CN111394071B - 一种页岩钻井主溶蚀剂及其制备和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种页岩钻井主溶蚀剂及其制备和使用方法，所述制备方法通过将溶蚀料、表面活性剂载体料和催化剂吸附料混匀制得页岩钻井主溶蚀剂，按重量计，溶蚀料通过将28～35份聚环氧琥珀酸钠、15～25份葡萄糖酸钠、4～6份二甲基乙醇胺及8～10份聚乳酸乙酯混合均匀，研磨破碎、过筛后搅拌制得；表面活性剂载体料通过将5～8份脂肪醇聚丙烯醚硫酸钠、6～9份氨基酸镁及3～4份络合剂混匀，过筛后制得；催化剂吸附料通过将8～12份催化脂肪酶、12～17份对羟基磺酸钠、2～6份羟丁基二酸胺混匀，过筛后制得。本发明适用于石英含量为35％以上、层理发育且脆性系数为0.2以上的页岩地层(例如，龙马溪页岩地层)的解卡。
Description
技术领域
本发明涉及油田开发的页岩气钻井用溶蚀药剂技术领域，具体来讲，涉及一种能够用于页岩气钻井的主溶蚀剂及其制备和使用方法。
背景技术
目前，国内页岩气水平井钻井过程(例如，龙马溪页岩气水平井钻井过程)中，存在井壁失稳、掉块，阻卡、卡钻等多发事故。通常，页岩掉块及沉砂卡钻事故，处理难度大，处理手段少。
截至目前，龙马溪页岩水平段卡钻解卡处理均采用机械解卡，多井机械解卡无效导致工具埋井，特别是5000m以上井深的页岩气水平井，机械解卡的难度更大。有些卡钻井采用泡酸解卡，虽然在解卡速度上和程度上都具有明显的优势，但是这种方法基本仅限于在碳酸盐地层使用，而且所用酸液在储运、施工中存在很多限制条件，使其不能得到广泛应用。
在四川页岩气的开发过程中，在页岩气水平段发生卡钻事故的威202H10-6井、威204H6-4井、YS117H1-4井、YS108H9-2井、YS108H7-3井、自202井、威204H33-1井都采用了泡酸解卡，其中YS117H1-4还尝试采用土酸解卡，但最终没有一口井能成功解卡，而且酸液对钻具有腐蚀作用。
因此，亟需一种新型的页岩解卡剂的溶蚀分散剂。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够适用于石英含量高为35％以上、层理发育且脆性系数为0.2以上的页岩地层钻井的页岩掉块解卡或者沉砂卡钻解卡的溶蚀剂。
为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种页岩钻井主溶蚀剂的制备方法，所述制备方法通过将溶蚀料、表面活性剂载体料和催化剂吸附料混合均匀制得页岩钻井主溶蚀剂，其中，所述溶蚀料通过将按重量计28～35份的聚环氧琥珀酸钠、15～25份的葡萄糖酸钠、4～6份的二甲基乙醇胺、以及8～10份的聚乳酸乙酯混合均匀，研磨破碎、过筛后，搅拌制得；所述表面活性剂载体料通过将按重量计5～8份的脂肪醇聚丙烯醚硫酸钠、6～9份的氨基酸镁、以及3～4份的络合剂混合均匀，过筛后制得；所述催化剂吸附料通过将按重量计8～12份的催化脂肪酶、12～17份的对羟基磺酸钠、2～6份的羟丁基二酸胺混合均匀，过筛后制得。
本发明的另一方面提供了一种页岩钻井主溶蚀剂，所述页岩钻井主溶蚀剂通过如上所述的方法制得。
本发明的又一方面提供了一种页岩钻井主溶蚀剂的使用方法，所述方法包括将如上所述的页岩钻井主溶蚀剂与水按照10～15：100且单位为kg/L混合，形成主溶蚀液，泵入页岩地层的卡钻井段，以对页岩地层钻井中的页岩掉块或者岩屑进行溶蚀。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的页岩钻井主溶蚀剂(也可简称为溶蚀剂或主溶蚀分散剂)及其制备和使用方法。
经研究，发明人提出了一种适用于页岩钻井用的主溶蚀剂及其制备方法。本发明的主溶蚀剂尤其适用于石英含量为35％以上、层理发育且脆性系数为0.2以上的页岩地层(例如，龙马溪页岩地层)，通过化学渗透、增溶、氧化、断链和转化的方法，使页岩掉块或者岩屑发生化学反应转化为水溶性盐，达到解除页岩掉块卡钻的目的。这里，所述层理发育是指页岩的天然层理面平整或基本平整，沿页理面的片状剥落明显，且发育少量微孔隙。例如，自然状态下微裂缝开度可以为5～10μm。
在本发明的一个示例性实施例中，页岩钻井主溶蚀剂的制备方法可通过将溶蚀料、表面活性剂载体料和催化剂吸附料按照1:1:1的重量配比混合均匀，从而制得期望的页岩钻井主溶蚀剂。
具体来讲，溶蚀料通过将按重量计28～35份的聚环氧琥珀酸钠、15～25份的葡萄糖酸钠、4～6份的二甲基乙醇胺、以及8～10份的聚乳酸乙酯混合均匀，研磨破碎、过筛后，搅拌制得。优选地，聚环氧琥珀酸钠可以为30～32份，并且葡萄糖酸钠可以为18～22份。
表面活性剂载体料通过将按重量计5～8份的脂肪醇聚丙烯醚硫酸钠、6～9份的氨基酸镁、以及3～4份的络合剂混合均匀，过筛后制得。这里，络合剂可以为类羧酸类。
催化剂吸附料通过将按重量计8～12份的催化脂肪酶、12～17份的对羟基磺酸钠、2～6份的羟丁基二酸胺混合均匀，过筛后制得。优选地，催化脂肪酶为9～10份，并且对羟基磺酸钠为14～16份。
进一步来讲，溶蚀料的粒度被控制为能够通过20目筛，表面活性剂载体料的粒度被控制为能够通过20目筛，并且催化剂吸附料被控制为能够通过40目筛。溶蚀料、表面活性剂载体料在混合发生反应后生成物具有一定的粘性，且粒径较大，过20目筛能够有效筛出生成物，如果过尺寸更小的筛，将会使部分粒径较大的生成物筛除，造成浪费。第三种粉末合成后生成物通过过40目筛能够很好的收集。
在本发明的另一个示例性实施例中，页岩钻井主溶蚀剂的制备方法可以通过以下方式实现：
(1)将聚环氧琥珀酸钠28～35份，葡萄糖酸钠15～25份，二甲基乙醇胺4～6份，聚乳酸乙酯8～10份按重量份数称重混合均匀，用研磨机进行破碎，再用20目过筛后，使其粒度小于20目，再进行搅拌30分钟以上，即可制得溶蚀料。
(2)将脂肪醇聚丙烯醚硫酸钠5～8份，氨基酸镁6～9份，络合剂3～4份，按重量份数称重，用锥形混合搅拌机使其混合，搅拌均匀，搅拌时间可以为1小时以上；再用20目过筛后制得均匀的络合型表面活性剂载体料。
(3)将催化脂肪酶8～12份，对羟基磺酸钠12～17份，羟丁基二酸胺2～6份按照重量份数称重，用锥形混合搅拌机搅拌40分钟以上，过40目筛后，即制得催化剂吸附料。
(4)将制得的溶蚀料、表面活性剂载体料和催化剂吸附料搅拌均匀，即制成页岩钻井主溶蚀剂。
需要说明的是，上述示例性实施例中的第(1)、(2)(3)项并不存在严格的先后顺序，可先后进行，也可同时分别进行。
为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。
示例1
按下述组分及重量称取原料：
形成溶蚀料：将聚环氧琥珀酸钠30Kg，葡萄糖酸钠18Kg，二甲基乙醇胺5Kg，聚乳酸乙酯8Kg，按重量份数称重混合均匀，用研磨机进行破碎，再用20目过筛后，使其粒度小于20目，再进行搅拌30分钟后制得。
形成表面活性剂载体料：将脂肪醇聚丙烯醚硫酸钠6Kg，氨基酸镁7Kg，络合剂3Kg，按重量份数称重，用锥形混合搅拌机使其混合，搅拌均匀，搅拌时间为1小时；再用20目过筛后制得。
形成催化剂吸附料：催化脂肪酶10Kg，对羟基磺酸钠14Kg，羟丁基二酸胺4Kg，按照重量份数称重，用锥形混合搅拌机搅拌40分钟，过40目筛后制得。
随后，将制得的溶蚀料、表面活性剂载体料和催化剂吸附料搅拌均匀，即制成页岩钻井主溶蚀剂。
示例2
按下述组分及重量称取原料：
形成溶蚀料：将聚环氧琥珀酸钠32Kg，葡萄糖酸钠16Kg，二甲基乙醇胺6Kg，聚乳酸乙酯9Kg，按重量份数称重混合均匀，用研磨机进行破碎，再用20目过筛后，使其粒度小于20目，再进行搅拌35分钟后制得。
形成表面活性剂载体料：将脂肪醇聚丙烯醚硫酸钠7Kg，氨基酸镁6Kg，络合剂3Kg，按重量份数称重，用锥形混合搅拌机使其混合，搅拌均匀；再用20目过筛后制得。
形成催化剂吸附料：将催化脂肪酶8Kg，对羟基磺酸钠15Kg，羟丁基二酸胺3Kg，按照重量份数称重，用锥形混合搅拌机搅拌35分钟，过40目筛后制得。
随后，将制得的溶蚀料、表面活性剂载体料和催化剂吸附料按照1:1:1的配比混合并搅拌均匀，即制成页岩钻井主溶蚀剂。
以下通过不同的试验，对示例1和示例2的页岩钻井主溶蚀剂的页岩成块岩心溶蚀率性能进行对比评价，并对腐蚀状况进行分析评价，还对主溶蚀分散剂与钻井液配伍性进行分析评价。
试验一：龙马溪页岩成块岩心溶蚀率对比评价。
将龙马溪页岩成块岩心(单块质量为60g左右)分别浸泡在清水、土酸、以及示例1和示例2的主溶蚀剂中，分别装入老化罐中在100℃温度下静恒温48h后，取出开罐，经6目筛布清水筛洗后，80℃烘干，称重，计算页岩的溶解率，结果见表1。
表1页岩岩心的溶蚀率结果对比
| 项目 | 100℃×48h溶蚀率，％ |
| 清水 | 0.56 |
| 土酸 | 4.79 |
| 示例1的主溶蚀分散剂 | 41.60 |
| 示例2的主溶蚀分散剂 | 42.80 |
通过分析表1的对比结果，可以看出：示例1和示例2的主溶蚀分散剂具有较高的溶蚀率，对页岩掉块有很好的溶蚀作用。
试验二：示例1和示例2的主溶蚀分散剂对N80标准钢片的腐蚀评价。
把示例1的主溶蚀剂溶于400ml清水中，在低速搅拌下搅拌均匀，配制成质量浓度3％的溶液，装入老化罐，取标准N80标准钢片进行挂片(编号如表2所示)，放入100℃烘箱中静恒8h，进行腐蚀实验。
表2N80标准钢片在示例1的主溶蚀分散剂中的腐蚀情况
从表2可以看出，在示例1的主溶蚀分散剂中浸泡6h后腐蚀率最大为0.4211g/(m2·h)，小于国标规定的6g/(m2·h)，表明主溶蚀分散剂对N80标准钢片的腐蚀率满足国标规定的要求。同样地，经过类似试验，示例2的主溶蚀分散剂对N80标准钢片在不同时间下的腐蚀率也都小于国标规定的6g/(m2·h)，满足国标规定的要求。
试验三：示例1的主溶蚀分散剂与水基钻井液配伍性评价。
将10g示例1的主溶蚀分散剂固体粉末溶于100ml水中，配成质量体积百分比为10％的主溶蚀液，并与钻井液(基浆)进行混合，评价其配伍性能，相关结果如表3所示。
表3主溶蚀分散剂溶液与水基钻井液(磺化体系)配伍性实验
备注：①实验条件滚动温度100℃×16h；流变性能测定温度55℃；②高温高压滤失测定温度为100℃；③“基浆+5％主溶蚀液”、“基浆+10％主溶蚀液”，是指表示在100方的钻井液中分别加入5方、10方的主溶蚀剂，以下可称为体积比；④AV为表观粘度，PV为塑性粘度，YP为动切力，G10'/G10"为静切力，FL为中压失水，HTHP为高温高压失水。
由表3可以看出，加入体积比在5～10％的主溶蚀分散剂溶液对钻井液进行污染后，钻井液仍有优良的流变性能和较好的滤失造壁性，表明主溶蚀分散剂与水基钻井液体系具有良好的配伍性。此外，经类似试验，质量体积百分比为10～15％的主溶蚀液在体积比为5～10％的情形下均与水基钻井液体系具有良好的配伍性。
试验四：示例1的主溶蚀分散剂与油基钻井液配伍性评价。
表4主溶蚀分散剂与油基钻井液配伍性实验
备注：①实验条件滚动温度100℃×16h；流变性能测定温度55℃；②高温高压滤失测定温度为100℃；③其它未注明条件与试验三相同。
由表4可以看出，加入体积比在5～10％的主溶蚀分散剂溶液对钻井液进行污染后，钻井液仍有优良的流变性能和较好的滤失造壁性，加入10％溶解污染后，钻井液的表观粘度有所增加，但是切力和其他性能都和井浆性能相近，表明主溶蚀分散剂溶液与油基钻井液体系具有良好的配伍性。此外，经类似试验，质量体积百分比为10～15％的主溶蚀液在体积比为5～10％的情形下均与油基钻井液体系具有良好的配伍性。
总体来讲，本发明的页岩钻井主溶蚀剂能够针对石英含量高为35％以上、层理发育且脆性系数为0.2以上的页岩地层使用，且具有以下优良技术效果：
1、由多种表面活性剂组成，pH为6～7，不含无机酸和有机酸，也不含氢离子、氯离子和硫酸根等有害离子，腐蚀率小于0.5g/(m2·h)，远小于国标规定的6g/(m2·h)，达到无腐蚀安全溶蚀，对井下钻具无腐蚀作用；
2、使用络合机理，通过与页岩掉块或者岩屑中的有机质发生络合反应，使有机质链发生断裂，从而破坏页岩掉块的整体框架结构，便于页岩随后的充分反应，有利于达到页岩掉块解卡或者沉砂卡钻解卡的目的；
3、抗温能力≥140℃，能使用在埋藏深、页岩气水平段长及井底温度高的条件下，并且形态为固体粉末，便于运输；
4、易降解，且与页岩掉块或者岩屑反应能够生成易降解的小分子盐类，可达到地下油层对水质的质量和环保要求，例如，对龙马溪地层卡钻解卡后，循环排出的废液不用做特殊回收及处理，减少了废液处理工序及费用，降低了对环境的污染。
尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。
Claims (5)
1.一种页岩钻井主溶蚀剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法通过将溶蚀料、表面活性剂载体料和催化剂吸附料混合均匀制得页岩钻井主溶蚀剂，其中，
所述溶蚀料通过将按重量计30～32份的聚环氧琥珀酸钠、18～22份的葡萄糖酸钠、4～6份的二甲基乙醇胺、以及8～10份的乳酸乙酯混合均匀，研磨破碎、过筛后，搅拌制得；
所述表面活性剂载体料通过将按重量计5～8份的脂肪醇聚丙烯醚硫酸钠、6～9份的氨基酸镁、以及3～4份的络合剂混合均匀，过筛后制得；
所述催化剂吸附料通过将按重量计8～12份的催化脂肪酶、12～17份的对羟基磺酸钠、2～6份的羟丁基二酸胺混合均匀，过筛后制得；
所述页岩钻井主溶蚀剂适用于石英含量高为35％以上、层理发育且脆性系数为0.2以上的页岩地层钻井的页岩掉块解卡或者沉砂卡钻解卡；
所述页岩钻井主溶蚀剂抗温能力≥140℃，能使用在埋藏深、页岩气水平段长及井底温度高的条件；
质量体积百分比为10～15％的页岩钻井主溶蚀剂水溶液，在体积比为5～10％的情形下与水基钻井液和油基钻井液体系都具有良好的配伍性；
页岩钻井主溶蚀剂的腐蚀率小于0.5g/(m2·h)；
所述溶蚀料的粒度能够通过20目筛，所述表面活性剂载体料的粒度能够通过20目筛，并且所述催化剂吸附料能够通过40目筛。
2.根据权利要求1所述的页岩钻井主溶蚀剂的制备方法，其特征在于，所述催化脂肪酶为9～10份，并且所述对羟基磺酸钠为14～16份。
3.一种页岩钻井主溶蚀剂，其特征在于，所述页岩钻井主溶蚀剂通过将溶蚀料、表面活性剂载体料和催化剂吸附料混合均匀制得，其中，所述溶蚀料通过将按重量计30～32份的聚环氧琥珀酸钠、18～22份的葡萄糖酸钠、4～6份的二甲基乙醇胺、以及8～10份的乳酸乙酯混合均匀，研磨破碎、过筛后，搅拌制得；所述表面活性剂载体料通过将按重量计5～8份的脂肪醇聚丙烯醚硫酸钠、6～9份的氨基酸镁、以及3～4份的络合剂混合均匀，过筛后制得；所述催化剂吸附料通过将按重量计8～12份的催化脂肪酶、12～17份的对羟基磺酸钠、2～6份的羟丁基二酸胺混合均匀，过筛后制得；
所述页岩钻井主溶蚀剂适用于石英含量高为35％以上、层理发育且脆性系数为0.2以上的页岩地层钻井的页岩掉块解卡或者沉砂卡钻解卡；
所述页岩钻井主溶蚀剂抗温能力≥140℃，能使用在埋藏深、页岩气水平段长及井底温度高的条件；
质量体积百分比为10～15％的页岩钻井主溶蚀剂水溶液，在体积比为5～10％的情形下与水基钻井液和油基钻井液体系都具有良好的配伍性；
页岩钻井主溶蚀剂的腐蚀率小于0.5g/(m2·h)；
所述溶蚀料的粒度能够通过20目筛，所述表面活性剂载体料的粒度能够通过20目筛，并且所述催化剂吸附料能够通过40目筛。
4.根据权利要求3所述的页岩钻井主溶蚀剂，其特征在于，所述催化脂肪酶为9～10份，并且所述对羟基磺酸钠为14～16份。
5.一种页岩钻井主溶蚀剂的使用方法，其特征在于，所述方法包括将如权利要求3或4所述的页岩钻井主溶蚀剂与水按照10～15：100且单位为kg/L混合，形成主溶蚀液，泵入页岩地层卡钻井段，以对页岩地层钻井中的页岩掉块或者岩屑进行溶蚀。
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