CN109135689A - 完井液用pH缓冲剂及其制备方法 - Google Patents

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王晓磊
马吉龙
王颖
解同川
李博
曹宁
王丹
唐智博
杨津
王瑞泓
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Abstract

本发明公开了一种完井液用pH缓冲剂，其为第一缓冲液体系和第二缓冲液体系的混合液，混合液的pH为9.85～10.45；其中，第一缓冲液体系为氯化铵溶液和氨水的混合溶液，其pH为9.15～10.35；第二缓冲液体系为碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液，其pH为9.0～10.5；该完井液用pH缓冲剂除硫化氢等和抑制铁垢的效率高，能够有效预防因氢脆和氢致而引起的套管损害和裂纹，且由于其加入后使完井液始终维持在碱性条件，使腐蚀产物氢氧化铁和碳酸铁溶解度很小，且使少量生成的氢氧化铁和碳酸铁牢固覆盖在金属表面，进而阻止金属进一步腐蚀，维持完井液体系稳定。

Description

完井液用pH缓冲剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及完井工作液技术领域，特别涉及一种完井液用pH缓冲剂及其制备方法。
背景技术
目前，常用的盐水完井液体系有CaCl2体系、CaBr2体系、CaCl2/发明CaBr2体系、甲酸盐体系等。CaCl2体系广泛适应于密度1.4g/cm3以下的完井液体系，体系pH值为中性；CaCl2/发明CaBr2体系广泛适应于密度1.8g/cm3以下的完井液体系，低腐蚀，体系pH值近似中性；而甲酸盐体系属于储层保护完井液体系，适应于密度1.55g/cm3以下，低腐蚀，体系pH值为弱碱性。上述体系的完井液在酸性气田使用时，由于酸性气体CO2、H2S的侵入会降低体系的pH值，从而增大腐蚀速率；尤其是使用甲酸盐体系时还会加快甲酸盐的快速分解。因此，为了保证完井液体系pH值的稳定，体系中加入pH缓冲剂来抑制盐的分解、抑制FeCO3和FeS腐蚀并使其在金属表面形成保护膜，从而维持整个体系的性能稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种解决目前使用单一的氨水-氯化铵缓冲体系导致的高成本、强腐蚀等问题的完井液用pH缓冲剂。
本发明的另一目的是提供一种制备上述完井液用pH缓冲剂的制备方法。
为此，本发明技术方案如下：
一种完井液用pH缓冲剂，其为第一缓冲液体系和第二缓冲液体系的混合液，混合液的pH为9.85～10.45；其中，第一缓冲液体系为氯化铵溶液和氨水的混合溶液，其pH为9.15～10.35；第二缓冲液体系为碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液，其pH为9.0～10.5。
采用氨水-氯化铵构成的第一缓冲液体系和碳酸钠-碳酸氢钠构成的第二缓冲液体系进行复配后作为完井液用pH缓冲剂，有效降低了Cl-含量的同时提高了抑制铁垢生成和出硫化氢的效率，并且降低了缓冲剂的施工成本。
优选，第一缓冲液体系为0.1mol/L的氯化铵溶液和0.1mol/L的氨水的混合溶液，且二者重量比为5～7:3～5；第二缓冲液体系为0.1mol/L的碳酸钠溶液和0.1mol/L的碳酸氢钠溶液的混合溶液，且二者重量比为5～7:3～5。
优选，第一缓冲液体系和第二缓冲液体系的重量比为7～9:1～3。
一种完井液用pH缓冲剂的制备方法，具体步骤如下：
S1、配制摩尔浓度为0.1mol/L的NH4Cl溶液与摩尔浓度为0.1mol/L的NH3.H2O，然后按重量比5～7:3～5称量NH4Cl溶液与氨水并将二者混合均匀，得到pH为9.15～10.35的第一缓冲液体系；
S2、配制摩尔浓度为0.1mol/L的Na2CO3溶液与摩尔浓度为0.1mol/L的NaHCO3溶液，然后5～7:3～5称量Na2CO3溶液与NaHCO3溶液并将二者混合均匀，得到pH为9.0～10.5的第二缓冲液体系；
S3、按比例称量第一缓冲液体系和第二缓冲液体系，并将二者混合均匀，得到pH为9.85～10.45的完井液用pH缓冲剂。
使用时，该完井液用pH缓冲剂在完井液中的加量为0.3～0.5wt.％，始终维持完井液体系为弱碱性溶液。
与现有技术相比，该完井液用pH缓冲剂除；硫化氢等和抑制铁垢的效率高，能够有效预防因氢脆和氢致而引起的套管损害和裂纹，且由于其加入后使完井液始终维持在碱性条件，使腐蚀产物氢氧化铁和碳酸铁溶解度很小，且使少量生成的氢氧化铁和碳酸铁牢固覆盖在金属表面，进而阻止金属进一步腐蚀；此外也保证在高温高压的情况下，完井液中添加的高分子聚合物在该pH缓冲剂提供的碱性条件下不易发生水解，且即使有大量酸性气体的侵入，也可维持完井液体系稳定。
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
一种完井液用pH缓冲剂，其制备步骤如下：
S1、配制0.1mol/L的NH4Cl溶液与0.1mol/L的NH3.H2O，然后称取70重量份的NH4Cl溶液和30重量份的氨水，并使二者搅拌混合均匀，得到pH为9.25的第一缓冲液体系；
S2、配制0.1mol/L的Na2CO3溶液与0.1mol/L的NaHCO3溶液，然后称取60重量份的Na2CO3溶液和40重量份的NaHCO3溶液，并使二者搅拌混合均匀，得到pH为10.15的第二缓冲液体系；
S3、按重量比8:2称量第一缓冲液体系和第二缓冲液体系，并将二者混合均匀，即得到完井液用pH缓冲剂I。
实施例2
一种完井液用pH缓冲剂，其制备步骤如下：
S1、配制0.1mol/L的NH4Cl溶液与0.1mol/L的NH3.H2O，然后称取50重量份的NH4Cl溶液和50重量份的氨水，并使二者搅拌混合均匀，得到pH为10.15的第一缓冲液体系；
S2、配制0.1mol/L的Na2CO3溶液与0.1mol/L的NaHCO3溶液，然后称取50重量份的Na2CO3溶液和50重量份的NaHCO3溶液，并使二者搅拌混合均匀，得到pH为9.65的第二缓冲液体系；
S3、按重量比7:3称量第一缓冲液体系和第二缓冲液体系，并将二者混合均匀，即得到完井液用pH缓冲剂II。
实施例3
一种完井液用pH缓冲剂，其制备步骤如下：
S1、配制0.1mol/L的NH4Cl溶液与0.1mol/L的NH3.H2O，然后称取60重量份的NH4Cl溶液和40重量份的氨水，并使二者搅拌混合均匀，得到pH为9.65的第一缓冲液体系；
S2、配制0.1mol/L的Na2CO3溶液与0.1mol/L的NaHCO3溶液，然后称取70重量份的Na2CO3溶液和30重量份的NaHCO3溶液，并使二者搅拌混合均匀，得到pH为10.85的第二缓冲液体系；
S3、按重量比9:1称量第一缓冲液体系和第二缓冲液体系，并将二者混合均匀，即得到完井液用pH缓冲剂III。
进一步，对实施例1～3制备的完井液用pH缓冲剂I～III的pH、外观状态、除硫化氢的效率和抑制铁垢的效率进行测试。
将实施例1～3制备的完井液用pH缓冲剂I～III分别应用于不同施工现场。每个施工现场的完井施工过程中所用完井液均为甲酸盐体系完井液，pH缓冲剂产品在完井液中的加入量为0.3wt.％。分别对完井施工过程中井口处H2S的溢出情况和完井施工结束后管柱的腐蚀情况进行测定，并与之前未在完井液中加入pH缓冲剂情况下的完井施工过程中井口处H2S的溢出量和完井施工结束后管柱的腐蚀质量进行比较和计算，得出相应pH缓冲剂产品加入完井液后的抑制铁垢效率和除硫化氢效率。测试结果见表1。
表1：
产品 溶液pH 外观状态 抑制铁垢效率 除硫化氢效率
缓冲剂I 9.85 透明溶液、无明显分层 ≥98％ ≥99％
缓冲剂II 10.05 透明溶液、无明显分层 ≥98％ ≥99％
缓冲剂III 10.45 透明溶液、无明显分层 ≥98％ ≥99％
从上表1可知，该实施例1～3制备的完井液用pH缓冲剂产品I～III均为透明溶液且无明显分层，且经过计算三种产品的除硫化氢率均达到99％以上，抑制铁垢率均达到98％以上，具备良好的防止CO2、H2S气侵，进而耐FeCO3腐蚀和抑制Fe(OH)3沉淀的性能。

Claims (4)

1.一种完井液用pH缓冲剂，其特征在于，其为第一缓冲液体系和第二缓冲液体系的混合液，混合液的pH为9.0～10.5；其中，第一缓冲液体系为氯化铵溶液和氨水的混合溶液，其pH为9.15～10.35；第二缓冲液体系为碳酸钠和碳酸氢钠的混合溶液，其pH为9.0～10.5。
2.根据权利要求1的完井液用pH缓冲剂，其特征在于，第一缓冲液体系为0.1mol/L的氯化铵溶液和0.1mol/L的氨水的混合溶液，且二者重量比为5～7:3～5；第二缓冲液体系为0.1mol/L的碳酸钠溶液和0.1mol/L的碳酸氢钠溶液的混合溶液，且二者重量比为5～7:3～5。
3.根据权利要求2的完井液用pH缓冲剂，其特征在于，第一缓冲液体系和第二缓冲液体系的重量比为7～9:1～3。
4.一种根据权利要求3的完井液用pH缓冲剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1、配制摩尔浓度为0.1mol/L的NH4Cl溶液与摩尔浓度为0.1mol/L的NH3.H2O，然后按比例称量NH4Cl溶液与氨水并将二者混合均匀，得到pH为9.15～10.35的第一缓冲液体系；
S2、配制摩尔浓度为0.1mol/L的Na2CO3与摩尔浓度为0.1mol/L的NaHCO3，然后按比例称量Na2CO3溶液与NaHCO3溶液并将二者混合均匀，得到pH为9.0～10.5的第二缓冲液体系；
S3、按比例称量第一缓冲液体系和第二缓冲液体系，并将二者混合均匀，得到pH为9.0～10.5的完井液用pH缓冲剂。
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