膨润土3.5份，黏土分散剂0.6份，增粘剂黄原胶0.4份,防膨剂氯化钾0.09份，暂堵性纳米材料纳米氧化铁0.7份，纳米材料分散稳定剂十二烷基苯磺酸钠0.18份，和pH调节剂0.18份；
(2)将膨润土放入大烧杯，并加入自来水、黏土分散剂和pH值调节剂将其充分搅拌分散后备用；
(3)向配制好的膨润土分散体系中依次加入防膨剂和增粘剂并充分搅拌；
(4)将暂堵性纳米材料加入水中，配制成40％的高浓度纳米分散胶液；
(5)将高浓度纳米分散胶液，加入到配制好的膨润土分散体系中，并加水调配浓度至纳米材料的质量百分浓度为0.7％；
(6)加入纳米材料分散稳定剂，将配制好的基础体系放入带磁力搅拌功能的超声波分散仪进行充分搅拌分散。
实施例5
按照以下步骤配制纳米暂堵液
(1)按重量份准备以下试剂待用：
膨润土3份，黏土分散剂酚醛树脂0.5份，增粘剂阴离子纤维素0.35份,防膨剂氯化钾0.07份，暂堵性纳米材料纳米四氧化三铁0.5份，纳米材料分散稳定剂木质素磺酸钙0.15份，和pH调节剂0.15份；
(2)将膨润土放入大烧杯，并加入自来水、黏土分散剂和pH值调节剂将其充分搅拌分散后备用；
(3)向配制好的膨润土分散体系中依次加入防膨剂和增粘剂并充分搅拌；
(4)将暂堵性纳米材料加入水中，配制成40％的高浓度纳米分散胶液；
(5)将高浓度纳米分散胶液，加入到配制好的膨润土分散体系中，并加水调配浓度至纳米材料的质量百分浓度为0.6％；
(6)加入纳米材料分散稳定剂，将配制好的基础体系放入带磁力搅拌功能的超声波分散仪进行充分搅拌分散。
对比例1
按照以下步骤配制纳米暂堵液
(1)按重量份准备以下试剂待用：
膨润土3份，黏土分散剂酚醛树脂0.5份，增粘剂阴离子纤维素0.35份,防膨剂氯化钾0.07份，暂堵性纳米材料纳米碳酸钙0.5份，和pH调节剂0.15份；
(2)将膨润土放入大烧杯，并加入自来水、黏土分散剂和pH值调节剂将其充分搅拌分散后备用；
(3)向配制好的膨润土分散体系中依次加入防膨剂和增粘剂并充分搅拌；
(4)将暂堵性纳米材料加入水中，配制成40％的高浓度纳米分散胶液；
(5)将高浓度纳米分散胶液，加入到配制好的膨润土分散体系中，并加水调配浓度至纳米材料的质量百分浓度为0.6％；
(6)将配制好的基础体系放入带磁力搅拌功能的超声波分散仪进行充分搅拌分散。
对比例2
按照以下步骤配制纳米暂堵液
(1)按重量份准备以下试剂待用：
膨润土3份，黏土分散剂酚醛树脂0.5份，增粘剂阴离子纤维素0.35份,防膨剂氯化钾0.07份，暂堵性纳米材料纳米碳酸钙0.5份，纳米材料分散稳定剂木质素磺酸钙0.15份，和pH调节剂0.15份；
(2)将膨润土放入大烧杯，并加入自来水、黏土分散剂和pH值调节剂将其充分搅拌分散后备用；
(3)向配制好的膨润土分散体系中依次加入防膨剂和增粘剂并充分搅拌；
(4)将暂堵性纳米材料加入到配制好的膨润土分散体系中，并加水调配浓度至纳米材料的质量百分浓度为0.6％；
(5)加入纳米材料分散稳定剂，将配制好的基础体系放入带磁力搅拌功能的超声波分散仪进行充分搅拌分散。
实验例1
纳米暂堵液流变性测试
方法如下：
1)准备适量的钻井液；
2)通电检查六速旋转粘度计，安装内筒和外筒；
3)注入钻井液至浆杯标线处；
4)抬升升降台至浆杯的液位接近外筒标线，拧紧升降台旋钮；
5)启动电机；
6)把速度调节到600r/min，待稳定后，读对应读数并记录；
7)把速度调节到300r/min，待稳定后，读对应读数并记录；
8)把速度调节到200r/min，待稳定后，读对应读数并记录；
9)把速度调节到100r/min，待稳定后，读对应读数并记录；
10)把速度调节到6r/min，待稳定后，读对应读数并记录；
11)把速度调节到3r/min，待稳定后，读对应读数并记录；
12)调速至600r/min，旋转10～15s，关闭电机，静止10s，用3r/min启动电机，迅速读取最大值并记录；
13)调速至600r/min，旋转10～15s，关闭电机，静止10min，用3r/min启动电机，迅速读取最大值并记录；
14)关闭电机，松开升降台，下移浆杯，取出浆杯，把钻井液倒入搪瓷杯中；
15)清洗浆杯，擦净仪器上的污物，清洗毛巾，把实验用品摆放整齐。
如表所示，实施例1至实施例3中提到的纳米暂堵液API滤失量(API-FL)明显低于对比例1和对比例2中的API滤失量，对比例1和对比例2提到的纳米暂堵液降滤失效果弱于实例1至实例5提到纳米暂堵液。纳米暂堵液流变性参数测试结果
实验例2
如表4-1所示，采用3％KCl盐水测试时龙马溪组页岩渗透率变化范围为0.13～0.62nD，平均渗透率为0.25nD。在实施例1至实施例3中，3％KCl盐水测试完毕后换用纳米暂堵液测试，和3％KCl盐水相比，纳米暂堵液测试得到的渗透率变化范围为0.0012～0.0075nD，平均渗透率为0.0048nD，页岩渗透率降低幅度达97.4％～99.1％，表明纳米暂堵液具有良好的封堵性。解堵液解堵后，页岩渗透率大幅度回升，渗透率恢复率达91.3％～98.9％，表明纳米暂堵液的暂堵带得到了彻底解除。而对比例1和对比例2中，纳米暂堵液封堵后渗透率下降幅度为86.3％～84.9％，解堵液解堵后，页岩渗透率大幅度回升，渗透率恢复率为52.46％～66.35％，明显低于实施例1至实施例3的渗透率恢复率。
龙马溪组页岩纳米暂堵液暂堵效果对比
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种纳米暂堵液，其特征在于，所述纳米暂堵液包括按重量百分比计的以下组分：
膨润土2-4％，黏土分散剂0.2-0.8％，增粘剂0.2-0.5％，防膨剂0.05-0.1％，暂堵性纳米材料0.1-1.0％，纳米材料分散稳定剂0.1-0.2％，和pH调节剂0.1-0.2％，余量为水。
2.根据权利要求1所述纳米暂堵液，其特征在于，所述纳米暂堵液包括按重量百分比计的以下组分：
膨润土2.5-3.5％，黏土分散剂0.4-0.6％，增粘剂0.3-0.4％,防膨剂0.06-0.09％，暂堵性纳米材料0.3-0.7％，纳米材料分散稳定剂0.12-0.18％，和pH调节剂0.12-0.18％，余量为水。
3.根据权利要求1所述的纳米暂堵液，其特征在于，所述暂堵性纳米材料包括：纳米碳酸钙、纳米三氧化二铝、纳米氧化锌、纳米三氧化二铁、纳米四氧化三铁，优选地，所述纳米性暂堵材料是纳米碳酸钙、纳米三氧化二铝、纳米氧化锌，更优选地，所述纳米性暂堵材料的粒径小于30nm。
4.根据权利要求1所述的纳米暂堵液，其特征在于，所述纳米材料分散稳定剂包括：十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基硫酸钠、羧甲基纤维素钠、十二烷基苯磺酸钠、木质素磺酸钙。
5.根据权利要求1所述的纳米暂堵液，其特征在于，所述黏土分散剂包括：磺化褐煤、酚醛树脂、铁铬木质素磺酸盐。
6.根据权利要求1所述的纳米暂堵液，其特征在于，所述增粘剂包括：羧甲基纤维素钠盐、丙烯腈、聚丙烯酸钾、黄原胶、阴离子纤维素，优选地，所述增粘剂包括：聚丙烯酸钾、阴离子纤维素，更优选地，所述防膨剂包括：氯化钾、氯化铵、有机硅烷。
7.纳米暂堵液的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
1)将所述膨润土、黏土分散剂和pH调节剂加水中，搅拌均匀；
2)依次加入所述防膨剂和所述增粘剂并充分搅拌得到膨润土分散体系；
3)将所述暂堵性纳米材料配制成高浓度的纳米分散胶液；
4)将所述纳米分散胶液和膨润土分散体系混合，加入所述纳米材料分散稳定剂，然后充分搅拌分散。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述高浓度的纳米分散胶液的浓度为30-50％。
9.一种解堵液，其特征在于，所述解堵液包括按重量百分比计的以下组分：
钻井完井液破胶剂0.2-0.5％，
酸液10-15％，
余量为水。
10.根据权利要求9所述的解堵液，其特征在于，所述酸液包括：盐酸、氢氟酸、土酸。
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