CN109554169A - 一种水基型页岩气水平井连续油管用减阻剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水基型页岩气水平井连续油管用减阻剂及其制备方法，所述的减阻剂包括如下原料：羟乙基纤维素、正癸基葡萄糖苷、油酸基羟乙基咪唑啉、异噻唑啉酮、二硫化钼和水。本发明的减阻剂中羟乙基纤维素作为载体用于均匀悬浮分散产品中润滑减阻成分以及在应用过程中将润滑减阻成分顺利携带至水平井的各个层段、协同正癸基葡萄糖苷清洗管壁油基钻井液残余物及高密度固相物，油酸基羟乙基咪唑啉具有缓蚀防腐作用，使减阻剂在应用过程中能更好的保护连续油管工具及井下套管，异噻唑啉酮具有杀菌的作用，防止悬浮物分散剂羟乙基纤维素在储存和使用过程中发生生物降解，二硫化钼具有耐高温、耐重载的润滑减阻作用。

Description

一种水基型页岩气水平井连续油管用减阻剂及其制备方法

技术领域

本发明属于石油完井技术领域，具体涉及一种水基型页岩气水平井连续油 管用减阻剂及其制备方法。

背景技术

随着页岩气水平井的大规模开发，使用连续油管在完井作业过程中进行通 井、刮管、洗井、射孔、钻塞等已成为不可或缺的工作流程，但通常由于页岩 气水平井水平段的加长、井眼轨迹的不规则、井壁不清洁或轨迹上翘等原因会 造成连续油管在作业过程中因摩阻较大不能顺利下放至井眼目的深度，这是因 为连续油管在达到一定阻力后发生自锁，地面加压无法成功传递至连续油管底 部，从而连续油管无法继续在套管内壁推进。进而延误施工进度，降低作业效 率，因此，为了保证连续油管能顺利下放至目的深度，需要在连续油管工作液 中添加金属减阻剂，以降低连续油管与井眼套管壁之间的摩擦阻力，从而辅助连续油管作业顺利进行。但在连续油管减阻剂的设计和选用时，还应考虑到以 下几个方面：1、优选水基型环保减阻剂，避免后期高成本的含油废水的处理费 用，减小环保压力；2、由于使用连续油管进行通井、刮管、洗井、射孔、钻塞 等作业时，连续油管与套管壁间隙很小(3-6mm)，应充分考虑到套管壁高密 度固相粘附物及油基残余物的清除，避免连续油管遇卡；3、抗温性能良好，避 免在高温深井中减阻剂出现高温失效的情况；4、在长水平段、轨迹上翘及轨迹 不规则的水平井应用中，还应充分考虑到减阻剂的重载减阻能力。5、在连续油 管的作业过程中，难以避免其井下工具对套管壁造成划伤，因此，在选用减阻 剂的时候还应考虑到对金属的缓蚀和防腐。

中国专利CN105255572A公开了一种连续油管用金属减阻剂。以水为分散 介质，其余组分按质量百分数计为：基础矿物油82-90％、油溶性乳化剂4-10％， 温度稳定剂1-2％，金属缓蚀剂2-5％，消泡剂0.1-1％。油溶性乳化剂为非离子 表面活性剂类Span20，其HLB值为8.6。温度稳定剂为磺化酚醛树脂。金属缓 蚀剂为十八烷胺缓蚀剂；或者加入5wt％～15wt％的十二烷基苯磺酸钠复配使 用。消泡剂为改性有机聚硅氧烷消泡剂或者废机油，或者两者复配使用。

现有的连续油管减阻技术方案中主要是以矿物油作为主要减阻成分，通过 降低连续油管与金属套管壁之间的摩擦系数，从而达到减阻效果。但此类减阻 剂增加了含油废水的处理难度和处理成本，无法满足对井壁高密度固相粘附物 的清除、无法满足在超长水平井作业过程中水平段套管重载时减阻要求，且实 际应用证明矿物油作为润滑减阻成分，在井底高温及重载摩擦时润滑减阻成分 容易失效，在套管及连续油管金属间不能起到良好的润滑减阻作用，且矿物油 在连续油管与套管壁之间形成的润滑减阻层在重载下极易被破坏，尤其在水平 段过长，连续油管大部分自重(20吨左右)都作用于套管壁上时；当润滑减阻 层被破坏时，甚至会造成连续油管工具损伤套管的情况发生，现有发明中消泡 处理中同样使用了废机油，也会产生含油废水，增加了废液排放时的环保压力。

鉴于以上原因，特提出本发明。

发明内容

为了解决现有技术存在的以上问题，本发明提供了一种水基型页岩气水平 井连续油管用减阻剂及其制备方法，本发明的减阻剂在应用过程中不会产生含 油废水，可以降低连续油管与套管壁之间的摩阻，清洗套管壁油基钻井液残余 物及高密度固相物，提高连续油管的作业效率、缩短连续油管施工时间，使连 续油管顺利下放至目的深度，且在高温条件下不会失效，起到了良好的减阻、 防磨损的作用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水基型页岩气水平井连续油管用减阻剂，所述的减阻剂包括如下原料： 羟乙基纤维素、正癸基葡萄糖苷、油酸基羟乙基咪唑啉、异噻唑啉酮、二硫化 钼和水。

本发明的减阻剂是以优选粒径的、抗温性能好、抗重载润滑减阻效果突出 的二硫化钼作为主要润滑减阻成分，但由于其自身不能溶解或均匀悬浮、分散 于水中，因此选取水化后具有良好的增稠、悬浮、分散及抗温能力的羟乙基纤 维素作为载体，在应用过程中将润滑减阻成分顺利携带至水平井的各个层段、 协同正癸基葡萄糖苷清洗套管壁油基钻井液残余物及高密度固相物，同时羟乙 基纤维素可利用自身水化后的粘度将套管壁清洗出来的高密度固相物清扫干 净，防止连续油管遇卡；同时作为优选，羟乙基纤维素相比其他高分子聚合物 具备更好的空间网状结构、更好的悬浮分散、清洁携砂及抗温性能，两者相辅 相成共同实现清除套管壁高密度固相物以及减小连续油管壁与套管壁之间摩阻 的问题；本发明中油酸基羟乙基咪唑啉具有缓蚀防腐作用，使在应用过程中能 更好的保护连续油管工具及井下套管；异噻唑啉酮具有杀菌的作用，防止悬浮 物分散剂羟乙基纤维素在储存或应用过程中发生生物降解而失效，本发明的减 阻剂应用在完井时连续油管工作液里面起到减阻的作用，本发明是水基环保型 减阻剂，不含有任何油相成分，减少了含油废水的处理成本及难度。

进一步的，所述的减阻剂包括如下原料：按照重量份，羟乙基纤维素1-2 重量份、正癸基葡萄糖苷5-7重量份、油酸基羟乙基咪唑啉1-3重量份、异噻 唑啉酮0.05-0.4重量份、二硫化钼10-15重量份和水80-90重量份。

本申请人经过大量试验及现场实际应用发现，各原料采用上述比例制备的 减阻剂在连续油管通井、刮管、洗井、射孔、钻塞等作业中可有效的降低摩阻， 清洁套管壁、防止连续油管遇卡满足了油田现场应用技术要求的同时也具备了 更好的经济推广价值。

进一步的，所述的减阻剂包括如下原料：按照重量份，羟乙基纤维素1.5 重量份、正癸基葡萄糖苷6重量份、油酸基羟乙基咪唑啉2重量份、异噻唑啉 酮0.3重量份、二硫化钼12.3重量份和水85重量份。

其中羟乙基纤维素组分量过低，不能满足悬浮分散及管壁清洁的要求；过 高会引起产品本身自身粘度太大，不易于流动，影响现场实际使用的便捷性； 二硫化钼组分含量的选取，经试验及应用表明：在其含量达到10重量份时就能 满足一般水平井的应用要求，对于特殊情况轨迹的井眼则需提高至15重量份； 但其含量过高会大幅度增加产品自身成本，且不利于自身在羟乙基纤维素载体 中的悬浮分散，而过低则不能满足实际应用要求。同时，油酸基羟乙基咪唑啉 与异噻唑啉酮的分量选取亦是根据成本效益及应用要求来获得。

进一步的，所述的二硫化钼的粒径是7000-9000目，优选的二硫化钼的粒 径为8000目。

作为优选，二硫化钼粒径在达到7000目时，室内评价效果较好且能满足现 场实际应用要求，但随着其目数的逐渐增大，粒径超过9000目后，在高温下容 易失效，羟乙基纤维素和二硫化钼复配效果不佳，在高温下减阻性能降低，因 此，本发明选取7000-9000目的二硫化钼；二硫化钼自身抗分解温度极高，实 际应用过程中的最高温度条件在150℃，室内试验验证温度在180℃。同样，羟 乙基纤维素自身抗分解温度在200℃，室内试验验证温度在180℃。因此，此减 阻剂抗温性能在180℃及以上，能完全满足页岩气开发完井应用温度要求。

本发明还提供了一种所述的水基型页岩气水平井连续油管用减阻剂的制备 方法，所述的方法包括如下步骤：

(1)按照各原料的重量分别称取备用；

(2)将备用的水加入到搅拌釜中，在搅拌的状态下加入羟乙基纤维素；

(3)充分循环剪切直至液体均匀，测液体表观粘度，搅拌的状态下，依次 加入正癸基葡萄糖苷、油酸基羟乙基咪唑啉和异噻唑啉酮，进行充分搅拌；

(4)在搅拌的状态下加入二硫化钼，剪切搅拌，得到所述的水基型页岩气 水平井连续油管用减阻剂。

进一步的，步骤(2)中羟乙基纤维素采用循环剪切泵加入到搅拌釜中，剪 切速率为150-200s^-1。

进一步的，步骤(3)中表观粘度为在30℃下，35-50mPa·s。

进一步的，步骤(3)中加入正癸基葡萄糖苷、油酸基羟乙基咪唑啉和异噻 唑啉酮后进行搅拌25-35min。

进一步的，步骤(4)中剪切搅拌110-130min，剪切速率为170-190s^-1。

进一步的，步骤(4)中剪切搅拌120min，剪切速率为180s^-1。

本发明减阻剂的制备需要进行严格的控制，比如基液粘度、搅拌时间，搅 拌速率、剪切速率、剪切时间都是本申请人经过大量的实验及生产调试发现； 基液表观粘度控制在35-50mPa.S之间是为了衡量每批次所得产品质量一致且 满足产品悬浮分散及油田应用要求，过低不利于悬浮分散、过高会影响产品应 用时的流动性；剪切速率、搅拌速率及剪切时间是根据生产设备情况及清洗剂 生产要求调试而得到，过低会影响产品制得的质量、过高不利于设备的运行及 寿命；而通过以上控制条件而制得的减阻剂稳定性好且满足安全高效批次生产。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明的减阻剂为水基型减阻剂，不会产生任何含油废物，且本发明 在对连续油管作业进行减阻前首先对套管壁油基钻井液残余物及高密度固相物 进行清洗，能极好保证减阻成分在套管内壁有效富集，以实现更好的减阻效果； 同时，采用特定粒径下的二硫化钼作为减阻剂的主要成分与羟乙基纤维素复配， 不需要添加矿物油，能很好的避免高温失效问题，且能在重载时起到良好的减 阻、防磨损的作用；

(2)本发明的减阻剂中羟乙基纤维素作为载体用于均匀悬浮分散产品中润 滑减阻成分以及在应用过程中将润滑减阻成分顺利携带至水平井的各个层段， 与二硫化钼相辅相成，在清洁管壁的同时也带来了更好的润滑减阻效果；油酸 基羟乙基咪唑啉具有缓蚀防腐作用，使在应用过程中能更好的保护连续油管工 具及井下套管，异噻唑啉酮具有杀菌的作用，防止悬浮物分散剂羟乙基纤维素 发生生物降解，同时本发明具有耐高温、耐重载的减阻作用；本发明的减阻剂 应用在完井过程中连续油管工作液里面。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方 案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不 是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创 造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

本实施的水基型页岩气水平井连续油管用减阻剂，包括如下原料：羟乙基 纤维素1kg、正癸基葡萄糖苷5kg、油酸基羟乙基咪唑啉1kg、异噻唑啉酮0.05kg、 二硫化钼10kg和水80kg，其中，二硫化钼的粒径为7000目。

本实施例的水基型页岩气水平井连续油管用减阻剂的制备方法如下：

(1)按照各原料的重量分别称取备用；

(2)将备用的水加入到搅拌釜中，通过循环剪切泵向搅拌釜内均匀缓慢加 入羟乙基纤维素，剪切的速率为150s^-1；

(3)充分循环剪切直至液体均匀，关闭剪切泵，测液体表观粘度，表观粘 度为在30℃下，35mPa·s，搅拌的状态下，向搅拌釜中依次加入正癸基葡萄糖 苷、油酸基羟乙基咪唑啉和异噻唑啉酮，进行充分搅拌25min；

(4)在搅拌的状态下，通过循环剪切泵向搅拌釜内匀速缓慢加入二硫化钼， 加入二硫化钼，剪切搅拌110min，剪切速率为170s^-1，得到所述的水基型页岩 气水平井连续油管用减阻剂。

实施例2

本实施的水基型页岩气水平井连续油管用减阻剂，包括如下原料：羟乙基 纤维素1.5kg、正癸基葡萄糖苷6kg、油酸基羟乙基咪唑啉2kg、异噻唑啉酮0.3kg、 二硫化钼12.5kg和水85kg，其中，二硫化钼的粒径为8000目。

本实施例的水基型页岩气水平井连续油管用减阻剂的制备方法如下：

(1)按照各原料的重量分别称取备用；

(2)将备用的水加入到搅拌釜中，通过循环剪切泵向搅拌釜内均匀缓慢加 入羟乙基纤维素，剪切的速率为175s^-1；

(3)充分循环剪切直至液体均匀，关闭剪切泵，测液体表观粘度，表观粘 度为在30℃下，42mPa·s，搅拌的状态下，向搅拌釜中依次加入正癸基葡萄糖 苷、油酸基羟乙基咪唑啉和异噻唑啉酮，进行充分搅拌30min；

(4)在搅拌的状态下，通过循环剪切泵向搅拌釜内匀速缓慢加入二硫化钼， 加入二硫化钼，剪切搅拌120min，剪切速率为180s^-1，得到所述的水基型页岩 气水平井连续油管用减阻剂。

实施例3

本实施的水基型页岩气水平井连续油管用减阻剂，包括如下原料：羟乙基 纤维素2kg、正癸基葡萄糖苷7kg、油酸基羟乙基咪唑啉3kg、异噻唑啉酮0.4kg、 二硫化钼15kg和水90kg，其中，二硫化钼的粒径为9000目。

本实施例的水基型页岩气水平井连续油管用减阻剂的制备方法如下：

(1)按照各原料的重量分别称取备用；

(2)将备用的水加入到搅拌釜中，通过循环剪切泵向搅拌釜内均匀缓慢加 入羟乙基纤维素，剪切的速率为190s^-1；

(3)充分循环剪切直至液体均匀，关闭剪切泵，测液体表观粘度，表观粘 度为在30℃下，50mPa·s，搅拌的状态下，向搅拌釜中依次加入正癸基葡萄糖 苷、油酸基羟乙基咪唑啉和异噻唑啉酮，进行充分搅拌35min；

(4)在搅拌的状态下，通过循环剪切泵向搅拌釜内匀速缓慢加入二硫化钼， 加入二硫化钼，剪切搅拌130min，剪切速率为190s^-1，得到所述的水基型页岩 气水平井连续油管用减阻剂。

对比例1

本实施例的减阻剂的原料、配比及制备方法与实施例2相同，不同之处， 不添加二硫化钼。

对比例2

本实施例的减阻剂的原料、配比及制备方法与实施例2相同，不同之处， 二硫化钼的粒径为6900目。

对比例3

本实施例的减阻剂的原料、配比及制备方法与实施例2相同，不同之处， 二硫化钼的粒径为9100目。

试验例1

分别对实施例1-3和对比例1制备的减阻剂进行如下性能的测试，结果见 表2所示，表3为常见油类及矿物油减阻剂抗磨减阻性能。

1、将实施例1-3和对比例1制备的减阻剂进行抗磨减阻性能测试。测试方 法如下：

(1)选取抗磨试验机：KMY201-1A型或同类产品，配备1kg砝码15只， 配磨柱与磨环，托盘力臂28倍；

(2)试验磨柱及磨环处理：将选取的试验磨柱用无水乙醇浸泡5min，用 脱脂棉去除磨柱表面污物，取出试验磨柱并自然风干；用油石将磨环表面打磨 光滑(磨环表面应无任何磨痕)，将打磨好的磨环用无水乙醇擦拭干净并自然 风干；

(3)将减阻剂放入抗磨试验机油盒中，空载启动电机60s后开始加砝码， 开始测试抗磨承压砝码质量。前3只砝码下放时间间隔10S(电机空转及添加 前3只砝码时，抗磨机力臂和砝码盘应无任何抖动及刺耳摩擦声，否则应重新 打磨磨环至光滑平整)，后面每只砝码下放时间间隔6-8S，每只砝码下放过程 中应做到轻缓平稳，砝码加到一定量时若瞬间出现卡死(电机过载保护器自动 断电)，按出现卡死自动断电时所加最少砝码的质量总和，减去1kg(砝码单 个重量)，记录数值。反复试验3次，取平均值，即为试样抗磨承压值。结果见表2。

2、腐蚀度测试：测试方法如下，在干燥的情况下，选取50mm×25mm的 10号钢片作为试验钢片，将试验钢片的两面及边沿用砂纸或砂布打磨光亮；在 50mm×25mm的10号标准钢片正中刻画一个40mm×20mm的方框，并在方框 内刻画4mm×4mm的方格50个，格子刻线宽度不大于0.1mm。将试验钢片浸 入无水乙醇中，用镊子夹住试验钢片，用脱脂棉擦洗干净，取出风干。

将准备好的试验钢片浸入实施例1-3和对比例1制备的减阻剂中，并用清 水做一组平行试验，室温放置24h，取出观察试验钢片表面的锈蚀情况，并评 价腐蚀度，腐蚀度评价标准见表1，用清水作为空白对照组，腐蚀度见表2。

表1

锈蚀格数	锈蚀度(％)
		0	0
1-5	2-10
		6-10	12-20
11-25	22-50
		26-50	52-100

3、闪点测定

按GB/T 3536—2008规定测试试样开口闪点。

4、倾点测定

参照GB/T 3535—2006规定测试试样倾点。

5、加重油基钻井液残余物清洗评价

5.1加重油基钻井液配制

量取320ml 0#柴油，在负载11000±300rpm搅拌下加入12.0g有机土，不 停搅拌器，用注射器加入16.0ml Span-80，并加入生石灰4.0g，高速搅拌10min。 不停搅拌机，缓慢加入80ml氯化钙盐水，氯化钙的浓度为25％，加入24g磺 化沥青，高速搅拌30min；再加入500g重晶石，高速搅拌1h。室温测试破乳 电压，要求破乳电压大于400V；若破乳电压低于400V则增加Span-80加量至 其大于400V。

5.2加重油基钻井液残余物清洗测试

分别量取本发明实施例1-3和对比例1制备的减阻剂270ml，在负载11000 ±300rpm搅拌下加入30ml上述5.1中配制的加重油基钻井液，搅拌10min，将 所得液体倒入500ml透明玻璃量筒中，并开始计时，记录4小时后出现明显色 差的体积比。(注：上述搅拌条件下所得测试液应均质均色，如所得测试液在倒 入透明玻璃量筒中1min内颜色不均匀，应根据情况增加搅拌时间。)清洗效果 以色差体积比率记录，并以≤5％作为合格评价标准，结果见表2。

表2

样品	抗磨减阻性能/kg	腐蚀度/％	闪点/℃	倾点/℃	色差体积比率/％
						实施例1	10	2	≥100	-13	2
实施例2	12	1	≥100	-13	2
						实施例3	15	0.4	≥100	-13	1
对比例1	2	1	≥100	-13	2
						清水	/	87	/	/	/

表3

从表2可以看出，对比例1中的抗磨减阻性能较差，表明二硫化钼具有较 好减阻作用。

试验例2

分别将实施例1-3，对比例2和3制备的减阻剂置于高温滚子炉，设定180℃ 热滚16h后，测定其抗磨减阻性能见表4。

表4

样品	抗磨减阻性能/kg
		实施例1	10
实施例2	12
		实施例3	15
对比例2	5
		对比例3	4

通过表4可知，本发明减阻剂在经历180℃高温后，仍然保持原有抗磨减 阻性能，表现出了良好的高温稳定性，当改变二硫化钼的粒径时，抗磨减阻性 能明显下降，表明只有采用本发明的粒径范围时与羟乙基纤维素复配具有较好 抗磨减阻及抗温性能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于 此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到 变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应 以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种水基型页岩气水平井连续油管用减阻剂，其特征在于，所述的减阻剂包括如下原料：羟乙基纤维素、正癸基葡萄糖苷、油酸基羟乙基咪唑啉、异噻唑啉酮、二硫化钼和水。

2.根据权利要求1所述的水基型页岩气水平井连续油管用减阻剂，其特征在于，所述的减阻剂包括如下原料：按照重量份，羟乙基纤维素1-2重量份、正癸基葡萄糖苷5-7重量份、油酸基羟乙基咪唑啉1-3重量份、异噻唑啉酮0.05-0.4重量份、二硫化钼10-15重量份和水80-90重量份。

3.根据权利要求2所述的水基型页岩气水平井连续油管用减阻剂，其特征在于，所述的减阻剂包括如下原料：按照重量份，羟乙基纤维素1.5重量份、正癸基葡萄糖苷6重量份、油酸基羟乙基咪唑啉2重量份、异噻唑啉酮0.3重量份、二硫化钼12.5重量份和水85重量份。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的水基型页岩气水平井连续油管用减阻剂，其特征在于，所述的二硫化钼的粒径是7000-9000目，优选的，二硫化钼的粒径为8000目。

5.一种权利要求1-4任意一项所述的水基型页岩气水平井连续油管用减阻剂的制备方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：

(1)按照各原料的重量分别称取备用；

(2)将备用的水加入到搅拌釜中，在搅拌的状态下加入羟乙基纤维素；

(3)充分循环剪切直至液体均匀，测液体表观粘度，搅拌的状态下，依次加入正癸基葡萄糖苷、油酸基羟乙基咪唑啉和异噻唑啉酮，进行充分搅拌；

(4)在搅拌的状态下加入二硫化钼，剪切搅拌，得到所述的水基型页岩气水平井连续油管用减阻剂。

6.根据权利要求5所述的水基型页岩气水平井连续油管用减阻剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中羟乙基纤维素采用循环剪切泵加入到搅拌釜中，剪切速率为150-200s^-1。

7.根据权利要求5所述的水基型页岩气水平井连续油管用减阻剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中表观粘度为在30℃下35-50mPa·s。

8.根据权利要求5所述的水基型页岩气水平井连续油管用减阻剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中加入正癸基葡萄糖苷、油酸基羟乙基咪唑啉和异噻唑啉酮后进行搅拌25-35min。

9.根据权利要求5所述的水基型页岩气水平井连续油管用减阻剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中剪切搅拌110-130min，剪切速率为170-190s^-1。

10.根据权利要求9所述的水基型页岩气水平井连续油管用减阻剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中剪切搅拌120min，剪切速率为180s^-1。