CN116396736A - 一种固井用油基泥浆高效冲洗剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固井用油基泥浆高效冲洗剂及其制备方法，包含聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯(TW‑80)、壬基酚聚氧乙烯醚(TX‑10)、烷基酚聚氧乙烯醚(OP‑10)、阴离子乳化剂、渗透剂、络合剂、互溶剂、助溶剂、酰胺类聚合物和水。该冲洗剂为无色透明液体，可与水以任意比例互溶。本发明中的冲洗剂具有冲洗和稀释分散作用，能快速高效地清洗驱替各类钻井液，可解除水泥浆与钻井液的接触污染问题，对环空界面有很好的渗透和清洗效果。本发明制备方法简单、材料成本低廉、易于实现工业化批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及油田化学及油气井固井技术领域，尤其涉及一种固井用油基泥浆高效冲洗剂及其制备方法。用于石油、天然气钻井固井过程中清洗各类油井采油管道，降低施工风险，提高固井质量。
背景技术
在钻井过程中，钻井液可以从钻孔中带出岩屑，减少钻杆与井眼间的摩擦力，维持井眼稳定和地层压力平衡。然而，随着一些深井、超深井等复杂井的出现，传统的水基钻井液已然满足不了需求，需要钻井液具有更强的润滑能力和储层保护性，且具有优异的抗高温能力和页岩抑制性。
油基钻井液具有良好的乳化稳定性、优异的润湿能力、较高的页岩抑制性和卓越的抗污染能力等，对特殊复杂井的固井操作非常有利。在目前的油气井勘探过程中，采用油基、仿油基、油包水乳化钻井液进行作业的事例越来越多，其油基钻井液的油相主要有柴油、白油和合成有机物等，起到提速、垮塌和保护油气层的作用。然而这种方法又给钻井液与固井水泥环之间的界面胶结以及与水泥浆的相容性提出了挑战，严重影响到了固井质量和后期的开发。
一些国外的石油公司主要还是在隔离液体系中加入能使油基泥浆润湿反转的表面活性剂来进行作业，重点关注隔离液与油基泥浆的相容性以及表面活性剂对油基泥浆润湿反转的特性，如斯伦贝谢的D607和贝克休斯的S-5等。国内针对油基钻井液的冲洗剂产品品种单一、可选性差，冲洗效率低、高温稳定性不理想等。
专利CN 1405265A公开了一种由十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、油酸、氢氧化钠、乙二胺四乙酸和水构成的油基泥浆冲洗液，该冲洗液能够隔开钻井液与水泥浆，与钻井液的相容性好，但其实际冲洗效果一般，无法满足要求。专利CN103849364B公开了一种由黄原胶、羟乙基纤维素、黄原胶、聚乙烯吡咯烷酮、多聚磷酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、水和固相颗粒等组成的油基钻井液固井用冲洗液，该冲洗液利用六速旋转粘度计外筒在油基泥浆中搅拌浸泡，然后冲洗3～10min来评价冲洗效率，其冲洗效果一般，冲洗时间较长。
目前，大部分油基泥浆冲洗剂主要包括水和表面活性剂，虽然有些加入了螯合剂、盐水、聚合物等，但整个冲洗剂仍为水基状态，对油基泥浆的冲洗效果有限，在井壁和套管壁会产生油基泥饼使井壁和套管壁与水泥浆之间不胶结，导致水泥环界面胶结性能较差，严重影响固井质量。1)目前常用冲洗剂不同时具备冲洗、稀释功能，存在水泥浆与油基钻井液的接触污染问题；2)目前常用冲洗剂在固井作业中流体界面胶结质量差；3)目前常用冲洗剂冲洗效率较低；4)与水泥浆的配伍性较差。因此，开发出一种综合性能良好、且适用于工业生产应用的固井用油基泥浆高效冲洗剂将变的十分有意义。
发明内容
本发明的目的是要提供一种固井用油基泥浆高效冲洗剂及其制备方法。该方法操作简单、成本低廉、易于实现工业化批量生产。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
本发明一种固井用油基泥浆高效冲洗剂，按重量份，包括聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯(TW-80)1～5份，壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)2～10份，烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)1～5份，阴离子乳化剂4～10份，渗透剂0.5～5份，络合剂1～5份，互溶剂5～30份，助溶剂2～20份，酰胺类聚合物0.5～5份，水30～80份。
进一步，所述阴离子乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钾中的一种或两种。所述渗透剂为JFC系列、低泡渗透剂SF、快速渗透剂T、耐碱渗透剂OEP-70、耐碱渗透剂AEP、渗透剂OE-35、超强渗透剂JFC-E中的一种或多种。所述络合剂为三聚磷酸钠、多聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、氮川三乙酸钠、二乙撑三胺五乙酸、氨基三亚甲基膦酸、双硫腙、8-羟基喹啉、邻菲咯啉、酒石酸钾钠、柠檬酸铵中的一种或多种。所述互溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、正戊醇、1-己醇、1-辛醇、1-癸醇、异戊醇、2-甲基-1-丙醇、2-丁醇、2-甲基-2-丙醇、环戊醇、环己醇、苯甲醇、乙二醇、丙三醇、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、二缩乙二醇单丁醚、丙酮中的一种或多种。所述助溶剂为戊烯、二戊烯、2,4-己二烯、2-己烯、环丙烯、1,3-环戊二烯、双戊烯、环戊烯、异戊二烯、戊二烯、异戊烯中的一种或多种。所述酰胺类聚合物为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)、衣康酸(IA)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、丙烯酸(AA)中的一种或多种聚合而成。
本发明所述固井用油基泥浆高效冲洗剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：按照组成配方比例称取各组分，备用；
S2：向反应釜中加入水和络合剂，搅拌使其完全溶解，再向反应釜中依次加入酰胺类聚合物、壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)、聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯(TW-80)、烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、阴离子乳化剂和渗透剂，搅拌使其分散均匀；
S3：待步骤S2反应釜内溶液分散均匀后，再向反应釜中加入互溶剂和助溶剂，搅拌2～4h，得到无色透明溶液，即获得固井用油基泥浆高效冲洗剂。
本发明的有益效果是：
本发明是一种固井用油基泥浆高效冲洗剂及其制备方法，与现有技术相比，本发明同时引入TW-80、TX-10、OP-10和阴离子乳化剂，在协同作用下可有效洗涤油基泥浆，又因其优良的乳化、分散及去污能力，可有效乳化油膜和残油。络合剂的加入可使冲洗剂中的聚合物络合高价金属离子，形成稳定的络合物，对污垢产生抗凝聚和分散作用，防止污垢再沉积，同时也避免了金属离子对表面活性剂及乳化剂活性的影响，从而提高油基泥浆冲洗剂的冲洗效果。渗透剂因其优良的渗透、乳化、分散和洗涤性能，可进一步提高冲洗剂对油基泥浆的冲洗效果。酰胺类聚合物具有较高的分子量，其水溶液有较大的粘度，利于对油浆的顶替，可进一步提高对油浆和油膜的拖拽作用。而互溶剂和助溶剂的引入，可使油、水相相互溶解，提高冲洗剂组分、钻井液和水泥浆体系的相容性，使冲洗剂对各类钻井液均具有良好的冲刷、渗透和清洗作用，对污染胶凝物均有显著的稀释分散作用，提高流体界面胶结质量和冲洗效率，保证固井施工质量。
本发明固井用油基泥浆高效冲洗剂与现有的常用冲洗剂相比，其体系稳定、添加量小，可清洗驱替各类钻井液，冲洗效率均在95％以上，同时具备冲洗、稀释功能，能很好解决水泥浆与油基钻井液接触污染以及固井作业中流体界面胶结质量差的问题，且与水泥浆、油基泥浆的流变相容性都非常好。
本发明固井用油基泥浆高效冲洗剂采用物理共混的方法制备而成，该方法操作简单、安全环保、成本低廉，适于工业化大规模的批量生产。
附图说明
图1是冲洗前外转筒表面附着现场油基泥浆的照片；
图2是本发明实施例3中固井用油基泥浆高效冲洗剂按占水质量分数为15％添加冲洗后的照片；
图3是本发明实施例3中固井用油基泥浆高效冲洗剂按占水质量分数为10％添加冲洗后的照片；
图4是清水冲洗后的照片。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
固井用油基泥浆高效冲洗剂的制备：
实施例1：
按重量份称取以下各组分，备用：
聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯(TW-80)1份，壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)2份，烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)1份，脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钾4份，快速渗透剂T 0.5份，柠檬酸铵1份，丙醇8份，戊烯2份，酰胺类聚合物0.5份，水80份。
向反应釜中加入水和柠檬酸铵，搅拌使其完全溶解，再向反应釜中依次加入酰胺类聚合物、壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)、聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯(TW-80)、烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钾和快速渗透剂，搅拌使其分散均匀。待釜内溶液分散均匀后，再向反应釜中加入丙醇和戊烯，搅拌3h，得到无色透明溶液，即获得固井用油基泥浆高效冲洗剂。
实施例2：
按重量份称取以下各组分，备用：
聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯(TW-80)2份，壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)4份，烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)2份，脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯5份，超强渗透剂JFC-E 1份，多聚磷酸钠2份，异戊醇12份，环丙烯5份，酰胺类聚合物1份，水66份。
向反应釜中加入水和多聚磷酸钠，搅拌使其完全溶解，再向反应釜中依次加入酰胺类聚合物、壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)、聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯(TW-80)、烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯和超强渗透剂JFC-E，搅拌使其分散均匀。待釜内溶液分散均匀后，再向反应釜中加入异戊醇和环丙烯，搅拌3h，得到无色透明溶液，即获得固井用油基泥浆高效冲洗剂。
实施例3
按重量份称取以下各组分，备用：
聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯(TW-80)3份，壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)6份，烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)3份，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠6份，JFC系列渗透剂2份，三聚磷酸钠3份，正戊醇15份，双戊烯8份，酰胺类聚合物2份，水52份。
向反应釜中加入水和三聚磷酸钠，搅拌使其完全溶解，再向反应釜中依次加入酰胺类聚合物、壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)、聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯(TW-80)、烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和JFC系列渗透剂，搅拌使其分散均匀。待釜内溶液分散均匀后，再向反应釜中加入正戊醇和双戊烯，搅拌3h，得到无色透明溶液，即获得固井用油基泥浆高效冲洗剂。
实施例4：
按重量份称取以下各组分，备用：
聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯(TW-80)4份，壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)8份，烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)4份，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠8份，JFC系列渗透剂3份，三聚磷酸钠4份，正戊醇20份，双戊烯12份，酰胺类聚合物3份，水34份。
向反应釜中加入水和三聚磷酸钠，搅拌使其完全溶解，再向反应釜中依次加入酰胺类聚合物、壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)、聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯(TW-80)、烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和JFC系列渗透剂，搅拌使其分散均匀。待釜内溶液分散均匀后，再向反应釜中加入正戊醇和双戊烯，搅拌3h，得到无色透明溶液，即获得固井用油基泥浆高效冲洗剂。
实施例5：
按重量份称取以下各组分，备用：
聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯(TW-80)3份，壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)6份，烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)3份，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠8份，JFC系列渗透剂2份，三聚磷酸钠3份，乙二醇单甲醚10份，戊二烯12份，酰胺类聚合物3份，水50份。
向反应釜中加入水和三聚磷酸钠，搅拌使其完全溶解，再向反应釜中依次加入酰胺类聚合物、壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)、聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯(TW-80)、烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和JFC系列渗透剂，搅拌使其分散均匀。待釜内溶液分散均匀后，再向反应釜中加入乙二醇单甲醚和戊二烯，搅拌3h，得到无色透明溶液，即获得固井用油基泥浆高效冲洗剂。
固井用油基泥浆高效冲洗剂的性能评价：
根据GB/T19139-2012“油井水泥试验方法”配制冲洗液，并对其进行油基泥浆冲洗效率的测试、与水泥浆和油基泥浆流变相容性的测试。具体评价结果如下：
表1为实施例试样对油基泥浆冲洗效率的评价结果(加量为占水质量分数的15％)：
表1
实验数据表明，该冲洗剂对油基泥浆的冲洗效果显著，冲洗效率均达95％以上。
表2为实施例3中所得固井用油基泥浆高效冲洗剂对油基泥浆进行不同加量的冲洗效率评价(加量分别为占水质量分数的15％、10％、0％)，其数据如下：
表2
从上表数据可以看出，随着该冲洗剂加量的减少，其对油基泥浆的冲洗效率也随之下降，15％加量时冲洗效率最佳。
表3为油基泥浆冲洗液体系与油基泥浆的流变相容性评价，该冲洗液体系是利用实施例3中所得固井用油基泥浆高效冲洗剂配制而成，结果如下：
表3
表4为油基泥浆冲洗液体系与水泥浆的流变相容性评价，该冲洗液体系是利用实施例3中所得固井用油基泥浆高效冲洗剂配制而成，结果如下：
表4
从表3-4可以看出，该油基泥浆冲洗液与油基泥浆、水泥浆的流变相容性数据R＜0，说明其相容性非常好。
如图1-4所示：为说明本发明冲洗剂的性能，对制备的产品分别进行了油基泥浆冲洗效率的测试、与水泥浆和油基泥浆流变相容性的测试。(图2中固井用油基泥浆高效冲洗剂按占水质量分数为15％添加；图3中固井用油基泥浆高效冲洗剂按占水质量分数为10％添加)
1、油基泥浆冲洗效率的测试：
(1)首先去掉六速旋转黏度仪内转子和外转筒，称取外转筒的质量为W(g)；(2)将外转筒刻度线以下用毛刷均匀涂抹现场泥浆，称取挂有现场泥浆的六速旋转黏度仪外转筒(以下称为试样外转筒)，质量为W1(g)；(3)将外转筒缓慢安在六速旋转黏度仪上，按要求浓度配制好的冲洗液倒在六速旋转黏度仪样品杯中(冲洗液预热至38～40℃)，启动六速旋转黏度仪将转速控制为300r/min，旋转冲洗时间为5min，再用清水清洗1min；(4)冲洗结束后停止旋转，移走样品杯，缓慢放下试样外转筒，肉眼观察，若转子表面没有现场泥浆，则冲洗效率为100％，若转子表面有现场泥浆则沥干后，称其质量为W2(g)，其冲洗效率为:
式中：η为冲洗效率；W1为冲洗前现场泥浆和外转筒的总质量；W2为冲洗后现场泥浆和外转筒的总质量；W为外转筒的净质量。
2、流变相容性的测试：
根据GB/T 19139-2012“油井水泥试验方法”在90℃下测试，并计算R值。将经过冲洗效率的冲洗液配方与油基泥浆、水泥浆分别以0/100、5/95、25/75、50/50、75/25、95/5、100/0的比例混合，用六速旋转粘度计测定其流变读数，用不同比例混合液(油基泥浆/油基泥浆冲洗液体系或水泥浆/油基泥浆冲洗液体系)300转流变读数减去纯液(油基泥浆冲洗液体系、油基泥浆或水泥浆)中300转流变读数较大一组的数值，则该差值在本发明中被定义为R值。
其中，若R≤0，表示相容性非常好；若0＜R＜40，表示轻度不相容；若40≤R＜70，表示不相容；若R≥70，表示极其不相容。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种固井用油基泥浆高效冲洗剂，其特征在于：按重量份，包括聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯(TW-80)1～5份，壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)2～10份，烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)1～5份，阴离子乳化剂4～10份，渗透剂0.5～5份，络合剂1～5份，互溶剂5～30份，助溶剂2～20份，酰胺类聚合物0.5～5份，水30～80份。
2.根据权利要求1所述的固井用油基泥浆高效冲洗剂，其特征在于：所述阴离子乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钾中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的固井用油基泥浆高效冲洗剂，其特征在于：所述渗透剂为JFC系列、低泡渗透剂SF、快速渗透剂T、耐碱渗透剂OEP-70、耐碱渗透剂AEP、渗透剂OE-35、超强渗透剂JFC-E中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的固井用油基泥浆高效冲洗剂，其特征在于：所述络合剂为三聚磷酸钠、多聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、氮川三乙酸钠、二乙撑三胺五乙酸、氨基三亚甲基膦酸、双硫腙、8-羟基喹啉、邻菲咯啉、酒石酸钾钠、柠檬酸铵中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的固井用油基泥浆高效冲洗剂，其特征在于：所述互溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、正戊醇、1-己醇、1-辛醇、1-癸醇、异戊醇、2-甲基-1-丙醇、2-丁醇、2-甲基-2-丙醇、环戊醇、环己醇、苯甲醇、乙二醇、丙三醇、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、二缩乙二醇单丁醚、丙酮中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的固井用油基泥浆高效冲洗剂，其特征在于：所述助溶剂为戊烯、二戊烯、2,4-己二烯、2-己烯、环丙烯、1,3-环戊二烯、双戊烯、环戊烯、异戊二烯、戊二烯、异戊烯中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的固井用油基泥浆高效冲洗剂，其特征在于：所述酰胺类聚合物为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)、衣康酸(IA)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、丙烯酸(AA)中的一种或多种聚合而成。
8.一种如权利要求1所述固井用油基泥浆高效冲洗剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按照组成配方比例称取各组分，备用；
S2：向反应釜中加入水和络合剂，搅拌使其完全溶解，再向反应釜中依次加入酰胺类聚合物、壬基酚聚氧乙烯醚(TX-10)、聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯(TW-80)、烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、阴离子乳化剂和渗透剂，搅拌使其分散均匀；
S3：待步骤S2反应釜内溶液分散均匀后，再向反应釜中加入互溶剂和助溶剂，搅拌2～4h，得到无色透明溶液，即获得固井用油基泥浆高效冲洗剂。
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