CN106701045B - 一种高效封堵型钻井液防塌剂、生产方法及其使用方法 - Google Patents

一种高效封堵型钻井液防塌剂、生产方法及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高效封堵型钻井液防塌剂、生产方法及其使用方法。本发明所述高效封堵型钻井液防塌剂由慢裂型阳离子乳化沥青、抗破乳剂和软化点调节剂组成；所述慢裂型乳化剂、抗破乳剂、水先配成皂液并酸化，酸化的皂液和沥青通过胶体磨研磨制成慢裂型阳离子乳化沥青，钻井作业时将上述乳化沥青与软化点调节剂掺入水基钻井液中，高速剪切混合均匀得到高效封堵型钻井液。本发明所述钻井液防塌剂具有水溶性高，抗破乳能力强，抗滤失性好，适用于各种深度的油气井钻井作业。

Description

一种高效封堵型钻井液防塌剂、生产方法及其使用方法
技术领域
本发明属于油田钻采材料技术领域，具体涉及一种高效封堵型钻井液防塌剂、生产方法及其使用方法。
背景技术
油田钻采领域中的井壁稳定问题，尤其是泥页岩地层井壁稳定问题一直是钻井工程中经常遇到的井下复杂情况之一。随着世界石油工业的不断发展和勘探开发领域的拓宽，泥页岩井壁不稳定问题越来越复杂、越来越普遍、已成为核心问题。井壁不稳定会引起卡钻及挤毁套管，这些复杂情况不但影响钻井速度与测井、固井质量，还可能会导致侧钻新井眼或油井报废，使部分地区无法钻达目的层，影响勘探开发目的的实现。据有关资料统计，井壁失稳每年造成的损失约5亿美元，用于处理井壁失稳问题而消耗的时间约占钻井总时间的5％～6％。
钻井液防塌剂是钻井作业中提升井壁稳定性的重要技术。能用作钻井液防塌剂的材料种类很多，根据其一般作用方式，可分为八个类型：(1)水活度降低型；(2)滤液增粘型；(3)封堵型；(4)润湿性改变型；(5)低水化能型；(6)泥饼致密型；(7)桥联型；(8)化学胶结型。其中封堵型防塌剂主要有沥青类、聚合醇类、铝化合物类和硅酸盐类等四个种类。
在油田钻井液生产中，目前所使用的沥青类防塌剂有磺化沥青和天然沥青，其应用效果较好，但唯独水溶性较差，软化点较高，在现场使用时不好将沥青直接加入水基钻并液中，而石油钻井工程使用的钻井液体系中90％为水基钻井液体系，且随着钻井工程的复杂难度日益增大及环保要求的逐渐提高，对水溶性防塌剂需求愈加强烈，而传统的磺化沥青和天然沥青，其水溶性都较差，磺化沥青含量大于等于25％，有65％溶于水，而天然沥青虽然沥青含量高，但几乎不溶于水。专利200510200450.6公开了一种阳离子乳化沥青防塌剂乳胶及其生产和使用方法，采用氯化三甲基十八烷基胺、二甲基双十二烷基氯化铵等作为沥青乳化剂，采用氯化钙、碳酸钙等无机物作为软化点调节剂。该技术采用的沥青乳化剂均为中裂和快裂型乳化剂，采用该型乳化剂制备的乳化沥青在高温高压条件下极易破乳(破乳时间短)，无法满足深层位油气井连续作业的需求，由此制约了应用空间。此外，以氯化钙等无机物填料作为软化点调节剂，其本质是将无极物粉末分散到沥青中，主要起填料作用，在配制皂液过程中由于存在密度差分散均匀性无法保证，皂液极易分层，真正能够进入到沥青的无机物数量较少，因此生产的乳化沥青必须过滤以除去沉淀的无机物，由此造成浪费。此外，以无机物填料作为软化点调节剂，调控的可靠性也有待商榷。
发明内容
针对现有钻井液防塌剂存在水溶性较差，软化点较高，破乳时间短等问题，本发明提供了一种高效封堵型钻井液防塌剂、其生产方法及其使用方法，可用于大深井油气田钻采的防塌堵漏作业。
本发明提供了一种高效封堵型钻井液防塌剂，由以下两种组分按重量百分比组成：
慢裂型阳离子乳化沥青 90％～98％，
软化点调节剂 2％～10％；
所述慢裂型阳离子乳化沥青由以下各组分按重量百分比组成：
沥青 50％～65％，
慢裂型乳化剂 2％～4％，
抗破乳剂 0～4％，
余量为水。
所述慢裂型乳化剂为木质素胺类乳化剂，优选木质素氨乙基哌嗪、木质素乙醇胺、木质素氨乙基乙醇胺中的任意一种。
所述抗破乳剂为辛基苯酚聚氧乙烯醚，脂肪醇聚氧乙烯醚、水玻璃中的任意一种或一种以上任意比例的混合物。
所述软化点调节剂为SBS胶乳与SBR胶乳的一种或两种的任意比例混合物。
本发明所述高效封堵型钻井液防塌剂的生产方法，按下述步骤进行：
(1)慢裂型阳离子乳化沥青的制备：将慢裂型乳化剂、抗破乳剂与水混合配制成皂液，使用盐酸将皂液的pH调制2.0-2.5，并加热至60℃-70℃；将沥青加热至130℃-140℃，之后将所述皂液和沥青混合并利用胶体磨充分研磨得到慢裂型阳离子乳化沥青；
(2)将步骤(1)制得的慢裂型阳离子乳化沥青与软化点调节剂混合后用转速为10000转/min的高速剪切搅拌机持续搅拌2min，得到所述高效封堵型钻井液防塌剂。
本发明所述高效封堵型钻井液防塌剂的使用方法，按下述步骤进行：在钻井过程中，然后按每1000kg水基钻井基浆中加入20kg至80kg高效封堵型钻井液防塌剂，利用转速10000转/min的高速剪切搅拌机混合10min，得到防塌钻井液。
本发明所述的高效封堵型钻井液防塌剂水溶性好，抗破乳能力强，软化点可调节，能够适应各种深度的油气井的钻采需要，且该材料具有抗滤失性能突出，封堵效果显著等优点。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，下列实施例所用材料的生产厂家信息见下表，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。实施例中所述的盐酸浓度为质量百分数。
品名 生产厂家 基本信息
木质素氨乙基哌嗪 江苏苏博特新材料股份有限公司 黑色液体，固含量40％
木质素乙醇胺 江苏苏博特新材料股份有限公司 黑色液体，固含量42％
木质素氨乙基乙醇胺 江苏苏博特新材料股份有限公司 黑色液体，固含量45％
SBR胶乳 上海道淳交通科技有限公司 白色乳液，固含量约65％
SBS胶乳 重庆锦盟建筑材料有限公司 白色乳液，固含量约60％
辛基苯酚聚氧乙烯醚 江苏凌飞化工有限公司 CAS号：9036-19-5
水玻璃 湖南荷塘化工有限公司 纯度97％
脂肪醇聚氧乙烯醚 巴斯夫 CAS号：68131-39-5
基准例
利用转速为10000转/min的高速剪切搅拌机将水基钻井基浆搅拌10min，搅拌均匀的水基钻井液基浆在130℃高温滚子炉中放置16h，然后在3.5MPa，130℃高温高压滤失仪内测得30min滤失量为33.5ml。
实施例1
按重量比称量沥青50份，木质素乙醇胺乳化剂2份，水48份，将乳化剂溶于水中配成皂液，滴加20％盐酸1.5份将皂液pH值调为2.0。将酸化皂液加热至60℃，沥青加热至132℃，利用胶体磨将将两者混合研磨2min，得到慢裂型阳离子乳化沥青。该慢裂型阳离子乳化沥青平均粒径2.76μm，模数粒径7.8μm。
按重量比秤取水基钻井基浆1000份，上述慢裂型阳离子乳化沥青18.4份，SBR胶乳1.6份。利用转速为10000转/min的高速剪切搅拌机先将慢裂型阳离子乳化沥青与SBR胶乳搅拌2min，再与水基钻井基浆混合，高速搅拌10min。混匀的泥浆在130℃高温滚子炉中放置16h，泥浆表面有少量黑色油斑及黑色颗粒物，浆体内部有较多肉眼可视的沥青大颗粒，混合泥浆在3.5MPa，130℃高温高压滤失仪测得30min滤失量为31.5ml，略低于基浆的33.5ml。
实施例2
按重量比称量沥青50份，木质素乙醇胺乳化剂2份，辛基苯酚聚氧乙烯醚2份和脂肪醇聚氧乙烯醚2份作为抗破乳剂，水44份，将乳化剂溶于水中配成皂液，滴加20％盐酸1.5份将皂液pH值调为2.0。将酸化皂液加热至60℃，沥青加热至132℃，利用胶体磨将将两者混合研磨2min，得到慢裂型阳离子乳化沥青。该慢裂型阳离子乳化沥青平均粒径2.54μm，模数粒径6.5μm。
按重量比秤取水基钻井基浆1000份，上述慢裂型阳离子乳化沥青20份。利用转速为10000转/min的高速剪切搅拌机将慢裂型阳离子乳化沥青与水基钻井基浆混合，高速搅拌10min。混匀的泥浆在130℃高温滚子炉中放置16h，泥浆表面有大片黑色油斑，浆体内部有粘稠的团状沥青(乳化沥青破乳后形成)，由于混合物已经分层，无法评价其高温高压滤失性能。
实施例3
按重量比称量沥青50份，木质素氨乙基哌嗪乳化剂2份，辛基苯酚聚氧乙烯醚2份和脂肪醇聚氧乙烯醚2份作为抗破乳剂，水44份，将乳化剂、抗破乳剂溶于水中配成皂液，滴加20％盐酸1.5份将皂液pH值调为2.0。将酸化皂液加热至60℃，沥青加热至132℃，利用胶体磨将将两者混合研磨2min，得到慢裂型阳离子乳化沥青。该慢裂型阳离子乳化沥青平均粒径2.54μm，模数粒径6.5μm。
按重量比秤取水基钻井基浆1000份，上述慢裂型阳离子乳化沥青18.4份，SBR胶乳1.6份。利用转速为10000转/min的高速剪切搅拌机先将慢裂型阳离子乳化沥青与SBR胶乳搅拌2min，再与水基钻井基浆混合，高速搅拌10min。混匀的泥浆在130℃高温滚子炉中放置16h，泥浆表面无飘油，浆体无明显沥青颗粒，混合泥浆在3.5MPa，130℃高温高压滤失仪测得30min滤失量为21.5ml，明显低于基浆的33.5ml。
实施例4
按重量比称量沥青60份，木质素氨乙基哌嗪乳化剂3份，水玻璃1份和脂肪醇聚氧乙烯醚2份作为抗破乳剂，水34份，将乳化剂、抗破乳剂溶于水中配成皂液，滴加20％盐酸2.0份将皂液pH值调为2.0。将酸化皂液加热至65℃，沥青加热至138℃，利用胶体磨将将两者混合研磨2min，得到慢裂型阳离子乳化沥青。该阳离子乳化沥青平均粒径1.82μm，模数粒径3.6μm。
按重量比秤取水基钻井基浆1000份，上述慢裂型阳离子乳化沥青37.6份，SBS胶乳2.4份。利用转速为10000转/min的高速剪切搅拌机先将慢裂型阳离子乳化沥青与SBS胶乳搅拌2min，再与水基钻井基浆混合，高速搅拌10min。混匀的泥浆在130℃高温滚子炉中放置16h，泥浆表面无飘油，浆体无明显沥青颗粒，混合泥浆在3.5MPa，130℃高温高压滤失仪测得30min滤失量为19.4ml，明显低于基浆的33.5ml。
实施例5
按重量比称量沥青65份，木质素氨乙基哌嗪乳化剂4份，水玻璃1份和辛基苯酚聚氧乙烯醚2份作为抗破乳剂，水28份，将乳化剂、抗破乳剂溶于水中配成皂液，滴加20％盐酸2.5份将皂液pH值调为2.5。将酸化皂液加热至70℃，沥青加热至135℃，利用胶体磨将将两者混合研磨2min，得到慢裂型阳离子乳化沥青。该阳离子乳化沥青平均粒径1.68μm，模数粒径2.76μm。
按重量比秤取水基钻井基浆1000份，上述慢裂型阳离子乳化沥青57.6份，SBR胶乳2.4份。利用转速为10000转/min的高速剪切搅拌机先将慢裂型阳离子乳化沥青与SBR胶乳搅拌2min，再与水基钻井基浆混合，高速搅拌10min。混匀的泥浆在130℃高温滚子炉中放置16h，泥浆表面无飘油，浆体无明显沥青颗粒，混合泥浆在3.5MPa，130℃高温高压滤失仪测得30min滤失量为17.5ml，明显低于基浆的33.5ml。
实施例6
按重量比称量沥青60份，木质素乙醇胺乳化剂3份，水玻璃2份作为抗破乳剂，水35份，将乳化剂、抗破乳剂溶于水中配成皂液，滴加20％盐酸2份将皂液pH值调为2.5。将酸化皂液加热至65℃，沥青加热至137℃，利用胶体磨将将两者混合研磨2min，得到慢裂型阳离子乳化沥青。该阳离子乳化沥青平均粒径1.96μm，模数粒径3.84μm。
按重量比秤取水基钻井基浆1000份，上述慢裂型阳离子乳化沥青78.4份，SBS胶乳1.6份。利用转速为10000转/min的高速剪切搅拌机先将慢裂型阳离子乳化沥青与SBS胶乳搅拌2min，再与水基钻井基浆混合，高速搅拌10min。混匀的泥浆在130℃高温滚子炉中放置16h，泥浆表面无飘油，浆体无明显沥青颗粒，混合泥浆在3.5MPa，130℃高温高压滤失仪测得30min滤失量为15.0ml，明显低于基浆的33.5ml。
实施例7
按重量比称量沥青65份，木质素氨乙基乙醇胺乳化剂3份，水玻璃1份作为抗破乳剂，水31份，将乳化剂、抗破乳剂溶于水中配成皂液，滴加20％盐酸1.5份将皂液pH值调为2.0。将酸化皂液加热至65℃，沥青加热至140℃，利用胶体磨将将两者混合研磨2min，得到慢裂型阳离子乳化沥青。该阳离子乳化沥青平均粒径2.08μm，模数粒径4.58μm。
按重量比秤取水基钻井基浆1000份，上述慢裂型阳离子乳化沥青38份，SBR胶乳1份，SBS胶乳1份。利用转速为10000转/min的高速剪切搅拌机先将慢裂型阳离子乳化沥青与SBR胶乳、SBS胶乳搅拌2min，再与水基钻井基浆混合，高速搅拌10min。混匀的泥浆在130℃高温滚子炉中放置16h，泥浆表面无飘油，浆体无明显沥青颗粒，混合泥浆在3.5MPa，130℃高温高压滤失仪测得30min滤失量为16.7ml，明显低于基浆的33.5ml。
上述实施例对比数据如下表1所示。
表1
Figure BDA0001171532580000061
由表中数据可知，本发明提供的封堵型钻井液防塌剂具有良好的高温抗破乳和抗滤失性能。

Claims (3)

1.一种高效封堵型钻井液防塌剂，其特征在于，由以下两种组分按重量百分比组成：
慢裂型阳离子乳化沥青 90%~98%，
软化点调节剂 2%~10%；
所述慢裂型阳离子乳化沥青由以下各组分按重量百分比组成：
沥青 50%~65%，
慢裂型乳化剂 2%~4%，
抗破乳剂 0~4%，
余量为水，
所述抗破乳剂重量不为0；
所述慢裂型乳化剂为木质素胺类乳化剂；
所述抗破乳剂为辛基苯酚聚氧乙烯醚，脂肪醇聚氧乙烯醚、水玻璃中的任意一种或一种以上任意比例的混合物；
所述软化点调节剂为SBS胶乳与SBR胶乳的一种或两种的任意比例混合物；
所述慢裂型乳化剂为木质素氨乙基哌嗪、木质素乙醇胺、木质素氨乙基乙醇胺中的任意一种。
2.权利要求1所述的一种高效封堵型钻井液防塌剂的生产方法，其特征在于，按下述步骤进行：
（1）慢裂型阳离子乳化沥青的制备：将慢裂型乳化剂、抗破乳剂与水混合配制成皂液，使用盐酸将皂液的pH调制2.0-2.5，并加热至60℃-70℃；将沥青加热至130℃-140℃，之后将所述皂液和沥青混合并利用胶体磨充分研磨得到慢裂型阳离子乳化沥青；
（2）将步骤（1）制得的慢裂型阳离子乳化沥青与软化点调节剂混合后用转速为10000转/min的高速剪切搅拌机持续搅拌2min，得到所述高效封堵型钻井液防塌剂。
3.权利要求1所述的一种高效封堵型钻井液防塌剂的使用方法，其特征在于，在钻井过程中，按每1000kg水基钻井基浆中加入20kg至80kg高效封堵型钻井液防塌剂，利用转速10000转/min的高速剪切搅拌机混合10min，得到防塌钻井液。
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