CN114316923A

CN114316923A - 一种微泡沫钻井液用发泡剂体系

Info

Publication number: CN114316923A
Application number: CN202011070654.3A
Authority: CN
Inventors: 曾志强; 王康
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Research Institute of Sinopec Nanjing Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Research Institute of Sinopec Nanjing Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2020-10-09
Filing date: 2020-10-09
Publication date: 2022-04-12

Abstract

本发明公开了一种微泡沫钻井液用发泡剂体系，组成包括10%‑25%发泡剂主剂、5%‑20%发泡剂辅剂、0.1%‑1%泡沫稳定剂、余量的水。本发明所制得的微泡发泡体系兼具低密度（0.4‑0.6g/cm³）、抗盐50000ppm、起泡体积（0.5%，100mL溶液，高搅）大于550mL、半衰期大于180min，在复杂井底条件下仍能保持较好的泡沫稳定性以及钻井速度，能有效抑制粘土膨胀，具有很好的稳定性和较强的岩屑携带能力。

Description

一种微泡沫钻井液用发泡剂体系

技术领域

本发明涉及一种微泡沫钻井液用发泡剂体系，具体涉及大尺寸超长裸眼井、水平井的钻井、完井、修井和油气井增产措施中，属于油田钻井液用处理剂领域。

背景技术

泡沫流体在石油钻井与开发中的应用已有60多年的历史，泡沫流体因其静液柱压力低、滤失量小、携砂性能好、助排能力强及对储层伤害小等特性，广泛地应用于低压、易漏失地层的钻井、完井、修井和油气井增产措施中。作为一种低密度钻井流体，泡沫钻井液具有以下优点：（1）有利于提高钻井速度；（2）有利于减少产层伤害、提高油气产量，由于液柱压力很低，钻井液渗入地层的深度和污染程度都大为减小，不易堵塞产层，对于保护低压油气储层非常有利；（3）有利于防止井漏；（4）携带能力强。泡沫流体因黏度高而具有较强的携岩携水能力，往往是单一液相的几倍甚至十倍以上，可大大避免岩石的重复破碎，改善井眼净化条件。

目前低成本开发的大趋势推动钻井井身结构不断优化（简化），大尺寸超长裸眼井段钻进施工成了普遍，而大尺寸超长裸眼段存在多套压力体系和复杂地层岩性并存，带来井筒稳定风险加大，安全施工窗口变窄，对钻井液功能提出更高要求，随钻井筒强化（防漏、防塌）任务重大。并且水平井随着段长不断延伸，岩屑床问题突显，安全钻井受到极大挑战，对钻井液的携岩能力提出了更高的要求。

微泡以均匀、非聚集、非连续态存在的，其尺寸介于0-100μm之间，气体含量小于普通泡沫，气泡由多层液膜包裹，可以有效阻止相邻气泡合并，使得泡沫的稳定性提高，微泡沫气泡尺寸小、强度高、稳定性好的特点使其具有一定的防漏堵漏作用。在ZL200910157353.1中公开了一种微泡钻井液，其表面活性剂为十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠的混合物；在ZL200710113558.0中公开了一种循环微泡沫钻井液或完井液，其表面活性剂采用脂肪醇甘油基醚磺酸盐、聚合醇、椰子油酰胺磺基琥珀酸单酯钠盐。但是，目前现场应用的微泡沫钻井液中的发泡剂主要是阴离子或阴非离子型表面活性剂，抗盐能力差、发泡能力差，对岩屑的悬浮作用及运移能力有限。在大尺寸超长裸眼井、水平井等复杂地层，利用微泡沫钻井液粘度高、携岩能力强的优点，提高岩屑的悬浮和运移能力，降低或消除岩屑沉降的影响，达到增强井眼净化能力、减少遇阻划眼时间、降低卡钻故障风险、提高机械钻速以及降低钻井成本的目的具有重要的现实意义。

发明内容

本发明目的之一是提供一种以两性离子表面活性剂为主剂的微泡发泡体系。

本发明目的之二是为提高目前微泡沫钻井液对岩屑的悬浮和运移能力，降低或消除岩屑沉降的影响，达到增强井眼净化的目的。

通过两性离子表面活性剂对岩屑的强吸附性和抑制性、非离子表面活性剂的强耐盐性以及泡沫稳定剂的增粘作用制得微泡沫钻井液用发泡剂体系。

本发明的主要技术方案：微泡沫钻井液用发泡剂体系组成包括发泡剂主剂、辅剂、稳定剂及水，各组分质量百分比如下：发泡剂主剂10%-25%、发泡剂辅剂 5%-20%、泡沫稳定剂0.1%-1%、水余量。

优选地，所述发泡剂主剂15%-20%、发泡剂辅剂7%-12%、泡沫稳定剂0.2%-0.5%、水余量。

所述的发泡剂主剂为甜菜碱类两性表面活性剂中的任意一种或其组合物。

所述的发泡剂辅剂为烷基糖苷、脂肪醇聚氧乙烯醚类表面活性剂中的任意一种或其组合物。

所述的泡沫稳定剂为瓜胶类天然高分子材料改性产物、乙烯基磺酸聚合物中的任意一种或其组合物。

所述发泡剂主剂选自十四烷基磺基甜菜碱、十八烷基羟丙基甜菜碱、十二烷基二甲基甜菜碱、月桂酰胺丙基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱、十二烷基羟磺基甜菜碱、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱、十四烷基酰胺丙基磺基甜菜碱中的一种或其组合物。

所述发泡剂辅剂选自烷基糖苷、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO7、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO9、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO10、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO15、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO23中的任意一种或其组合物。优选为脂肪醇聚氧乙烯醚AEO9、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO10、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO15中的任意一种或其组合物。

所述泡沫稳定剂选自羟丙基瓜胶、羧甲基羟丙基瓜胶、魔芋胶、乙烯基磺酸聚合物中的任意一种或其组合物。优选羧甲基羟丙基瓜胶、乙烯基磺酸聚合物中的一种或其组合物。

本发明所制得的微泡发泡体系兼具低密度（0.4-0.6g/cm³）、抗盐50000ppm、起泡体积（0.5%，100mL溶液，高搅）大于550mL、半衰期大于180min。与现有技术相比，具有更加突出的效果如下：提供了一种制备简单，综合性能优异的微泡发泡体系，在耐高盐的同时还能保持较好的起泡性能和稳泡性能，在复杂井底条件下仍能保持较好的泡沫稳定性以及钻井速度，能有效抑制粘土膨胀，具有很好的稳定性和较强的岩屑携带能力。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明加以详细描述。

实施例1

取10g十四烷基磺基甜菜碱加入到500mL烧杯中，再加入84.8g水，开动搅拌，加入5g脂肪醇聚氧乙烯醚AEO9，最后加入0.2g羟丙基瓜胶，搅拌至完全溶解，即得微泡沫发泡剂产品1。

实施例2

取15g十八烷基羟丙基甜菜碱加入到500mL烧杯中，再加入79.9g水，开动搅拌，加入5g烷基糖苷，最后加入0.1g羧甲基羟丙基瓜胶，搅拌至完全溶解，即得微泡沫发泡剂产品2。

实施例3

取10g椰油酰胺丙基甜菜碱加入到500mL烧杯中，再加入79.8g水，开动搅拌，加入10g脂肪醇聚氧乙烯醚AEO7，最后加入0.2g魔芋胶，搅拌至完全溶解，即得微泡沫发泡剂产品3。

实施例4

取20g月桂酰胺丙基甜菜碱加入到500mL烧杯中，再加入74.5g水，开动搅拌，加入5g脂肪醇聚氧乙烯醚AEO23，最后加入0.5g乙烯基磺酸聚合物，搅拌至完全溶解，即得微泡沫发泡剂产品4。

实施例5

取10g十四烷基酰胺丙基磺基甜菜碱加入到500mL烧杯中，再加入84.8g水，开动搅拌，加入5g脂肪醇聚氧乙烯醚AEO15，最后加入0.2g羟丙基瓜胶，搅拌至完全溶解，即得微泡沫发泡剂产品5。

实施例6

取25g十二烷基羟磺基甜菜碱加入到500mL烧杯中，再加入69.5g水，开动搅拌，加入5g脂肪醇聚氧乙烯醚AEO9，最后加入0.5g羟丙基瓜胶，搅拌至完全溶解，即得微泡沫发泡剂产品6。

性能评价

对上述实施例1-6所制得的六种发泡剂，采用Waring Blender法，分别在清水中以及150℃热滚后泡沫性能。

抑制性能评价：参照标准《SY-T5613-2000泥页岩理化性能试验方法》测试泥页岩在清水以及微泡沫发泡剂乳液中的岩心滚动回收率。

利用显微镜对配置的微泡沫发泡剂的泡沫进行粒径测量。

表1 微泡沫发泡剂性能评价

样品	泡沫体积/mL	析液半衰期/min	泡沫半衰期/min	滚动回收率/%
					清水	/	/	/	9.86
市售微泡发泡剂	540	62	204	30.29
					微泡沫发泡剂产品1	570	84	273	74.89
微泡沫发泡剂产品2	595	93	421	61.72
					微泡沫发泡剂产品3	580	73	389	64.26
微泡沫发泡剂产品4	615	68	257	73.81
					微泡沫发泡剂产品5	605	81	234	73.67
微泡沫发泡剂产品6	615	79	453	72.98

表2 微泡沫粒径

样品	平均粒径/μm
		十二烷基苯磺酸钠	957
市售微泡发泡剂	89
		微泡沫发泡剂产品1	62
微泡沫发泡剂产品2	57
		微泡沫发泡剂产品3	71
微泡沫发泡剂产品4	80
		微泡沫发泡剂产品5	64
微泡沫发泡剂产品6	76

表3 钻井液性能

样品	AV/mP.s	PV/mPa.s	YP/Pa
				市售微泡发泡剂	65	39.5	25.5
微泡沫发泡剂产品1	47	30	17
				微泡沫发泡剂产品2	44	28.5	15.5
微泡沫发泡剂产品3	46	31.5	14.5
				微泡沫发泡剂产品4	55	31.5	23.5
微泡沫发泡剂产品5	52	32.5	19.5
				微泡沫发泡剂产品6	55	32.5	22.5

从上述实施例的测试数据可以看出，本发明微泡沫发泡剂体系较好的泡沫稳定性以及钻井速度，能有效抑制粘土膨胀，具有很好的稳定性和较强的岩屑携带能力。

Claims

1. 一种微泡沫钻井液用发泡剂体系，其特征在于各组分质量百分比如下：

发泡剂主剂 10%-25%

发泡剂辅剂 5%-20%

泡沫稳定剂 0.1%-1%

水余量。

2.根据权利要求1所述的一种微泡沫钻井液用发泡剂体系，其特征在于各组分质量百分比为：

发泡剂主剂 15%-20%

发泡剂辅剂 7%-12%

泡沫稳定剂 0.2%-0.5%

水余量。

3.根据权利要求1所述的一种微泡沫钻井液用发泡剂体系，其特征在于其中所述的发泡剂主剂为甜菜碱类两性表面活性剂中的任意一种或其组合物。

4.根据权利要求3所述的一种微泡沫钻井液用发泡剂体系，其特征在于发泡剂主剂选自十四烷基磺基甜菜碱、十八烷基羟丙基甜菜碱、十二烷基二甲基甜菜碱、月桂酰胺丙基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱、十二烷基羟磺基甜菜碱、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱、十四烷基酰胺丙基磺基甜菜碱中的一种或其组合物。

5.根据权利要求4所述的一种微泡沫钻井液用发泡剂体系，其特征在于发泡剂主剂选自十八烷基羟丙基甜菜碱、月桂酰胺丙基甜菜碱、十二烷基羟磺基甜菜碱、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱、十四烷基酰胺丙基磺基甜菜碱中的一种或其组合物。

6.根据权利要求1所述的一种微泡沫钻井液用发泡剂体系，其特征在于其中所述的发泡剂辅剂为烷基糖苷、脂肪醇聚氧乙烯醚类表面活性剂中的任意一种或其组合物。

7.根据权利要求5所述的一种微泡沫钻井液用发泡剂体系，其特征在于发泡剂辅剂选自烷基糖苷、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO7、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO9、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO10、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO15、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO23中的任意一种或其组合物；优选为脂肪醇聚氧乙烯醚AEO9、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO10、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO15中的任意一种或其组合物。

8.根据权利要求1所述的一种微泡沫钻井液用发泡剂体系，其特征在于其中所述的泡沫稳定剂为瓜胶类天然高分子材料改性产物、乙烯基磺酸聚合物中的任意一种或其组合物。

9.根据权利要求8所述的一种微泡沫钻井液用发泡剂体系，其特征在于泡沫稳定剂选自羟丙基瓜胶、羧甲基羟丙基瓜胶、魔芋胶、乙烯基磺酸聚合物中的任意一种或其组合物。

10.根据权利要求9所述的一种微泡沫钻井液用发泡剂体系，其特征在于泡沫稳定剂选自羧甲基羟丙基瓜胶、乙烯基磺酸聚合物中的一种或其组合物。