CN111423865B - 连续油管钻塞液及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续油管钻塞液及其使用方法，钻塞液由钻塞液A和钻塞液B构成；钻塞液A由粘土稳定剂、减摩剂和水构成；钻塞液B由减阻剂悬浮液、粘土稳定剂和水构成；粘土稳定剂为季铵盐、磺酰基季铵盐或苄基季铵盐；减摩剂为太古油、乙二醇、异构十三醇聚氧化乙烯醚和水形成的水包油型乳液；减阻剂悬浮液为稠化剂、悬浮剂、活化剂和分散剂形成的非水体系；使用时先在井筒内顶替钻塞液A，待下入连续油管至目的井段时在连续油管内以一定排量泵注连续油管钻塞液A或钻塞液A与钻塞液B的混合液；该连续油管钻塞液不易腐败变质、携带钻屑及胶皮能力强、可解除油管下入时的“自锁”现象、钻塞所需时间短、对地层无伤害、且配伍性好。
Description
技术领域
本发明涉及油气田勘探开发井下作业技术领域，特别涉及一种连续油管钻塞液及其使用方法。
背景技术
随着我国页岩油气、致密油气等非常规油气资源的深入勘探开发，长水平段水平井钻井技术及桥塞-电缆射孔联作分段压裂技术成为勘探开发主流技术。同时水平段越来越长，段间距逐步缩小，分段数量及桥塞使用数量越来越多，增加了连续油管压后钻塞的难度及井下复杂，为了降低连续油管钻塞作业施工风险，连续油管钻塞液的配合使用尤其重要。
连续油管钻塞液需具备三个主要作用在于：1)降阻效果好，即钻塞液经连续油管从井口泵送至目的井段，沿程摩阻低，降阻率高，降低泵压，便于循环；2)优良的携带性，即对连续油管钻塞后产生的金属钻屑、碎胶皮等具有携带能力，便于携带出井，避免卡钻；3)减摩效果好，即针对长水平段水平井，下入至一定深度后连续油管易发生“自锁”问题，钻塞液具有减摩性以降低连续油管与井筒间的摩擦系数，增加连油下入深度，保证连续油管在发生“自锁”前到达目的井段开展钻塞作业。
然而，目前的连续油钻塞液存在以下不足：1)起携带钻屑作用的稠化剂成分大多含有黄原胶等，这类植物胶易腐败，钻塞液不易较长期存放，腐败后粘度的降低不利于发挥其钻屑携带效果；2)粉末状的稠化剂如聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、羧甲基纤维素等聚合物制成钻塞液时，完全溶胀溶解时间较长，并且配制浓度低，而较高稠化剂浓度的钻塞液因易起“鱼眼”导致常规方法难于制备；3)常用表面活性剂作为减摩润滑剂降低连续油管与井筒间的摩擦系数，但使用含量较高的表面活性剂易起泡，不利于钻塞液配制和后续替出后井场安全环保工作。
已公开专利CN105419755A提出了一种连续油管钻塞液体系及其制备方法，其钻塞液体系以水为分散介质，其余组分重量份数计为0.1～0.5份流型改进剂、0.25～0.3份聚合物稠化剂、0.1～0.3份复合增效剂、0.1～0.5份杀菌剂和0.02～0.1份消泡剂。该连续油管钻塞液体系虽然通过粘度控制而着重解决了钻塞时钻屑的悬浮及携带出井的问题，但仍存在稠化剂溶胀溶解速度慢(10min)、含植物胶需要另外使用杀菌剂维持钻塞液粘度等缺陷，未解决连续油管与井筒间的摩擦阻力可能导致在长水平段水平井施工过程中下入受阻问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种克服常规钻塞液配制时稠化剂溶胀溶解慢、易腐败变质携带性能变差、以及连续油管在长水平段下入时已发生“自锁”等缺陷的连续油管钻塞液。
本发明的另一目的是提供一种上述连续油管钻塞液的使用方法。
为此，本发明技术方案如下：
一种连续油管钻塞液，1、一种连续油管钻塞液，其特征在于，其由连续油管钻塞液A和连续油管钻塞液B构成；所述连续油管钻塞液A由以质量分数计的0.2％～2％的粘土稳定剂、0.3％～5％的减摩剂和余量的水构成，各组分质量分数总计为100％；所述连续油管钻塞液B由以质量分数计的0.3％～5％减阻剂悬浮液、0.2％～2％粘土稳定剂和余量的水构成，各组分质量分数总计为100％；其中，
所述粘土稳定剂为季铵盐、磺酰基季铵盐或苄基季铵盐；
所述减摩剂为由以质量分数计的5％～15％太古油、10％～20％乙二醇、15％～40％异构十三醇聚氧化乙烯醚和余量的水形成的水包油型乳液；
所述减阻剂悬浮液为由以质量分数计的20％～40％稠化剂、0.4％～5％悬浮剂、0.05％～0.2％活化剂和余量的分散剂形成的非水体系；所述稠化剂为分子量为800万～1800万的阴离子型丙烯酰胺类衍生物；所述悬浮剂为纳米亲水性有机粘土、季铵盐改性的蒙脱土或高取代度羟丙基纤维素；所述活化剂为甲醇或乙醇；所述分散剂为分子量为200～1000的聚乙二醇或分子量为400～1000的聚丙二醇。
优选，所述粘土稳定剂为季铵盐I、季铵盐II、季铵盐III、磺酰基季铵盐I、磺酰基季铵盐II、磺酰基季铵盐III、磺酰基季铵盐IV、磺酰基季铵盐V、磺酰基季铵盐VI、磺酰基季铵盐VII、苄基季铵盐I或苄基季铵盐II；其中，
季铵盐I由乙基氨基乙醇胺、甲醛与二氯乙醚通过三步反应制得，其化学结构式为：
季铵盐II由四羟乙基二亚乙基三胺与氯仿反应制得，其化学结构式为：
季铵盐III由四羟乙基二亚乙基三胺、甲醛与氯仿通过二步反应制得，其化学结构式为：
磺酰基季铵盐I由磺酸二乙酯与N,N-二甲基乙醇胺-N,N二甲基乙胺基醚反应制得，其化学结构式为：
磺酰基季铵盐II由磺酸二乙酯与二(羟乙基)乙醇基甲基胺反应制得，其化学结构式为：
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磺酰基季铵盐IV由磺酸二甲酯与二(羟乙基)乙醇基甲基胺反应制得，其化学结构式为：
磺酰基季铵盐V由磺酸二乙酯与三乙醇胺反应制得，其化学结构式为：
磺酰基季铵盐VI由磺酸二乙酯与二乙醇胺、甲醛通过二步反应制得，其化学结构式为：
磺酰基季铵盐VII由乙基氨基乙醇胺、甲醛与磺酸二乙酯通过三步反应制得，其化学结构式为：
苄基季铵盐I由三乙醇胺与苄基氯反应制得，其化学结构式为：
苄基季铵盐II由乙基氨基乙醇胺、甲醛与苄基氯通过三步反应制得，其化学结构式为：
优选，减摩剂中的异构十三醇聚氧化乙烯醚的分子式为：iso-C13H27O(CH2CH2O)nH，其中，n为环氧乙烷加成的物质的量，其值优选为8。
优选，所述阴离子型丙烯酰胺类衍生物为阴离子型丙烯酰胺类衍生物I、阴离子型丙烯酰胺类衍生物II或阴离子型丙烯酰胺类衍生物III；其中，
阴离子型丙烯酰胺类衍生物I由丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚得到，其化学结构式为：
阴离子型丙烯酰胺类衍生物II由丙烯酰胺和丙烯酸钠共聚得到，其化学结构式为：
阴离子型丙烯酰胺类衍生物III由丙烯酰胺、丙烯酸钠和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚得到，其化学结构式为：
上述各阴离子型丙烯酰胺类衍生物和各类粘土稳定剂可以购自市售产品，也可以实验室合成制得。
该连续油管钻塞液的使用方法，步骤为：在连续油管下入前，在井筒内顶替连续油管钻塞液A，顶替容量与井筒容积一致；下入连续油管至目的井段时，在连续油管内以400L/min～500L/min的排量泵注连续油管钻塞液A，或者以同样排量泵注连续油管钻塞液A与连续油管钻塞液B的混合液；所述混合液中连续油管钻塞液A与连续油管钻塞液B的体积比为1:10～1:50。
与现有技术相比，该连续油管钻塞液适用于非常规油气藏(包括页岩气、页岩油、煤层气、致密气、致密油等)长水平段水平井的通洗井作业及压后钻塞作业，连续油管钻塞液长时间室温下保存不腐败变质、携带钻屑及胶皮能力强、能够解除连续油管在下入时的“自锁”现象、钻塞所需时间短、对地层无伤害、与压裂液、地层水等水性液体配伍性好、现场作业工序简单易操作，摩擦系数降低率在60％以上，降阻率在70％以上可有效降低井口泵压，保证施工顺利安全进行。
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。在以下实施例中，各组分均购自市售产品，或由市售产品制备而成。
实施例1
一种连续油管钻塞液，由连续油管钻塞液A和连续油管钻塞液B构成；
连续油管钻塞液A的制备方法为：取0.2重量份的粘土稳定剂和0.3重量份的减摩剂溶解于99.5重量份的水中，搅拌或循环均匀，即制得100重量份连续油管钻塞液A；其中，粘土稳定剂采用具有如下化学结构式的季铵盐I：
减摩剂由5重量份的太古油、10重量份的乙二醇、15重量份的异构十三醇聚氧化乙烯醚和80重量份的水混合而成；
连续油管钻塞液B的制备方法为：取0.3重量份的减阻剂悬浮液和0.2重量份的粘土稳定剂溶解于99.5重量份的水中，搅拌或循环均匀，即制得100重量份连续油管钻塞液B；其中，减阻剂悬浮液由40重量份的分子量为800万的阴离子型丙烯酰胺类衍生物、5重量份的纳米亲水性有机粘土、0.2重量份的甲醇、54.8重量份的PEG-200混拌均匀形成；具体地，纳米亲水性有机粘土采用浙江丰虹新材料股份有限公司生产的DK5型的纳米亲水性有机粘土；阴离子型丙烯酰胺类衍生物采用具有如下化学结构式的阴离子型丙烯酰胺类衍生物I：
粘土稳定剂采用具有如下化学结构式的磺酰基季铵盐Ⅰ：
实施例2
一种连续油管钻塞液，由连续油管钻塞液A和连续油管钻塞液B构成；
连续油管钻塞液A的制备方法为：取2重量份的粘土稳定剂和5重量份的减摩剂溶解于93重量份的水中，搅拌或循环均匀，即制得100重量份连续油管钻塞液A；其中，粘土稳定剂采用具有如下化学结构式的苄基季铵盐Ⅰ：
减摩剂由15重量份的太古油、20重量份的乙二醇、40重量份的异构十三醇聚氧化乙烯醚和25重量份的水混合而成；
连续油管钻塞液B的制备方法为：取3重量份的减阻剂悬浮液和2重量份的粘土稳定剂溶解于95重量份的水中，搅拌或循环均匀，即制得100重量份连续油管钻塞液B；其中，减阻剂悬浮液由20重量份的分子量为1800万的阴离子型丙烯酰胺类衍生物、0.4重量份的季铵盐改性的蒙脱土、0.05重量份的甲醇、79.55重量份的PEG-1000混拌均匀形成；具体地，季铵盐改性的蒙脱土采用浙江丰虹新材料股份有限公司生产的HFGEL-120型的季铵盐改性的蒙脱土；阴离子型丙烯酰胺类衍生物采用具有如下化学结构式的阴离子型丙烯酰胺类衍生物II：
粘土稳定剂采用具有如下化学结构式的粘土稳定剂为磺酰基季铵II：
实施例3
一种连续油管钻塞液，由连续油管钻塞液A和连续油管钻塞液B构成；
连续油管钻塞液A的制备方法为：取0.5重量份的粘土稳定剂和0.5重量份的减摩剂溶解于99重量份的水中，搅拌或循环均匀，即制得100重量份连续油管钻塞液A；其中，粘土稳定剂采用具有如下化学结构式的磺酰基季铵盐VII：
减摩剂由10重量份的太古油、15重量份的乙二醇、20重量份的异构十三醇聚氧化乙烯醚和55重量份的水混合而成；
连续油管钻塞液B的制备方法为：取5重量份的减阻剂悬浮液和1重量份的粘土稳定剂溶解于94重量份的水中，搅拌或循环均匀，即制得100重量份连续油管钻塞液B；其中，减阻剂悬浮液由30重量份的分子量为1600万的阴离子型丙烯酰胺类衍生物、0.4重量份的高取代度羟丙基纤维素、0.1重量份的乙醇、69.5重量份的PEG-400混拌均匀形成；具体地，高取代度羟丙基纤维素采用美国赫克力士集团公司生产的
型的高取代度羟丙基纤维素；阴离子型丙烯酰胺类衍生物采用具有如下化学结构式的阴离子型丙烯酰胺类衍生物III：
粘土稳定剂采用具有如下化学结构式的粘土稳定剂为苄基季铵盐II：
依据行业标准《SY/T5971-2016油气田压裂酸化及注水用黏土稳定剂性能评价方法》及《NB/T14003.2-2016页岩气压裂液第2部分：降阻剂性能指标及测试方法》对实施例1～3所制备的各连续油管钻塞液A的防膨率和摩擦系数降低率进行测试，并对各连续油管钻塞液B的表观粘度、防膨率和降阻率进行测试。
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1～3制备的钻塞液A和钻塞液B的防膨率≥86.4％，防膨效果好；三种钻塞液A的摩擦系数降低率≥64.2％，三种钻塞液B的降阻率≥75.8％，能够有效降低井口泵压，保证施工顺利安全进行；与此同时，在保持上述优异性能的同时，三种钻塞液B的表观粘度能够从15mPa.s至381mPa.s可调。另外，实施例1～3制备的钻塞液A和钻塞液B在室温下静置放置2个月，未出现腐败变质现象，稳定性好。
实施例4
采用实施例1制备的连续油管钻塞液在川渝页岩气某井(水平段1650m)实施连续油管钻塞作业，步骤如下：1)连续油管下入前，井筒内替满一个井筒容积的连续油管钻塞液A；2)下入连续油管，至目的井段时，在连续油管内以400L/min的排量泵注连续油管钻塞液A直至钻塞作业施工完成。在该钻塞作业施工作业过程中，该井井口压力19MPa，未发生自锁及卡钻现象，桥塞纯钻时间缩短至5min。
实施例5
采用实施例2制备的连续油管钻塞液在川渝页岩气某井(水平段2300m)实施连续油管钻塞作业，步骤如下：1)连续油管下入前，井筒内替满一个井筒容积的连续油管钻塞液A；2)下入连续油管，至目的井段时，在连续油管内以500L/min的排量泵注按照重量比1:50混合的连续油管钻塞液A和连续油管钻塞液B的混合液，直至钻塞作业施工完成。在该钻塞作业施工作业过程中，该井井口压力19.5MPa，未发生自锁及卡钻现象，桥塞纯钻时间缩短至3min。
实施例6
采用实施例3制备的连续油管钻塞液在川渝页岩气某井(水平段1900m)实施连续油管钻塞作业，步骤如下：1)连续油管下入前，井筒内替满一个井筒容积的连续油管钻塞液A；2)下入连续油管，至目的井段时，在连续油管内以420L/min的排量泵注按照重量比1:10混合的连续油管钻塞液A和连续油管钻塞液B的混合液，直至钻塞作业施工完成。在该钻塞作业施工作业过程中，该井井口压力21MPa，未发生自锁及卡钻现象，桥塞纯钻时间缩短至8min。
综上所述，该连续油管钻塞液能够有效解除连续油管在下入时的“自锁”现象、钻塞所需时间短；同时在实施例4～实施例6的施工过程中，该连续油管钻塞液还表现出与压裂液、地层水等水性液体配伍性好的特点。
Claims (4)
1.一种连续油管钻塞液，其特征在于，其由连续油管钻塞液A和连续油管钻塞液B构成；所述连续油管钻塞液A由以质量分数计的0.2％～2％的粘土稳定剂、0.3％～5％的减摩剂和余量的水构成，各组分质量分数总计为100％；所述连续油管钻塞液B由以质量分数计的0.3％～5％减阻剂悬浮液、0.2％～2％粘土稳定剂和余量的水构成，各组分质量分数总计为100％；其中，
所述粘土稳定剂为季铵盐、磺酰基季铵盐或苄基季铵盐；所述季铵盐为季铵盐I、季铵盐II或季铵盐III；其中，季铵盐I的化学结构式为：
季铵盐II的化学结构式为：
季铵盐III的化学结构式为：
所述减摩剂为由以质量分数计的5％～15％太古油、10％～20％乙二醇、15％～40％异构十三醇聚氧化乙烯醚和余量的水形成的水包油型乳液；
所述减阻剂悬浮液为由以质量分数计的20％～40％稠化剂、0.4％～5％悬浮剂、0.05％～0.2％活化剂和余量的分散剂形成的非水体系；所述稠化剂为分子量为800万～1800万的阴离子型丙烯酰胺类衍生物；所述悬浮剂为纳米亲水性有机粘土、季铵盐改性的蒙脱土或高取代度羟丙基纤维素；所述活化剂为甲醇或乙醇；所述分散剂为分子量为200～1000的聚乙二醇或分子量为400～1000的聚丙二醇。
2.根据权利要求1所述的连续油管钻塞液，其特征在于，所述粘土稳定剂为磺酰基季铵盐I、磺酰基季铵盐II、磺酰基季铵盐III、磺酰基季铵盐IV、磺酰基季铵盐V、磺酰基季铵盐VI、磺酰基季铵盐VII、苄基季铵盐I或苄基季铵盐II；其中，
磺酰基季铵盐I的化学结构式为：
磺酰基季铵盐II的化学结构式为：
磺酰基季铵盐III的化学结构式为：
磺酰基季铵盐IV的化学结构式为：
磺酰基季铵盐V的化学结构式为：
磺酰基季铵盐VI的化学结构式为：
磺酰基季铵盐VII的化学结构式为：
苄基季铵盐I的化学结构式为：
苄基季铵盐II的化学结构式为：
3.根据权利要求1所述的连续油管钻塞液，其特征在于，所述阴离子型丙烯酰胺类衍生物为阴离子型丙烯酰胺类衍生物I、阴离子型丙烯酰胺类衍生物II或阴离子型丙烯酰胺类衍生物III；其中，
阴离子型丙烯酰胺类衍生物I的化学结构式为：
阴离子型丙烯酰胺类衍生物II的化学结构式为：
阴离子型丙烯酰胺类衍生物III的化学结构式为：
4.一种如权利要求1所述的连续油管钻塞液的使用方法，其特征在于，步骤为：在连续油管下入前，在井筒内顶替连续油管钻塞液A，顶替容量与井筒容积一致；下入连续油管至目的井段时，在连续油管内以400L/min～500L/min的排量泵注连续油管钻塞液A与连续油管钻塞液B的混合液；所述混合液中连续油管钻塞液A与连续油管钻塞液B的体积比为1∶10～50。
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