CN107033863B - 无固相无污染低伤害高密度完井液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无固相无污染低伤害高密度完井液及其制备方法，该完井液包括以质量分数计的1～5％的氢氧化钾、5～10％的磷酸二氢钾、15～40％的磷酸一氢钾、1～5％的甲酸钾、10～30％的焦磷酸钾、5～12％的甲酸铯、0.2～0.8％的增粘剂、1～2％的降滤失剂和余量的水，以制成了密度为1.7～1.9g/cm3的高密度完井液，其水溶解性即使在低温、常温、高温状态下溶解性均呈现良好表现，可适用温度宽，真正实现了完井液中的无固相，同时该完井液具有在井下地层不产生化学沉淀和污垢，对储层污染小、伤害小，不会堵塞储层的有点；另外，该完井液制备方法简单，完全满足现场现用现配。
Description
技术领域
本发明涉及环保完井液技术领域，特别涉及一种无固相无污染低伤害高密度完井液及其制备方法。
背景技术
在完井过程中，通常使用某些盐液体作为压井液(用于控制地层压力的液体)，修井液(保养生产井的液体)，它们都属于完井过程中的工作液。根据所需要的液体密度，来调整盐水溶液基液的密度。
通常情况下，对于较低的液体密度，使用氯化物或甲酸钠，对于较高的液体密度，使用溴化物或甲酸钾等。比如，如果地层所需要的密度仅为1.20g/cm3以下，则使用氯化钾或氯化钠；如果地层所需密度在1.30g/cm3左右，则使用甲酸钠；如果地层所需密度为1.40g/cm3左右，则使用氯化钙；如果地层所需密度为1.50g/cm3左右，则使用溴化钠；如果地层所需密度为1.60g/cm3以下，则使用甲酸钾或中密度的有机盐；如果地层所需密度高达1.80g/cm3左右，则使用溴化钙；如果地层所需密度高达2.0g/cm3左右，则使用溴化锌和溴化钙的混合物。
目前，低密度区间由于都是一价金属盐，所以对储层伤害和污染较小，因此现存问题比较小；而高密度区间存在问题较多，如使用钙盐配制完井液时，现场配液困难，尤其是在冬季，析出很多固相的颗粒沉淀，很难满足现配现用的施工要求，且由于溶解度较低导致了液体密度难达到要求；另外，二价钙盐、锌盐在井下地层中易结垢、沉淀，发生储层堵塞现象，对储层有污染；而溴化钠虽然可以达到密度为1.50g/cm3左右，但价格昂贵；甲酸钾的饱和溶液虽然能加重到接近1.60g/cm3的密度，它是通过1吨水加入3吨以上甲酸钾来实现的，加量大导致价格昂贵。综述上述问题，有必要研发一种无固相无污染对储层低伤害的高密度完井液来代替二价盐完井液和价格昂贵的有机盐完井液。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用多种一价钾盐复配形成的能够替代目前惯用的二价盐完井液和价格昂贵的有机盐完井液的无固相无污染低伤害高密度完井液。
本发明的另一目的是提供一种制备上述无固相无污染低伤害高密度完井液的制备方法。
为此，本发明技术方案如下：
一种无固相无污染低伤害高密度完井液，包括以质量分数计的1～5％的氢氧化钾、5～10％的磷酸二氢钾、15～40％的磷酸一氢钾、1～5％的甲酸钾、10～30％的焦磷酸钾、5～12％的甲酸铯、0.2～0.8％的增粘剂、1～2％的降滤失剂和余量的水。
其中，完井液的无机盐部分通过选用按一定比例混合的多种钾盐配制成在水中具有高溶解度和高密度的完井液。
所述增粘剂为黄原胶、田菁胶、瓜胶或香豆胶；其通过采用天然增稠剂以提高完井液的体系粘度。
所述降滤失剂为CMC-AMPS-AA交联共聚物；其中，聚合反应中，羧甲基纤维素盐(CMC)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和丙烯酸盐(AA)三个单体的投料质量比为(1～3):(5～15):(10～40)；具体地，该降滤失剂的配方和制备方法参见已公开专利CN201510227471.0中。
一种无固相无污染低伤害高密度完井液的制备方法，步骤如下：
将以质量分数计的水、5～10％的磷酸一氢钾、15～40％的磷酸二氢钾、1～5％的甲酸钾、10～30％的焦磷酸钾和5～12％甲酸铯加入反应瓶中，搅拌至完全溶解，配制成无机盐水溶液基液；向基液中加入0.2～0.8％的增粘剂，搅拌，混合均匀后再加入1～2％的降滤失剂，搅拌，混合均匀；最后加入1～5％的氢氧化钾，使溶液pH在10～12之间，同时增加液体体系中盐的溶解度，继续搅拌至溶液混合均匀；其中，水、磷酸一氢钾、磷酸二氢钾、甲酸钾、焦磷酸钾、甲酸铯、增粘剂、降滤失剂和氢氧化钾的加入总量为100％。
其中，将按照一定比例配制的钾盐进行优先溶解，以防止无机盐溶于水中释放的热量导致由于无机盐溶解过程中的放热不完全搅拌时增粘剂产生大量的气泡。因此为了避免起泡，先充分的溶解无机盐，形成浓盐水溶液，然后加入增粘剂和降滤失剂等。
与现有技术相比，本发明的无固相无污染低伤害高密度完井液全部采用一价碱金属钾盐进行复配作为无机盐配制成了密度为1.7～1.9g/cm3的高密度完井液，其水溶解性即使在低温、常温、高温状态下溶解性均呈现良好表现，可适用温度宽，真正实现了完井液中的无固相；另外，一价碱金属钾盐在井下地层不产生化学沉淀和污垢，对储层污染小、伤害小，不会堵塞储层，避免了与储层中的碳酸根、硫酸根相遇生成沉淀，堵塞孔隙；同时，该完井液腐蚀性轻微，使用过程中不会对金属设备及橡胶器件产生腐蚀和硬化。另外，该完井液制备方法简单，完全满足现场现用现配。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
实施例1
将23份的水、38份的磷酸一氢钾、8份的磷酸二氢钾、3份的甲酸钾、10份的焦磷酸钾、11份的甲酸铯加入反应瓶中，搅拌至完全溶解，配制成无机盐水溶液基液；向基液中加入0.5份的黄原胶，混合均匀；再加入1.5份的降滤失剂，再次混匀，最后加入pH调节剂：2份的氢氧化钾，增加液体体系中盐的溶解度，配制成无固相无污染低伤害高密度完井液。
实施例2
将25份的水、29份的磷酸一氢钾、5份的磷酸二氢钾、2份的甲酸钾、24份的焦磷酸钾、10份的甲酸铯加入反应瓶中，搅拌至完全溶解，配制成无机盐水溶液基液；向基液中加入0.8份的田菁胶，混合均匀；再加入1.2份的降滤失剂，再次混匀，最后加入pH调节剂：3份的氢氧化钾，增加液体体系中盐的溶解度，配制成无固相无污染低伤害高密度完井液。
实施例3
将29份的水、25份的磷酸一氢钾、10份的磷酸二氢钾、4份的甲酸钾、20份的焦磷酸钾、6份的甲酸铯加入反应瓶中，搅拌至完全溶解，配制成无机盐水溶液基液；向基液中加入0.2份的瓜胶，混合均匀；再加入1.8份的降滤失剂，再次混匀，最后加入pH调节剂：4份的氢氧化钾，增加液体体系中盐的溶解度，配制成无固相无污染低伤害高密度完井液。
实施例4
将26份的水、15份的磷酸一氢钾、6份的磷酸二氢钾、5份的甲酸钾、29份的焦磷酸钾、12份的甲酸铯加入反应瓶中，搅拌至完全溶解，配制成无机盐水溶液基液；向基液中加入0.4份的黄原胶，混合均匀；再加入1.6份的降滤失剂，再次混匀，最后加入pH调节剂：5份的氢氧化钾，增加液体体系中盐的溶解度，配制成无固相无污染低伤害高密度完井液。
其中，上述实施例1～4中的氢氧化钾、磷酸一氢钾、磷酸二氢钾、甲酸钾、焦磷酸钾、甲酸铯可直接购买自市售产品。
所述降滤失剂通过下述制备方法制得：将3g的羧甲基纤维素钠加入到反应器中，再向反应器中加入25mL水，搅拌并升温至60℃糊化20min，加入10g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、30g丙烯酸钠水溶液搅拌均匀，依次加入0.4g的过硫酸钾引发剂，0.010gN,N-亚甲基双丙烯酰胺交联剂，70℃恒温反应2.5小时，分别用乙醇和蒸馏水洗涤两次，烘干、粉碎、造粒得到白色粉末状产品。
由于该无固相无污染低伤害高密度完井液旨在替代目前惯用的二价盐完井液和价格昂贵的有机盐完井液，因此进一步对实施例1～4制备的无固相无污染低伤害高密度完井液的pH值、溶液密度、岩心渗透率恢复值实验、岩心伤害率和腐蚀度进行相应测试，以评价其是否能够在满足高密度需求的同时能够最大限度减少对油气层的损害。
其中，岩心渗透率恢复值是评价完井液对储层的损害程度或对储层保护效果的最直观的方法；其采用天然岩心在流动实验装置上，测量实验岩心污染前后的渗透率，所得比值即为渗透率恢复值。渗透率恢复值能够直观反映储层岩心的损害程度。完井液的渗透率恢复值越大，说明对储层损害越小，一般渗透率恢复值应不小于75％(具体方法可参照《砂岩储层敏感性评价：岩心流动试验程序》的行业标准)。
岩心伤害率的测定方法：取若干块已洗油、洗盐处理的岩心做平行实验，首先用煤油测试每块岩心的原始渗透率，然后使用配制的无污染低伤害碱性完井液对岩心进行污染，再测试污染后的岩心渗透率，通过污染前后的渗透率的比值来评价岩心伤害率。
完井液体系腐蚀度通过测定完井液体系的腐蚀速率进行评价，具体方法为：采用P110钢为测试对象，参考标准-SY/T0026-1999测试。当腐蚀速率低于0.075mm/a时，即可认定为轻度腐蚀。
测试结果如下表1所示。
表1：
从上表1的测试结果可以看出，实施例1～4制备的无固相无污染低伤害高密度完井液采用多种一价钾盐进行复配无机盐的方式溶解于水配制成无机盐基液后，配以增粘剂和降滤失剂制备而成，其溶液pH为10～12，溶液密度可达到1.7～1.9g/cm3，该溶液密度完全满足底层所需的高密度要求。
在岩心渗透率恢复值、岩心伤害率和腐蚀性测试中，实施例1～4制备的无固相无污染低伤害高密度完井液的岩心渗透率恢复值超过78，岩心伤害率控制在24％以下；对P110钢的腐蚀速率低于0.02mm/a，为轻度腐蚀，使用过程中对套管腐蚀性小；可见，其也能够满足最大限度减少对油气层损害的要求。
另外，对实施例1～4制备的无固相无污染低伤害高密度完井液进行温度测试，测试结果表明其在90～160℃的是温度使用条件下均无固体析出，性能保持良好，适用温度宽。
Claims (4)
1.一种无固相无污染低伤害高密度完井液，其特征在于，包括以质量分数计的1～5％的氢氧化钾、5～10％的磷酸二氢钾、15～40％的磷酸一氢钾、1～5％的甲酸钾、10～30％的焦磷酸钾、5～12％的甲酸铯、0.2～0.8％的增粘剂、1～2％的降滤失剂和余量的水。
2.根据权利要求1所述的无固相无污染低伤害高密度完井液，其特征在于，所述增粘剂为黄原胶、田菁胶、瓜胶或香豆胶。
3.根据权利要求1所述的无固相无污染低伤害高密度完井液，其特征在于，所述降滤失剂为CMC-AMPS-AA交联共聚物；其中，单体投料比CMC:AMPS:AA为(1～3):(5～15):(10～40)。
4.一种无固相无污染低伤害高密度完井液的制备方法，其特征在于，步骤如下：将以质量分数计的水、5～10％的磷酸一氢钾、15～40％的磷酸二氢钾、1～5％的甲酸钾、10～30％的焦磷酸钾和5～12％甲酸铯加入反应瓶中，搅拌至完全溶解，配制成无机盐水溶液基液；向基液中加入0.2～0.8％的增粘剂，搅拌，混合均匀后再加入1～2％的降滤失剂，搅拌，混合均匀；最后加入1～5％的氢氧化钾，使溶液pH在10～12之间，继续搅拌至溶液混合均匀。
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