CN116144331A - 试油完井液及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种试油完井液及其制备方法和应用，涉及油气井完井及射孔试油技术领域。所述试油完井液包括油相、有机助剂、无机加重料以及任选的水相溶液，其中：所述油相包括基础油、乳化剂、润湿剂和流型调节剂；所述助剂包括碱度调节剂、亲有机改性粘土矿物、油溶性聚合物、降滤失剂、无机矿物封堵剂和无机矿物纤维。通过上述各原料的协同复配得到的试油完井液，具有优异的抑制性、抗温性、流变性和储层保护性能，能够充分适应高温深井环境下的应用，在180℃‑220℃的温度下具有良好的沉降稳定性和流变性。
Description
技术领域
本发明涉及油气井完井及射孔试油技术领域，尤其是涉及一种试油完井液及其制备方法和应用。
背景技术
高温深井超深井井底温度高，完井试油周期长且工序复杂，技术要求较高，对试油完井液提出了较高的要求。其主要技术难点在于，高温井下长时间静置，重晶石等加重材料容易沉降，导致下管柱遇阻或开泵困难。油基/合成基完井试油液的沉降稳定性、携岩能力等重要性能变差，引起管柱堵塞、井下工具失效、封隔器坐封或解封困难等复杂情况，既造成非生产时效増加，又不利于储层保护，不仅严重影响了油气井完井及射孔试油的顺利施工，而且影响深层油气资源的开采效率。
目前，油基/合成基试油完井液技术主要在塔里木盆地、准噶尔盆地和四川盆地等高温高压深井超深井的试油完井中应用。此前，主要由国外油田技术服务公司提供关键处理剂和试油完井液。井底温度在160℃以下的深井试油完井，通过对储层钻进的油基钻井液调整，用于试油完井；井底温度在160℃以上，深井试油完井，则需要使用专门配制的油基试油完井液。而当前国产同类试油完井液难以达到上述试油完井液性能的技术水平。
随着我国深层超深层油气资源勘探开发的深入，高温深井超深井施工越来越多。在我国西部地区，如塔里木山前、新疆油田准噶尔南缘和青海油田等，高温深井超深井钻遇巨厚盐膏层、高压盐水层、多套压力系统并存等复杂地质条件，井深普遍在6000m-8000m，部分井深达到8000m-9000m，井底温度普遍达到160℃，部分地区达到180℃-200℃，预计后期井深将超9000m，地层温度将达220℃甚至以上。油基钻井液完井液以其优异的抑制性、抗温性、流变性、储层保护性能，在上述地区使用的范围越来越广阔。
因此，研究开发一类能够应用于上述深井超深井的试油完井液，对提高深层超深层油气资源的开发效率、提高工程技术服务保障能力具有重要的意义。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种试油完井液，该试油完井液具有优异的抑制性、抗温性、流变性和储层保护性能，能够充分适应高温深井环境下的应用，在180℃-220℃的温度下具有良好的沉降稳定性和流变性。
本发明的第二目的在于提供一种所述试油完井液的制备方法，所述制备方法具有制备工艺简单，易于操作的优势。
本发明的第三目的在于提供一种所述试油完井液的应用，上述试油完井液可以广泛应用于高温深井环境下的油气资源勘探开发。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供的一种试油完井液，所述试油完井液包括油相、有机助剂、无机加重料以及任选的水相溶液，其中：
所述油相包括基础油、乳化剂、润湿剂和流型调节剂；
所述助剂包括碱度调节剂、亲有机改性粘土矿物、油溶性聚合物、降滤失剂、无机矿物封堵剂和无机矿物纤维。
进一步的，所述水相溶液为氯化钙溶液；
优选地，所述氯化钙溶液的质量浓度为20～30wt％；
优选地，所述试油完井液中油相和水相溶液的固液比为80～100：0～20。
进一步的，所述油相中基础油包括柴油、矿物油和超低芳烃含量的烃类基础油中的至少一种；
优选地，所述乳化剂包括主乳化剂和辅乳化剂；
更优选地，所述主乳化剂为聚合脂肪酸酰胺；所述辅乳化剂为含有多个胺基的聚合脂肪酸酰胺基胺；
优选地，所述润湿剂包括卵磷脂、马来酸酐改性烷醇酰胺或十八烷基季铵盐中的一种，优选为马来酸酐改性烷醇酰胺；
优选地，所述流型调节剂包括多聚脂肪酸、二聚脂酸/多元醇缩聚物或多酰胺脂肪酸中的一种，优选为多酰胺脂肪酸。
所述助剂中碱度调节剂优选为氢氧化钙或氧化钙；(油基/合成基钻井液碱度调节剂主要就是氢氧化钙和氧化钙)
优选地，所述亲有机改性粘土矿物为亲有机改性的硅酸镁锂；
优选地，所述油溶性聚合物为聚(取代)苯乙烯-聚烯烃-聚(取代)苯乙烯的嵌段聚合物；
优选地，所述降滤失剂为亲有机改性褐煤；
优选地，所述无机矿物封堵剂为超细碳酸钙；
优选地，所述无机矿物纤维为海泡石纤维。
进一步的，所述无机加重料包括API重晶石、5000目超细硫酸钡和12000目超细硫酸钡中的至少一种。
进一步的，以基础油和氯化钙溶液总体积1立方米计，所述试油完井液包括：
主乳化剂30～50kg，辅乳化剂10～30kg，润湿剂5～30kg，亲有机改性粘土矿物30～70kg，降滤失剂30～70kg，流型调节剂为5～15kg，碱度调节剂30～50kg，油溶性聚合物5～20kg，无机矿物纤维为30～50kg，无机封堵剂为50～100kg。
本发明提供的一种上述试油完井液的制备方法，所述制备方法包括：
将各原料混匀，制得试油完井液。
进一步的，所述制备方法包括：
(a)、将主乳化剂、辅乳化剂、润湿剂、流型调节剂加入基础油中搅拌混匀，得到油相；随后任选的将水相溶液加入油相中搅拌混匀，得到物料A；
(b)、将助剂和无机加重料依次加入到物料A中搅拌混匀，得到试油完井液。
进一步的，所述步骤(a)和步骤(b)中的搅拌混匀的搅拌速度为10700～11300RPM(11000±300RPM)(RPM为r/min的英文缩写)。
本发明提供的一种上述试油完井液在高温深井环境下的应用；
优选地，所述高温深井环境的深度为8000～9500m，温度为180℃-220℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的试油完井液，该试油完井液包括油相、有机助剂、无机加重料以及任选的水相溶液，其中：所述油相包括基础油、乳化剂、润湿剂和流型调节剂；所述助剂包括碱度调节剂、亲有机改性粘土矿物、油溶性聚合物、降滤失剂、无机矿物封堵剂和无机矿物纤维。通过上述各原料的协同复配得到的试油完井液，具有优异的抑制性、抗温性、流变性和储层保护性能，能够充分适应高温深井环境下的应用，在180℃-220℃的温度下具有良好的沉降稳定性和流变性。
本发明提供的上述试油完井液的制备方法，所述制备方法包括将各原料混匀，制得试油完井液。上述制备方法具有制备工艺简单，易于操作的优势。
本发明提供的试油完井液可以广泛应用于高温深井环境下的油气资源勘探开发。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的一个方面，一种试油完井液，所述试油完井液包括油相、有机助剂、无机加重料以及任选的水相溶液，其中：
所述油相包括基础油、乳化剂、润湿剂和流型调节剂；
所述助剂包括碱度调节剂、亲有机改性粘土矿物、油溶性聚合物、降滤失剂、无机矿物封堵剂和无机矿物纤维。
本发明提供的试油完井液，该试油完井液包括油相、有机助剂、无机加重料以及任选的水相溶液，其中：所述油相包括基础油、乳化剂、润湿剂和流型调节剂；所述助剂包括碱度调节剂、亲有机改性粘土矿物、油溶性聚合物、降滤失剂、无机矿物封堵剂和无机矿物纤维。通过上述各原料的协同复配得到的试油完井液，具有优异的抑制性、抗温性、流变性和储层保护性能，能够充分适应高温深井环境下的应用，在180℃-220℃的温度下具有良好的沉降稳定性和流变性。
在本发明的一种优选实施方式中，所述水相溶液为氯化钙溶液；
优选地，所述氯化钙溶液的质量浓度为20～30wt％；
在本发明的一种优选实施方式中，所述试油完井液中油相和水相溶液的固液比为80～100：0～20。
在本发明的一种优选实施方式中，所述油相中基础油包括柴油、矿物油和超低芳烃含量的烃类基础油中的至少一种；
作为一种优选的实施方式，为适应不同环境要求，选用了柴油、矿物油和人工合成基础油等为油基/合成基试油完井液的基础油，其中柴油主要指0#柴油，矿物油主要指3#或5#白油，人工合成基础油主要指超低芳烃含量的烃类基础油，其中商业化产品主要有环保型溶剂油D80、埃克森美孚ESCAID 110/115、壳牌Saraline 185V等。
在本发明的一种优选实施方式中，所述乳化剂包括主乳化剂和辅乳化剂；
作为一种优选的实施方式，所述主乳化剂主要采用由中国石油集团渤海钻探工程有限公司泥浆技术服务分公司(以下简称渤海钻探泥浆公司)所生产的油基钻井液用主乳化剂聚酰胺BZ-OPE(HT),主要组分为聚合脂肪酸酰胺；
所述辅乳化剂主要采用渤海钻探泥浆公司所生产的油基钻井液用辅乳化剂聚酰胺基胺BZ-OSE(HT),主要组分为含有多个胺基的聚合脂肪酸酰胺基胺；
在本发明的一种优选实施方式中，所述润湿剂包括卵磷脂、马来酸酐改性烷醇酰胺或十八烷基季铵盐中的一种，优选为马来酸酐改性烷醇酰胺；
作为一种优选的实施方式，上述润湿剂具有较强润湿翻转能力，强化了加重材料和无机封堵材料的表面润湿性，避免高温条件下由于热解吸附造成基础油中具有亲水表面的加重材料和无机封堵材料的聚沉；
优选地，所述润湿剂主要采用渤海钻探泥浆公司所生产的油基钻井液用润湿剂聚合烷醇酰胺BZ-WET(HT),主要组分为马来酸酐改性烷醇酰胺。
在本发明的一种优选实施方式中，所述流型调节剂包括多聚脂肪酸、二聚脂酸/多元醇缩聚物或多酰胺脂肪酸中的一种，优选为多酰胺脂肪酸。
作为一种优选的实施方式，所述流型调节剂主要采用渤海钻探泥浆公司所发明的油基钻井液用流型调节剂聚合酰胺基脂肪酸BZ-MOD，主要组分为多元胺与混合多元脂肪酸(二元脂肪酸和三元脂肪酸)缩聚而成的多酰胺脂肪酸。
在本发明的一种优选实施方式中，所述助剂中碱度调节剂优选为氢氧化钙或氧化钙；
在本发明的一种优选实施方式中，所述亲有机改性粘土矿物为亲有机改性的硅酸镁锂；
作为一种优选的实施方式，上述亲有机改性粘土矿物：主要采用渤海钻探泥浆公司所使用的抗高温油基钻井液提粘剂亲有机改性硅酸镁锂BZ-CHT，主要组分为长碳链季铵盐阳离子表面活性剂改性的锂皂石；
在本发明的一种优选实施方式中，所述油溶性聚合物为聚(取代)苯乙烯-聚烯烃-聚(取代)苯乙烯的嵌段聚合物；
作为一种优选的实施方式，上述油溶性聚合物能够在基础油中形成微观的三维缔合结构，提高基础油的悬浮能力；
在本发明的一种优选实施方式中，所述降滤失剂为亲有机改性褐煤；
作为一种优选的实施方式，上述亲有机改性褐煤为硬质亲油胶体颗粒，避免了沥青类封堵降滤失类材料在高温条件下在烃类基础油中过度溶胀和颗粒粘结；
优选地，上述降滤失剂主要采用渤海钻探泥浆公司所使用的油基钻井液降滤失剂亲有机改性褐煤BZ-OFL，主要组分为长碳链脂肪胺改性的褐煤。
在本发明的一种优选实施方式中，所述无机矿物封堵剂为超细碳酸钙；
作为一种优选的实施方式，上述无机矿物封堵剂采用不同粒径的超细碳酸钙进行配合使用，能够达到对地层孔隙进行有效封堵，其中典型的使用比例为：600目：1250目：2000目＝1:1:1；
在本发明的一种优选实施方式中，所述无机矿物纤维为海泡石纤维。
作为一种优选的实施方式，上述无机矿物纤维在润湿剂的作用下，在试油完井液中形成物理的网架结构，提高试油完井液的沉降稳定性；
在本发明的一种优选实施方式中，所述无机加重料包括API重晶石、5000目超细硫酸钡和12000目超细硫酸钡中的至少一种。
作为一种优选的实施方式，上述无机加重料通过采用不同粒径配比的重晶石进行复合加重，强化了重晶石的自身悬浮稳定性和高密度试油完井液的流变性；
优选地，所述无机加重料包括API重晶石、5000目超细硫酸钡和12000目超细硫酸钡，其中，API重晶石占比为0～30％，5000目超细硫酸钡占比50％～100％，12000目超细硫酸钡占比0～50％。
在本发明的一种优选实施方式中，以基础油和氯化钙溶液总体积1立方米计，所述试油完井液包括：
主乳化剂30～50kg，辅乳化剂10～30kg，润湿剂5～30kg，亲有机改性粘土矿物30～70kg，降滤失剂30～70kg，流型调节剂为5～15kg，碱度调节剂30～50kg，油溶性聚合物5～20kg，无机矿物纤维为30～50kg，无机封堵剂为50～100kg。
根据本发明的一个方面，一种上述试油完井液的制备方法，所述制备方法包括：
将各原料混匀，制得试油完井液。
本发明提供的上述试油完井液的制备方法，所述制备方法包括将各原料混匀，制得试油完井液。上述制备方法具有制备工艺简单，易于操作的优势。
在本发明的一种优选实施方式中，所述制备方法包括：
(a)、将主乳化剂、辅乳化剂、润湿剂、流型调节剂加入基础油中搅拌混匀，得到油相；随后任选的将水相溶液加入油相中搅拌混匀，得到物料A；
(b)、将其它助剂材料和无机加重料依次加入到物料A中搅拌混匀，得到试油完井液。
在本发明的一种优选实施方式中，所述步骤(a)和步骤(b)中的搅拌混匀的搅拌速度为10700～11300rpm/min。
根据本发明的一个方面，一种上述试油完井液在高温深井环境下的应用；
本发明提供的试油完井液可以广泛应用于高温深井环境下的油气资源勘探开发。
优选地，所述高温深井环境的深度为8000～9500m，温度为180℃-220℃。
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行进一步地说明。
注：本申请实施例中各原料的选择如下：
主乳化剂：采用由中国石油集团渤海钻探工程有限公司泥浆技术服务分公司(以下简称渤海钻探泥浆公司)所生产的油基钻井液用主乳化剂聚酰胺BZ-OPE(HT)；
辅乳化剂：采用渤海钻探泥浆公司所生产的油基钻井液用辅乳化剂聚酰胺基胺BZ-OSE(HT)；
润湿剂：采用渤海钻探泥浆公司所生产的油基钻井液用润湿剂聚合烷醇酰胺BZ-WET(HT)；
亲有机改性粘土矿物：采用渤海钻探泥浆公司所使用的抗高温油基钻井液提粘剂亲有机改性硅酸镁锂BZ-CHT；
碱度调节剂：采用市售氢氧化钙或氧化钙；
油溶性聚合物：采用渤海钻探泥浆公司所使用的油基钻井液聚合物增稠剂聚烯烃衍生物BZ-PRM；
降滤失剂：采用渤海钻探泥浆公司所使用的油基钻井液降滤失剂亲有机改性褐煤BZ-OFL；
流型调节剂：采用渤海钻探泥浆公司所发明的油基钻井液用流型调节剂聚合酰胺基脂肪酸BZ-MOD；
无机矿物纤维：采用海泡石纤维，又称海泡石绒；
无机封堵剂：采用不同粒径的超细碳酸钙进行配合使用，能够达到对地层孔隙进行有效封堵，其中典型的使用比例为：600目：1250目：2000目＝1:1:1；
重晶石：采用市售的API重晶石、5000目超细硫酸钡、12000目超细硫酸钡。
实施例1～3
一种试油完井液，所述试油完井液包括：
所述试油完井液的制备方法如下：
(1)量取基础油，分别加入主乳化剂、辅乳化剂、润湿剂、流型调节剂，在11000±300RPM(转/分)搅拌5～10min；
(2)量取氯化钙溶液，缓慢加入到上述基础油中，在11000±300RPM(转/分)搅拌25～30min；
(3)加入碱度调节剂、亲有机改性粘土矿物，在11000±300RPM(转/分)搅拌10～15min；
(4)加入特殊结构油溶性聚合物，在11000±300RPM(转/分)搅拌10～15min；
(5)加入降滤失剂、无机矿物封堵剂，在11000±300RPM(转/分)搅拌10～15min；
(6)加入重晶石，在11000±300RPM(转/分)搅拌30～45min，制得试油完井液。
进一步的，为表明本申请制得的试油完井液具有优异的抑制性、抗温性、流变性和储层保护性能，特将上述实施例1～3制得的试油完井液进行性能检测，具体方法为：
将实施例1～3制得的试油完井液倒入高温老化罐，并注入约1.0MPa氮气，防止高温条件下水从乳状液中析出。根据地层温度和压力的一般变化趋势，分别将1.8g/cm3、2.4g/cm3、2.6g/cm3试油完井液样品置于180℃、200℃和220℃高温烘箱静置老化，老化至10天、15天，取出试油完井液样品，测试沉降状况，并高搅后测试性能，测试结果见下表：
实施例4、5
一种试油完井液，所述试油完井液包括：
所述试油完井液的制备方法同实施例1；
进一步的，为表明本申请制得的试油完井液具有优异的抑制性、抗温性、流变性和储层保护性能，特将上述实施例4、5制得的试油完井液进行性能检测，具体方法为：
将上述实施例4-实施例5，按照制备程序配制后，倒入高温老化罐，并注入约1.0MPa氮气，防止高温条件下水从乳状液中析出。根据地层温度和压力的一般变化趋势，分别将2.4g/cm3、2.6g/cm3试油完井液样品置于200℃和220℃高温烘箱静置老化，老化至10天、15天，取出试油完井液样品，测试沉降状况，并高搅后测试性能，测试结果见下表：
实施例6、7
一种试油完井液，所述试油完井液包括：
所述试油完井液的制备方法同实施例1；
进一步的，为表明本申请制得的试油完井液具有优异的抑制性、抗温性、流变性和储层保护性能，特将上述实施例6、7制得的试油完井液进行性能检测，具体方法为：
将上述实施例6、7按照制备程序配制后，倒入高温老化罐，并注入约1.0MPa氮气，防止高温条件下水从乳状液中析出。根据地层温度和压力的一般变化趋势，分别将2.4g/cm3、2.6g/cm3试油完井液样品置于200℃和220℃高温烘箱静置老化，老化至10天、15天，取出试油完井液样品，测试沉降状况，并高搅后测试性能，测试结果见下表：
从实施例1-实施例7测试结果可以看出，本发明提供的密度为1.8～2.6g/cm3的高温高密度油基/合成基试油完井液在180℃-220℃温度条件下，静置10-15天，均可保持较好的性能，且沉降稳定性较好，能够满足深井超深井的试油完井作业。不同基础油之间由于组分差别较大，人工合成基础油ESCAID110具有更低的运动粘度，在同样组成和密度下，流变性更低。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种试油完井液，其特征在于，所述试油完井液包括油相、有机助剂、无机加重料以及任选的水相溶液，其中：
所述油相包括基础油、乳化剂、润湿剂和流型调节剂；
所述助剂包括碱度调节剂、亲有机改性粘土矿物、油溶性聚合物、降滤失剂、无机矿物封堵剂和无机矿物纤维。
2.根据权利要求1所述的试油完井液，其特征在于，所述水相溶液为氯化钙溶液；
优选地，所述氯化钙溶液的质量浓度为20～30wt％；
优选地，所述试油完井液中油相和水相溶液的固液比为80～100：0～20。
3.根据权利要求1所述的试油完井液，其特征在于，所述油相中基础油包括柴油、矿物油和超低芳烃含量的烃类基础油中的至少一种；
优选地，所述乳化剂包括主乳化剂和辅乳化剂；
更优选地，所述主乳化剂为聚合脂肪酸酰胺；所述辅乳化剂为含有多个胺基的聚合脂肪酸酰胺基胺；
优选地，所述润湿剂包括卵磷脂、马来酸酐改性烷醇酰胺或十八烷基季铵盐中的一种，优选为马来酸酐改性烷醇酰胺；
优选地，所述流型调节剂包括多聚脂肪酸、二聚脂酸/多元醇缩聚物或多酰胺脂肪酸中的一种，优选为多酰胺脂肪酸。
4.根据权利要求1所述的试油完井液，其特征在于，所述助剂中碱度调节剂优选为氢氧化钙或氧化钙；
优选地，所述亲有机改性粘土矿物为亲有机改性的硅酸镁锂；
优选地，所述油溶性聚合物为聚(取代)苯乙烯-聚烯烃-聚(取代)苯乙烯的嵌段聚合物；
优选地，所述降滤失剂为亲有机改性褐煤；
优选地，所述无机矿物封堵剂为超细碳酸钙；
优选地，所述无机矿物纤维为海泡石纤维。
5.根据权利要求1所述的试油完井液，其特征在于，所述无机加重料包括API重晶石、5000目超细硫酸钡和12000目超细硫酸钡中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的试油完井液，其特征在于，以基础油和氯化钙溶液总体积1立方米计，所述试油完井液包括：
主乳化剂30～50kg，辅乳化剂10～30kg，润湿剂5～30kg，亲有机改性粘土矿物30～70kg，降滤失剂30～70kg，流型调节剂为5～15kg，碱度调节剂30～50kg，油溶性聚合物5～20kg，无机矿物纤维为30～50kg，无机封堵剂为50～100kg。
7.一种根据权利要求1～6任一项所述的试油完井液的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将各原料混匀，制得试油完井液。
8.根据权利要求7所述的试油完井液的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
(a)、将主乳化剂、辅乳化剂、润湿剂、流型调节剂加入基础油中搅拌混匀，得到油相；随后任选的将水相溶液加入油相中搅拌混匀，得到物料A；
(b)、将助剂和无机加重料依次加入到物料A中搅拌混匀，得到试油完井液。
9.根据权利要求8所述的试油完井液的制备方法，其特征在于，所述步骤(a)和步骤(b)中的搅拌混匀的搅拌速度为10700～11300rpm/min。
10.一种根据权利要求1～6任一项所述的试油完井液在高温深井环境下的应用；
优选地，所述高温深井环境的深度为8000～9500m，温度为180℃-220℃。
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