CN113046038B - 一种储层保护剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种储层保护剂及其制备方法和应用。所述储层保护剂包括表面包覆耐温聚合物的刚性颗粒；优选地，所述表面包覆耐温聚合物的刚性颗粒中，刚性颗粒的重量含量为85％～99.9％，耐温聚合物的重量含量为0.1％～15％。该储层保护剂可用于钻完井过程中，降低钻井液滤失量，提高油气储层的保护效果，且所述储层保护剂与水基钻井液表现出良好的配伍性，尤其适用于低渗储层的保护。

Description

一种储层保护剂及其制备方法和应用

优先权

本申请要求享有2019年12月27日提交的发明名称为“一种储层保护剂及其制备方法和应用”，申请号为201911378398.1的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明属于钻井完井液技术领域，具体涉及一种钻井液完井液用储层保护剂及其制备方法和应用。

背景技术

长期的油气勘探开发实践表明，储层天然裂缝发育程度是影响油气井产能的主要因素之一。如何实现对储层天然裂缝的保护，是保证油气层的及时发现及油气储量的准确评价，提高此类油气藏产量的主要手段之一。低渗气藏普遍存在渗透率低、孔喉形状复杂、气体流动阻力较高等特征，现有低渗气藏常规钻井液体系中，既能在井壁形成的有效封堵层，又可以在完井作业时实现对封堵层高效清除的报道较少。因此，亟需一种可以在钻井液中添加实现高阻渗，后期完井作业又可以实现高效清除的储层保护剂。完井作业是提高和恢复产能的重要环节，完井作业时可将钻井过程中在近井壁地带的暂堵层或泥饼高效清除，从而解放气藏通道实现低残留，这是实现低渗气藏钻井过程中高效保护储层的重要手段之一。

同时储层损害程度与钻井周期也密切相关，储层保护剂在实现储层保护功能时还应该兼顾井壁安全，如通过减少工作液与储层的接触时间，提高钻井作业安全高效。另外，针对低渗油气藏可酸溶类的储层保护材料的报道也较少。

发明内容

本发明针对现有技术钻井过程中钻井液对近井筒地带油气层的伤害，进而影响后期油气产能的不足，提供了一种储层保护剂，所述储层保护剂包括表面包覆耐温聚合物的刚性颗粒，该储层保护剂可用于钻完井过程中，降低钻井液滤失量，提高油气储层的保护效果，且所述储层保护剂与水基钻井液表现出良好的配伍性，尤其适用于低渗储层的保护。

为此，本发明第一方面提供了一种储层保护剂，其包括表面包覆耐温聚合物的刚性颗粒；优选地，所述表面包覆耐温聚合物的刚性颗粒中，刚性颗粒的重量含量为85％～99.9％，耐温聚合物的重量含量为0.1％～15％。

本发明所述储层保护剂一方面可以通过刚性颗粒架桥作用实现高阻渗井壁稳定；另一方面通过聚合物实现材料的耐温，聚合物缠绕交联作用也可以增加体系的封堵能力，达到储层保护目的。

在本发明的一些实施方式中，所述刚性颗粒为水不溶的刚性颗粒。在本发明的一些优选的实施方式中，所述刚性颗粒选自10～800目的重质碳酸钙和大理石颗粒中的至少一种；优选选自50～600目的重质碳酸钙和大理石颗粒中的至少一种；更优选选自50～180目的重质碳酸钙和大理石颗粒中的至少一种。

在本发明的另一些实施方式中，所述耐温聚合物的聚合单体包括丙烯酰胺和选自乙烯基吡咯烷酮、苯乙烯磺酸盐、2-丙烯酰胺2烷基磺酸盐、二甲基丙烯酰胺和乙烯基己内酰胺中一种或多种。

在本发明的一些具体实施方式中，所述聚合单体中各单体的重量含量如下：

其中，所述乙烯基吡咯烷酮、苯乙烯磺酸盐、2-丙烯酰胺2烷基磺酸盐、二甲基丙烯酰胺和乙烯基己内酰胺的重量含量不同时为0。

本发明所述储层保护剂中，所述刚性颗粒和耐温聚合物均为可以酸溶的材料，这样在钻井施工完成后，可以使用5％～20％盐酸溶液对储层保护剂进行酸洗处理，所述储层保护剂的酸溶率大于85％，从而实现油气储层通道的低伤害。

通过物理吸附和化学接枝方法在刚性颗粒表面包覆部分交联聚合物，聚合物以“网状”结构包覆在刚性颗粒表面，刚性颗粒提供架桥作用，聚合物则提高颗粒与颗粒间致密排布，表面引入部分磺化的聚合物可以相互缠绕交联形成致密的封堵膜，在井壁岩石裂缝表面形成致密封堵层，从而有效降低钻井液滤失。

本发明第二方面提供了一种制备如本发明第一方面所述储层保护剂的方法，其包括以下步骤：

S1，将刚性颗粒、表面活性剂和水混合，获得混合物；

S2，在步骤S1中获得的混合物中加入聚合单体和引发剂，混合后在加热条件下进行反应，反应结束后获得产品混合物；

S3，将所述产品混合物经分离、洗涤和干燥后获得所述储层保护剂。

在本发明的一些实施方式中，所述表面活性剂的加入量为所述水的加入量的1wt％～6wt％；优选地，所述表面活性剂选自十二烷基磺酸盐和十二烷基苯磺酸盐中的任意一种。

在本发明的另一些实施方式中，所述引发剂选自过硫酸铵、亚硫酸氢钠、偶氮双异丁基腈、叔丁基过氧化氢和过氧化氢中的一种或多种。

在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述反应的温度为20～120℃，优选为45～90℃。

在本发明的另一些实施方式中，所述反应的时间为1～6小时，优选为2.5～5小时。

在本发明的一些实施方式中，步骤S3中，采用有机溶剂进行洗涤；优选地，所述有机溶剂选自甲醇、乙醇和异丙醇中的任意一种。

在本发明的另一些实施方式中，所述干燥的温度为45～55℃，干燥的时间为2～10小时，优选为4～6小时。

在本发明的一些具体实施方式中，所述制备方法具体包括：

(1)在反应釜中加入水，起动搅拌装置，边搅拌边加入非水溶的刚性颗粒和表面活性剂，充分搅拌使其分散，获得混合物；

(2)在混合物中加入按比例依次加入不同的聚合单体和引发剂，充分混合后，在20～120℃的搅拌条件下反应1～6小时，反应结束后获得产品混合物；

(3)将所述产品混合物经分离(例如，离心分离)、洗涤(例如，有机溶剂洗涤)和干燥后获得所述储层保护剂。

本发明所述制备方法较传统聚合反应产物的处理要简单，原料廉价易得，通过离心分离、洗涤、干燥即可得到目标产品，制备的产品中，耐温聚合物主要通过物理吸附或化学接枝等作用包覆在刚性颗粒表面。将本发明产品加入常规水基钻井液中可以显著降低钻井液的滤失量，并在后期通过酸洗实现低残留。

本发明第三方面提供了一种如本发明第一方面所述的储层保护剂或第二方面所述方法制备的储层保护剂在钻井液，优选为水基钻井液中的应用。将本发明产品加入常规水基钻井液中可以显著降低钻井液的滤失量，并在后期通过酸洗实现低残留。

本发明的有益效果为：本发明所述储层保护剂可以在常见水基钻井液中有良好分散，对钻井液的流变性能基本无影响，由于刚性颗粒表面包覆耐温聚合物，通过颗粒表面的聚合物实现堆积架桥作用，在对裂缝封堵的同时也可以增加泥饼的致密性，降低滤失量和封堵大孔道的作用；刚性颗粒同时又具有良好的耐温性，通过钻井施工完成后的酸洗作业又可以实现封堵材料的酸溶清除，最大限度的保护储层，提高油气产量。现在储层保护剂绝大部分只限于液体或难清除的固体颗粒，因此本发明可急大改善现在钻井液用储层保护剂的储层保护效果。

具体实施方式

为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例来进一步详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。本发明中所使用的原料或组分若无特殊说明均可以通过商业途径或常规方法制得。

实施例1

在反应釜中加入1L水，边搅拌边加入80～160目的重质碳酸钙900g，加入12g十二烷基磺酸钠，充分搅拌20min使其分散，随后依次加入5g丙烯酰胺、2g苯乙烯磺酸钠、1.5g的2-丙烯酰胺2烷基磺酸盐和0.2g过硫酸铵，充分混合，在45℃搅拌条件下反应2.5小时，反应完成后离心分离、甲醇洗涤后得粉状固体，50℃条件下干燥4小时，即得到储层保护剂A。制备储层保护剂A的聚合单体中各单体的重量含量为：丙烯酰胺58.8％，苯乙烯磺酸盐23.5％，2-丙烯酰胺2烷基磺酸盐17.6％，乙烯基吡咯烷酮、二甲基丙烯酰胺和乙烯基己内酰胺均为0；制备的储层保护剂A中刚性颗粒的重量含量为99.1％，耐温聚合物的重量含量为0.9％。

实施例2

所述条件与实施例1一致，仅将2g苯乙烯磺酸钠替换为1.8g的乙烯基吡咯烷酮，得到储层保护剂B。制备储层保护剂B的聚合单体中各单体的重量含量为：丙烯酰胺60.2％，乙烯基吡咯烷酮21.7％，2-丙烯酰胺2烷基磺酸盐18.1％，苯乙烯磺酸盐、二甲基丙烯酰胺和乙烯基己内酰胺均为0；制备的储层保护剂B中刚性颗粒的重量含量为99.1％，耐温聚合物的重量含量为0.9％。

实施例3

所述条件与实施例1一致，仅将1.5g的2-丙烯酰胺2烷基磺酸盐替换为1.8g的二甲基丙烯酰胺，得到储层保护剂C。制备储层保护剂C的聚合单体中各单体的重量含量为：丙烯酰胺56.8％，苯乙烯磺酸盐22.7％，二甲基丙烯酰胺20.5％，乙烯基吡咯烷酮、2-丙烯酰胺2烷基磺酸盐和乙烯基己内酰胺均为0；制备的储层保护剂C中刚性颗粒的重量含量为99.0％，耐温聚合物的重量含量为1.0％。

实施例4

在反应釜中加入1L水，边搅拌边加入80～160目的重质碳酸钙900g，加入12g十二烷基磺酸钠，充分搅拌20min使其分散，随后依次加入25g丙烯酰胺、12g苯乙烯磺酸钠、8g的乙烯基己内酰胺和1.1g过硫酸铵，充分混合，在45℃搅拌条件下反应3小时，反应完成后离心分离、甲醇洗涤后得粉状固体，50℃条件下干燥4小时，即得到储层保护剂D。制备储层保护剂D的聚合单体中各单体的重量含量为：丙烯酰胺55.5％，苯乙烯磺酸盐26.7％，乙烯基己内酰胺17.8％，乙烯基吡咯烷酮、二甲基丙烯酰胺和2-丙烯酰胺2烷基磺酸盐均为0；制备的储层保护剂D中刚性颗粒的重量含量为95.2％，耐温聚合物的重量含量4.8％。

实施例5

所述条件与实施例4一致，仅重质碳酸钙质量减少为400g，得到储层保护剂E。制备的储层保护剂E中刚性颗粒的重量含量为89.9％，耐温聚合物的重量含量为10.1％。

实施例6

所述条件与实施例4一致，仅重质碳酸钙质量减少为280g，得到储层保护剂F。制备的储层保护剂F中刚性颗粒的重量含量为86.1％，耐温聚合物的重量含量为13.8％。

实施例7

所述条件与实施例1一致，仅将引发剂换为0.1g亚硫酸氢钠和0.1过氧化氢溶液，得到储层保护剂G。

实施例8

所述条件与实施例1一致，仅将反应温度换为80℃，得到储层保护剂H。

实施例9

所述条件与实施例1一致，仅将反应时间换为4小时，得到储层保护剂I。

实施例10

所述条件与实施例1一致，仅将80～160目的重质碳酸钙换为50～600目的重质碳酸钙，得到储层保护剂1。

实施例11

所述条件与实施例2一致，仅将80～160目的重质碳酸钙换为50～600目的重质碳酸钙，得到储层保护剂2。

实施例12

所述条件与实施例3一致，仅将80～160目的重质碳酸钙换为50～600目的重质碳酸钙，得到储层保护剂3。

实施例13

所述条件与实施例4一致，仅将80～160目的重质碳酸钙换为50～600目的重质碳酸钙，得到储层保护剂4。

实施例14

所述条件与实施例5一致，仅将80～160目的重质碳酸钙换为50～600目的重质碳酸钙，得到储层保护剂5。

实施例15

所述条件与实施例6一致，仅将80～160目的重质碳酸钙换为50～600目的重质碳酸钙，得到储层保护剂6。

测试例1

采用FA型非渗透滤失仪在不同目数的石英砂床(20～50目、80～100目、200～300目、400～600目、800～1000目)中分别测试30min内含有不同储层保护剂的钻井液(常见水基钻井液体系：2％膨润土+3％磺甲基酚醛树脂+1％沥青+重晶石和水，密度为1.38g/cm³)浸入砂床的深度，通过侵入深度表征储保剂的阻渗性能。

表1不同砂床形成孔隙中的渗漏情况

表2不同砂床形成孔隙中的渗漏情况

表3不同砂床形成孔隙中的渗漏情况

上述实验结果表明，本发明所提供的储层保护剂不仅具有良好的砂床裂隙封堵性能，还具有较好的降滤失特性。因为该储层保护剂合成过程中引入了耐高温的聚合物，可以增加泥饼的致密性，较好地阻止液体渗入，宏观表现为滤失量的降低。

测试例2

储层保护剂酸溶性实验测试，步骤如下：1.配制四份质量分数为15％的盐酸溶液200ml；2.搅拌条件下分别加入不同质量分数烘干后的储层保护剂A或1样品；3.四份样品搅拌溶解时间2h，随后将所得溶液在离心机中离心，洗涤，充分烘干后称重，得酸溶后固体残余质量。实验结果如表4和表5所示

表4储保剂酸溶残余量

表5储保剂酸溶残余量

由上表4和5结果可以看出，储层保护剂经15％的盐酸溶液充分溶解后，其固体残留量均不高于1％，上述实验结果表明，该储保剂可以通过低浓度酸洗实现低固相残留，从而实现保护储层的目的。

测试例3

向钻井液中加入不同量的实施例1制备的储层保护剂A或实施例10制备的储层保护剂1，评价储层保护效果：通过测试岩心污染前后的渗透率恢复率评价储层保护剂A和1的保护效果。

测试方法：选用非均质碳酸盐储层岩心，采用渗透率测试仪，首先测试岩心的原始渗透率，然后分别测试高温滚动后基浆和加入储层保护剂的基浆污染后的岩心渗透率，岩心渗透率恢复值(污染后的渗透率与原始渗透率的比值)越高表明储层保护效果越好。

表6储保剂岩心渗透率恢复率

表7储保剂岩心渗透率恢复率

通过表6和表7中的数据可以发现，储层保护剂的加入，减少了钻井液污染深度，减少了固相和滤液向岩心深处的运移和渗透，有效地降低了对储层的伤害程度，从而明显提高了渗透率恢复值。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (16)

1.一种储层保护剂，其包括表面包覆耐温聚合物的刚性颗粒；所述表面包覆耐温聚合物的刚性颗粒中，刚性颗粒的重量含量为85%～99.9%，耐温聚合物的重量含量为0.1%～15%；

所述刚性颗粒选自10～800目的重质碳酸钙和大理石颗粒中的至少一种；

所述耐温聚合物的聚合单体包括丙烯酰胺以及苯乙烯磺酸盐和/或2-丙烯酰胺2烷基磺酸盐。

2.根据权利要求1所述的储层保护剂，其特征在于，所述耐温聚合物的聚合单体还包括乙烯基吡咯烷酮、二甲基丙烯酰胺和乙烯基己内酰胺中一种或多种。

3.根据权利要求1所述的储层保护剂，其特征在于，所述刚性颗粒选自50～600目的重质碳酸钙和大理石颗粒中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的储层保护剂，其特征在于，所述刚性颗粒选自50～180目的重质碳酸钙和大理石颗粒中的至少一种。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的储层保护剂，其特征在于，所述聚合单体中各单体的重量含量如下：

丙烯酰胺 40%～83%；

乙烯基吡咯烷酮 0～20%；

苯乙烯磺酸盐 0～30%；

2-丙烯酰胺2烷基磺酸盐 0～30%；

二甲基丙烯酰胺 0～20%；

乙烯基己内酰胺 0～20%；

其中，各单体重量含量之和为100%，所述苯乙烯磺酸盐、2-丙烯酰胺2烷基磺酸盐的重量含量不同时为0。

6.根据权利要求5所述的储层保护剂，其特征在于，所述乙烯基吡咯烷酮的重量含量为2%～20%；和/或

所述苯乙烯磺酸盐的重量含量为5%～30%；和/或

所述2-丙烯酰胺2烷基磺酸盐的重量含量为5%～30%；和/或

所述二甲基丙烯酰胺的重量含量为5%～20%；和/或

所述乙烯基己内酰胺的重量含量为3%～20%。

7.一种制备如权利要求1-6中任意一项所述储层保护剂的方法，其包括以下步骤：

S1，将刚性颗粒、表面活性剂和水，获得混合物；

S2，在步骤S1获得的混合物中加入聚合单体和引发剂，混合后在加热条件下进行反应，反应结束后获得产品混合物；

S3，将所述产品混合物经分离、洗涤和干燥后获得所述储层保护剂。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述表面活性剂的加入量为所述水的加入量的1wt%～6wt%。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述表面活性剂选自十二烷基磺酸盐和十二烷基苯磺酸盐中的任意一种。

10.根据权利要求7-9中任意一项所述的方法，其特征在于，所述引发剂选自过硫酸铵、亚硫酸氢钠、偶氮双异丁基腈、叔丁基过氧化氢和过氧化氢中的一种或多种。

11.根据权利要求7-9中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述反应的温度为20～120℃；和/或

所述反应的时间为1～6小时。

12.根据权利要求7-9中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述反应的温度为45～90℃；和/或

所述反应的时间为2.5～5小时。

13.根据权利要求7-9中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤S3中，采用有机溶剂进行洗涤；和/或

所述干燥的温度为45～55℃，干燥的时间为2～10小时。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述有机溶剂选自甲醇、乙醇和异丙醇中的任意一种；和/或

所述干燥的时间为4～6小时。

15.一种如权利要求1-6中任意一项所述的储层保护剂或权利要求7-14中任意一项所述方法制备的储层保护剂在钻井液中的应用。

16.根据权利要求15所述的应用，其特征在于，所述钻井液是水基钻井液。