CN109777388A - 一种具有肥田作用的硝酸盐复合完井液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有肥田作用的硝酸盐复合完井液及其制备方法，包括将硝酸盐加入到反应釜中加入水搅拌，待硝酸盐全部溶解后，加温继续搅拌反应；向反应釜中缓慢加入表面活性剂，缓慢搅拌直至全部溶解；向反应釜中加入黏土稳定剂，继续搅拌；向反应釜中加入杀菌剂，继续搅拌；向反应釜中分批加入增粘剂，搅拌至所有增粘剂溶解完毕，即得具有肥田作用的硝酸盐复合完井液。本发明解决了当前常用无机盐完井液和有机盐完井液的腐蚀严重，腐蚀产物可能形成二次污染，而且，当前的无机盐往往对土壤造成比较严重的结块问题，具有对钻具无腐蚀，对储层有一定解堵作用，对环境无影响，对植物是一种必须的肥料的优势。

Description

一种具有肥田作用的硝酸盐复合完井液及其制备方法

技术领域

本发明涉及石油钻井使用化工助剂领域中的一种完井液及其制备方法。

背景技术

在完井液作业过程中主要问题是如何避免地层伤害，因此，之前就需要对完井液进行优选。当前，能满足地下/地层要求的完井液体系非常有限，这些要求包括：高温高压高密度、低浊度、地层水反应活性最低以及堵塞/地层伤害最小等，作业要求包括：腐蚀性低、测试管线和生产关管线中的弹性配件之间的配伍性好、固井液处理剂对环境影响小。而另一个问题就是如何量化环境问题和成本。能够满足上述要求的完井液的价格非常昂贵，在市场上的供应非常有限。最终，很多高地层压力的井都不得不选择钻井液作完井液，或者选择具有强腐蚀性或对地层具有一定伤害的流体作完井液。

在钻井设计中使用重浆时，其容忍密度最多只能高于预测地层压力的3~10%。与裸眼完井情况相似，在套管完井中，也要尽量保持地层条件不变，通过使用适合的完井液可以实现。理想的完井液是一种可以平衡地层压力，不会产生地层伤害，在完井作业期间不会产生作业问题，同时对环境影响最小的完井液体系。硝酸盐流体作为完井液的应用并不多，大多数选择NaCl、KCl、CaCl₂、ZnCl₂等盐水完井液以及有机盐完井液等，淡水对于掺过盐水钻井液而言，带来的一个巨大风险是腐蚀问题，长期浸泡，钻具可能会发生严重腐蚀、甚至断裂。而有机盐完井液的成本相对较高，如甲酸钾、甲酸钠和甲酸铯等，价格都在10000元/吨以上。而且，这种完井液也会产生一定的腐蚀问题。上述腐蚀产物有可能对储层孔隙产生一定的堵塞，从而影响到单井产能。

研究发现，硝酸盐流体最高密度为1.45g/cm³，180℃条件下腐蚀率仅为10MPY，结晶温度低于-60℃，可作为缓冲液，可抗酸气污染，对地层还有一定的增产作用，同时还可以重复使用，因此，其成本更加低廉、环境更加友好。

发明内容

本发明的目的是为了解决当前常用无机盐完井液和有机盐完井液的腐蚀严重，腐蚀产物可能形成二次污染，而且，当前的无机盐往往对土壤造成比较严重的结块问题，提出了一种对钻具无腐蚀，对储层具有一定解堵作用，对环境无影响，对植物是一种必须的肥料的具有肥田作用的硝酸盐复合完井液及其制备方法。

本发明采用技术方案如下：

一种具有肥田作用的硝酸盐复合完井液，包括如下质量百分比的组分：硝酸盐35~36%、表面活性剂2~4%、黏土稳定剂 0.1~0.4%、杀菌剂0.1~0.4%、增粘剂2.1~2.4%、余量为水。

所述的硝酸盐为硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙、硝酸锌、硝酸铜或硝酸钡中的一种或任意两种组合；所述的表面活性剂为聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯；所述的黏土稳定剂为有机硅烷，其分子结构式为：

其中，R₄、R₅、R₆为氢或C₁~C₅₀有机烃，但不能同时为氢，R₇为C₁~C₅₀有机烃；所述的杀菌剂为甲醛、聚甲醛或戊二醛中的一种或任意两种组合；所述的增粘剂为丙烯酸盐共聚物。

所述的表面活性剂为聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯中吐温20、吐温40、吐温60、吐温80或吐温85的一种或任意两种组合；所述的黏土稳定剂为有机硅烷，其分子结构式为：

其中， R₄和R₅为氢，R₆为C₂₅，R₇为C₃₂；所述的增粘剂为一种代号为80A-51丙烯酸盐共聚物。

按照前述的具有肥田作用的硝酸盐复合完井液的制备方法，包括如下步骤：

（1）将硝酸盐加入到反应釜中，加入水，以250-350rpm速度搅拌，待硝酸盐全部溶解后，加温至45-55℃，继续搅拌反应15-25min；

（2）向上述反应釜中缓慢加入表面活性剂，缓慢搅拌，直至全部溶解，温度保持在45-55℃，继续搅拌5-15min；

（3）向上述反应釜中加入黏土稳定剂，继续搅拌5-15min；

（4）向上述反应釜中加入杀菌剂，继续搅拌3-8min；

（5）向上述反应釜中分批加入增粘剂，15-25min内加完，继续搅拌至所有增粘剂溶解完毕，即得具有肥田作用的硝酸盐复合完井液。

与现有技术相比，本发明效果更为突出：

（1）本发明基于硝酸盐复合物，与表面活性剂和黏土稳定剂相结合，形成具有肥田作用的硝酸盐完井液，泥饼清除率超过60%，高温稳定性强，具有一定的缓冲液作用，不易受到钻井液pH的影响；

（2）与当前的无机盐完井液相比，本发明的环保性更强，对土壤无污染，还具有肥田作用；

（3）与有机盐完井液相比，其成本更低，而且可重复利用；

（4）本发明具有一定的解堵功能，有利于提高单井产量，岩心渗透率提高率超过15%；

（5）该方法简单、可靠，同时，其该处理剂无毒，对环境无任何不良影响。

附图说明：

图1显示三个实例的清除率；

图2显示三个实例的岩心渗透率提高率。

具体实施方式

下面结合实施例进一步阐述本发明。

一种具有肥田作用的硝酸盐复合完井液，按质量百分比计算如下组分含量：硝酸盐35~36%、表面活性剂2~4%、黏土稳定剂 0.1~0.4%、杀菌剂0.1~0.4%、增粘剂2.1~2.4%、余量为水。

所述的硝酸盐为硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙、硝酸锌、硝酸铜和硝酸钡中的一种或任意两种组合。

所述的表面活性剂为聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯，进一步优选为吐温20、吐温40、吐温60、吐温80和吐温85中的一种或任意两种组合。

所述的黏土稳定剂为有机硅烷，其分子结构式为：

其中，R₄、R₅、R₆为氢或C₁~C₅₀有机烃，但不能同时为氢，R₇为C₁~C₅₀有机烃，进一步优选为R₄和R₅为氢，R₆为C₂₅，R₇为C₃₂。

所述的杀菌剂为甲醛、聚甲醛和戊二醛中的一种或任意两种组合。

所述的增粘剂为一种丙烯酸盐共聚物，常用代号为80A-51。

本发明具体的制备方法，包括下面的步骤：

（1）将300~450kg硝酸盐加入到3T反应釜中，加入500~700kg自来水，以300rpm速度搅拌，待硝酸盐全部溶解后，加温至50℃，继续搅拌反应20min；

（2）向上述反应釜中缓慢加入20~50kg表面活性剂，缓慢搅拌，直至全部溶解，温度保持在50℃，继续搅拌10min；

（3）向上述反应釜中加入黏土稳定剂1~5kg，继续搅拌10min；

（4）向上述反应釜中加入杀菌剂1~5kg，继续搅拌5min；

（5）向上述反应釜中分批加入增粘剂20~30kg，20分钟内加完，继续搅拌至所有增粘剂溶解完毕，放料即可得具有肥田作用的硝酸盐复合完井液。

实施例1：

将450kg硝酸盐（200kg硝酸钾+250kg硝酸锌）加入到3T反应釜中，加入500kg自来水，以300rpm速度搅拌，待硝酸盐全部溶解后，加温至50℃，继续搅拌反应20min；缓慢加入20kg表面活性剂吐温60，缓慢搅拌，直至全部溶解，温度保持在50℃，继续搅拌10min；加入有机硅烷1kg，继续搅拌10min；加入杀菌剂甲醛2kg，继续搅拌5min；分批加入增粘剂80A-51 20kg，20分钟内加完，继续搅拌至所有增粘剂溶解完毕，放料即可得具有肥田作用的硝酸盐复合完井液。

实施例2：

将300kg硝酸盐（100kg硝酸钠+200kg硝酸钡）加入到3T反应釜中，加入620kg自来水，以300rpm速度搅拌，待硝酸盐全部溶解后，加温至50℃，继续搅拌反应20min；缓慢加入40kg表面活性剂吐温80，缓慢搅拌，直至全部溶解，温度保持在50℃，继续搅拌10min；加入有机硅烷5kg，继续搅拌10min；加入杀菌剂聚甲醛5kg，继续搅拌5min；分批加入增粘剂80A-5130kg，20分钟内加完，继续搅拌至所有增粘剂溶解完毕，放料即可得具有肥田作用的硝酸盐复合完井液。

实施例3：

将400kg硝酸盐（200kg硝酸铜+200kg硝酸钙）加入到3T反应釜中，加入534kg自来水，以300rpm速度搅拌，待硝酸盐全部溶解后，加温至50℃，继续搅拌反应20min；缓慢加入30kg表面活性剂（15kg吐温40+25kg吐温85），缓慢搅拌，直至全部溶解，温度保持在50℃，继续搅拌10min；加入有机硅烷3kg，继续搅拌10min；加入杀菌剂戊二醛3kg，继续搅拌5min；分批加入增粘剂80A-51 30kg，20分钟内加完，继续搅拌至所有增粘剂溶解完毕，放料即可得具有肥田作用的硝酸盐复合完井液。

性能测试

（1）泥饼清除率测定：采用钻井液常用高温高压滤失仪制备泥饼，将5.0%膨润土基浆老化16h后，放到高温高压滤失仪中，在150℃/30min条件下，以5MPa压差压滤，滤失结束后，泄压，取出泥饼，用自来水轻轻除去浮土，自然晾干后称量其质量，记为W₁；将晾干后的泥饼放入盛满硝酸盐完井液的烧杯中，静置24h后取出，晾干后称量其质量，记为W₂，因此，泥饼清除率计算为：

（1）

方程中，R为泥饼清除率，%；W₁和W₂分别为硝酸盐完井液浸泡前后泥饼质量，g。

（2）岩心渗透率提高率测定：将渗透率为10~100mD的岩心浸泡到15%的盐水中，取出后，反向测定其油相初始渗透率，记为K_O1，将该岩心再次浸泡到硝酸盐完井液中，24h后取出，反向测定其油相初始渗透率，记为K_O2，渗透率提高率计算为：

（2）

方程中，R_o为渗透率提高率，%；K_o1和K_o2分别为硝酸盐完井液浸泡前后反向测定其油相初始渗透率，mD。

上述测试样品为上述实施例硝酸盐复合完井液，并与7%KCl进行对比。测试结果如下：

从图1结果看出，三个实例的清除率均在60%以上，最高达72%，而7.0%KCl的泥饼清除率仅为39%，这充分证明该体系的泥饼清除效果。

从图2结果看出，三个实例的岩心渗透率提高率均在15%以上，最高达23%，而7.0%KCl的泥饼清除率仅为1.5%，这表明，该体系具有较好的岩心渗透性和岩心解堵性，有利于促进油相进入井内。

随后，还考察了该体系废弃后，在填埋场中的废料，取回后，在实验室条件下种植苜蓿植株，发现，其根茎明显发达，这也说明该体系的肥田作用明显。

Claims (4)

1.一种具有肥田作用的硝酸盐复合完井液，其特征在于包括如下质量百分比的组分：硝酸盐35~36%、表面活性剂2~4%、黏土稳定剂 0.1~0.4%、杀菌剂0.1~0.4%、增粘剂2.1~2.4%、余量为水。

2.根据权利要求1所述的具有肥田作用的硝酸盐复合完井液，其特征在于：所述的硝酸盐为硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙、硝酸锌、硝酸铜或硝酸钡中的一种或任意两种组合；所述的表面活性剂为聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯；所述的黏土稳定剂为有机硅烷，其分子结构式为：

其中，R₄、R₅、R₆为氢或C₁~C₅₀有机烃，但不能同时为氢，R₇为C₁~C₅₀有机烃；所述的杀菌剂为甲醛、聚甲醛或戊二醛中的一种或任意两种组合；所述的增粘剂为丙烯酸盐共聚物。

3.根据权利要求2所述的具有肥田作用的硝酸盐复合完井液，其特征在于所述的表面活性剂为聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯中吐温20、吐温40、吐温60、吐温80或吐温85的一种或任意两种组合；所述的黏土稳定剂为有机硅烷，其分子结构式为：

其中， R₄和R₅为氢，R₆为C₂₅，R₇为C₃₂；所述的增粘剂为一种代号为80A-51丙烯酸盐共聚物。

4.按照权利要求1或2、3所述的具有肥田作用的硝酸盐复合完井液的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）将硝酸盐加入到反应釜中，加入水，以250-350rpm速度搅拌，待硝酸盐全部溶解后，加温至45-55℃，继续搅拌反应15-25min；

（2）向上述反应釜中缓慢加入表面活性剂，缓慢搅拌，直至全部溶解，温度保持在45-55℃，继续搅拌5-15min；

（3）向上述反应釜中加入黏土稳定剂，继续搅拌5-15min；

（4）向上述反应釜中加入杀菌剂，继续搅拌3-8min；

（5）向上述反应釜中分批加入增粘剂，15-25min内加完，继续搅拌至所有增粘剂溶解完毕，即得具有肥田作用的硝酸盐复合完井液。