CN116589991B - 高密度卤水完井液体系盐重结晶抑制剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高密度卤水完井液体系盐重结晶抑制剂及其制备方法，涉及油田化学技术领域，盐重结晶抑制剂包括：聚乙二醇、丙三醇、乙二胺四乙酸钠盐、聚丙烯酸钠、次氮基三乙酸、聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸、水，其制备方法为：在60℃条件下，在水中加入聚乙二醇、聚丙烯酸钠、丙三醇、乙二胺四乙酸钠盐、次氮基三乙酸充分搅拌，之后升温至80℃，分别加入聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸，并充分搅拌，收集产物于密闭环境下蒸干浓缩、结晶后得到所述盐重结晶抑制剂；本发明中的盐重结晶抑制剂，能够有效的抑制饱和卤水被外来盐水污染以及长期处于高温高压高矿化度时盐的重结晶生成，且具备塑性粘度和动切力，可降低完井液增粘剂等处理剂加量。

Description

高密度卤水完井液体系盐重结晶抑制剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及油田化学技术领域，具体涉及一种用于高密度卤水完井液体系盐重结晶抑制剂及其制备方法。

背景技术

随着全球经济迅猛的发展和工业化进程的加速，各国对于石油资源的需求与日俱增，但是新增的探明储量多来源于深部地层，而浅中层常规油气资源勘探开发也进入中后期阶段，所以油气钻探技术向深部发展是一种必然的趋势，深井超深井是未来勘探开发的重点。深井超深井普遍存在地层压力系统复杂、地层结构复杂以及地层流体复杂等工程地质特征，导致在钻完井作业过程中容易遇到高温高压、井眼失稳、钻速低、井控安全以及储层损害等问题。完井液作为钻井、完井过程中直接与地层、地层流体和井下设备工具接触的流体，是提高采收率、降低钻探成本和缩短工期的关键。而常规盐水完井液（含固相）在长期处于深井超深井井下复杂环境时，固相颗粒沉降堵塞油气通道问题严重，特别是钻遇大段岩盐层、盐膏层、高压盐水层或盐膏与泥页岩互层时，高温高压高矿化度易导致完井液性能失效。

目前常规盐水完井液加重使用的无机盐通常包括钠、钾、钙、镁和锌的氯化物盐和溴化物盐，其中溴化锌的饱和溶液密度最大可达2.598g/cm³，但考虑到溴化锌的强腐蚀性、高经济成本以及环境不友好等问题，未能市场化大面积推广应用。而钠、钾、钙的氯化盐饱和溶液密度较低，难以满足深井超深井完井需求。有机盐通常包括甲酸钠、甲酸钾和甲酸铯，其中甲酸铯的饱和溶液密度最大，达到2.367g/cm³，虽然甲酸盐具有良好的耐酸耐盐耐高温的性能，但其价格昂贵，高经济成本严重限制了其在高温高压深井超深井钻完井中的应用。

然而不同卤化盐之间通过简单物理混溶复配无法改变卤水的饱和密度上限值和实际结晶温度，甚至可能导致卤水完井液在钻遇高矿化度盐水层时，外来高矿化度盐水中Ca²⁺、Mg²⁺、CO₃ ^2-以及SO₄ ^2-等离子对卤水的污染，盐的重结晶析出以及部分不溶盐的产生更容易发生。现有常用的无机盐、有机盐的单一或复配饱和/欠饱和盐水完井液在深井超深井复杂作业条件下性能难调控，现场应用效果并不理想。

发明内容

鉴于此，为解决现有技术条件的不足，本发明提供了一种高密度卤水完井液体系盐重结晶抑制剂及其制备方法，其中，高密度卤水完井液体系盐重结晶抑制剂可显著降低卤水的实际结晶温度，抑制盐重结晶析出。

本发明还提供了一种含有本发明所述的盐重结晶抑制剂的无固相高密度卤水完井液，操作简便，完井液性能稳定可靠。

本发明公开的一种高密度卤水完井液体系盐重结晶抑制剂，以重量份数计，包括以下组分：

聚乙二醇 10~15

丙三醇 10~15

乙二胺四乙酸钠盐 2~8.2

聚丙烯酸钠 10~15

次氮基三乙酸 0.1~0.6

聚天冬氨酸 0.1~0.5

聚环氧琥珀酸 0.1~0.2

水 100。

进一步的，所述乙二胺四乙酸钠盐为乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠中的一种或多种组合。

进一步的，所述聚乙二醇的分子量为200~400之间，聚丙烯酸钠分子量为1900~4000。

进一步的，所述聚天冬氨酸的分子量为2000~5000之间，聚环氧琥珀酸分子量为800~1000。

同时，本发明还公开了所述的盐重结晶抑制剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：取水加热至60℃~80℃，分别加入聚乙二醇、聚丙烯酸钠、丙三醇，以3000~6000r/min转速充分搅拌10~15min；

步骤S2：然后向所得溶液中加入乙二胺四乙酸钠盐和次氮基三乙酸，在3000~6000r/min转速下充分搅拌15~20min；

步骤S3：之后将溶液升温至80℃~90℃，再分别加入聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸，并以6000~8000r/min转速充分搅拌15~30min；

步骤S4：收集产物于密闭环境下蒸干浓缩、结晶后得到所述盐重结晶抑制剂。

此外，本发明还提出了一种采用所述盐重结晶抑制剂的高密度卤水完井液体系，按重量份数计，包括以下组分：

多元复合卤化盐 150~350

盐重结晶抑制剂 0.1~0.3

pH调节剂 0.1~0.5

降滤失剂 0.3~1.0

水 100。

进一步的，所述多元复合卤化盐为氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化铵、醋酸钠、醋酸钙、氨基磺酸钠、氨基磺酸钙、甲酸钾和甲酸钠任意三种或三种以上组合。

进一步的，所述降滤失剂为黄原胶、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中的一种或多种组合。

本发明的技术效果在于：

1、本发明的一种用于高密度卤水完井液的盐重结晶抑制剂，能够添加运用到钻完井液高密度卤水中充当盐结晶抑制剂，显著降低卤水实际结晶温度至-40℃甚至更低，有效的抑制饱和卤水被外来盐水污染以及长期处于高温高压高矿化度等复杂工作环境时盐的重结晶。

2、本发明的盐重结晶抑制剂允许制备钠或钙的卤化盐的过饱和密度清洁卤水，与常规单一卤化盐卤水相比，降低卤水中盐重结晶析出温度的同时，增加卤化盐在水中的溶解度，具有更大的饱和密度，密度可调范围广，最大可达2.0g/cm³，且具备一定的塑性粘度和动切力，可降低高密度卤水完井液增粘剂等处理剂加量。

3、本发明的含有盐重结晶抑制剂的高密度卤水相比于同密度段的钙或锌的氯化盐和溴化盐及其混配溶液，对N80钢材的腐蚀速率更低，不需要额外加入缓蚀剂，节约成本。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此，其中，下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；其所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1：本实施例中制备的是用于高密度卤水完井液的盐重结晶抑制剂，其制备过程如下：

量取100mL水，加热至60℃，加入10g分子量400的聚乙二醇、10g分子量1900聚丙烯酸钠和12g丙三醇，在3000r/min转速下充分搅拌10min，然后向溶液中加入3g乙二胺四乙酸四钠和0.2g次氮基三乙酸，在3000r/min转速下充分搅拌15min，接着将溶液升温至80℃，再加入0.5g分子量3000的聚天冬氨酸和0.2g分子量800的聚环氧琥珀酸，在6000r/min转速下充分搅拌15min，最后将所得溶液在密闭环境下蒸干浓缩结晶得到盐重结晶抑制剂。

实施例2：本实施例中制备的是用于高密度卤水完井液的盐重结晶抑制剂，其制备过程如下：

量取100mL水，加热至60℃，加入12g分子量400的聚乙二醇、13g分子量1900聚丙烯酸钠和15g丙三醇，在3000r/min转速下充分搅拌10min，然后向溶液中加入5g乙二胺四乙酸二钠和0.5g次氮基三乙酸，在3000r/min转速下充分搅拌15min，接着将溶液升温至80℃，再加入0.3g分子量3000的聚天冬氨酸和0.1g分子量800的聚环氧琥珀酸，在6000r/min转速下充分搅拌15min，最后将所得溶液在密闭环境下蒸干浓缩结晶得到盐重结晶抑制剂。

实施例3：本实施例中制备的是采用所述盐重结晶抑制剂的高密度卤水完井液体系，其制备过程如下：

取100mL水，加入0.15g实施例1中制得的盐重结晶抑制剂，在3000r/min转速下充分搅拌20min，然后加入200g由氯化钠、氯化铵、醋酸钙、氨基磺酸钠和甲酸钾以重量份数比1:1:4:5:1的比例组成的多元复合卤化盐，并在3000r/min转速下充分搅拌20min，得到高密度卤水1，接着向溶液中加入1g由黄原胶、羧甲基纤维素和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸以重量份数比2:1:1组成的降滤失剂，在11000r/min转速下充分搅拌30min，最后加入0.2g由氢氧化钠、赖氨酸和组氨酸以重量份数比2:1:3组成的pH调节剂，之后在11000r/min转速下充分搅拌10min，得到含有本发明的盐重结晶抑制剂的无固相高密度卤水完井液。

实施例4：本实施例中制备的是采用所述盐重结晶抑制剂的高密度卤水完井液体系，其制备过程如下：

取100mL水，加入0.3g实施例2中制得的盐重结晶抑制剂，在3000r/min转速下充分搅拌20min，然后加入338g由氯化钙、氯化铵、醋酸钙、氨基磺酸钙和甲酸钠以重量份数比2:1:2:6:1的比例组成的多元复合卤化盐，并在3000r/min转速下充分搅拌20min，得到高密度卤水2，接着向溶液中加入0.3g由黄原胶、羟乙基纤维素和聚丙烯酰胺以重量份数比2:1:2组成的降滤失剂，在11000r/min转速下充分搅拌30min，最后加入0.5g由氧化钙、精氨酸和组氨酸以重量份数比1:1:3组成的pH调节剂，之后在11000r/min转速下充分搅拌10min，得到含有本发明的盐重结晶抑制剂的无固相高密度卤水完井液。

对比例1

本对比例中制备的是用于高密度卤水完井液的盐重结晶抑制剂，对比例1的原料用量和制备步骤与实施例1基本相同，其区别在于，对比例1中移除了聚天冬氨酸和聚环氧琥珀酸，其余步骤和原料用量与实施例均相同。

对比例2

本对比例中制备的是用于高密度卤水完井液的盐重结晶抑制剂，对比例2的原料用量和制备步骤与实施例2基本相同，其区别在于，对比例2中移除了聚天冬氨酸和聚环氧琥珀酸，其余步骤和原料用量与实施例均相同。

为进一步地说明产品效果，下面将结合实施例对本发明中的产品性能进行评价。

一、盐重结晶抑制剂结晶抑制性能评价

将实施例1、2和对比例1、2中的盐重结晶抑制剂按质量比0.3%加入到质量浓度20%的氯化钙溶液中，测定加入盐重结晶抑制剂前后实际结晶温度（TCT），其结果如表1所示。

表1 质量浓度20%的氯化钙溶液加入盐重结晶抑制剂前后实际结晶温度(TCT)测试数据

将实施例1、2和对照例1、2中的盐重结晶抑制剂按质量比0.8%加入到质量浓度61.5%的溴化钙溶液中，测定加入盐重结晶抑制剂前后实际结晶温度(TCT)，实验结果如表2所示。

表2 质量浓度61.5%的溴化钙溶液加入盐重结晶抑制剂前后实际结晶温度(TCT)测试数据

从表1、表2中的盐重结晶抑制剂的性能参数评价实验结果可以看到，相对于未使用上述原料的对比例1、2的结果，本发明中采用聚天冬氨酸和聚环氧琥珀酸作为原料的盐重结晶抑制剂能够显著降低氯化钙和溴化钙的实际结晶温度，其盐重结晶抑制性能的原因主要是聚天冬氨酸和聚环氧琥珀酸侧链含有羟基和羧基官能团，能够与钙离子形成溶于水的稳定螯合物，聚天冬氨酸和聚环氧琥珀酸电离形成的带负电的离子，吸附在晶格扭折位置使得晶格发生畸变的同时还能包裹在微静晶核表面结合形成双电子层，晶核之间静电排斥起到分散作用，影响晶体的生长，从而有效抑制盐晶体析出。

二、高密度卤水完井液体系性能评价

对实施例3和实施例4所得的无固相高密度完井液分别进行API滤失量、高温高压API滤失量、pH和实际结晶温度(TCT)测试以及200℃热滚16小时前后的粘度、切力测试，其实验结果分别如表3和表4所示。

表3 实施例3、4中无固相高密度卤水完井液API滤失量、高温高压API滤失量、pH和实际结晶温度(TCT)测试数据

表4 实施例3、4中无固相高密度卤水完井液200℃热滚16小时前后的粘度、切力测试数据

由表3、表4的结果可以看到，本发明的盐重结晶抑制剂能够显著降低卤水的实际结晶温度，且不受高温的影响。无固相高密度卤水完井液体系在高温老化后，各项参数保持率均十分良好，具有较好的流变性能，较低的滤失性能和稳定的pH值。

三、高密度卤水完井液体系腐蚀性能评价

为了对比评价含有本发明的盐重结晶抑制剂的高密度卤水的腐蚀性，将实施例3、4配制的无固相高密度卤水完井液体系和单一或复配的钙锌的氯化盐溴化盐在温度为150℃，N₂氛围加压6.9MPa下，样片钢材选择N80，进行7天高温加压动态腐蚀实验，实验结果如表5所示。

表5 实施例3、4配制的无固相高密度卤水和单一或复配的钙锌的氯盐溴盐在上述实验条件下的高温加压动态腐蚀数据

根据表5中的结果可以看到，实施例3、4中的无固相高密度卤水对比同密度钙或锌的氯化盐溴化盐，对于N80钢材具有更低的腐蚀率，远低于油田标准0.076mm/a，抗腐蚀能力较强。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该参照权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种高密度卤水完井液体系盐重结晶抑制剂，其特征在于，以重量份数计，包括以下组分：

聚乙二醇 10~15

丙三醇 10~15

乙二胺四乙酸钠盐 2~8.2

聚丙烯酸钠 10~15

次氮基三乙酸 0.1~0.6

聚天冬胺酸 0.1~0.5

聚环氧琥珀酸 0.1~0.2

水 100；

其中，聚乙二醇的分子量为200~400之间，聚丙烯酸钠分子量为1900~4000，聚天冬胺酸的分子量为2000~5000之间，聚环氧琥珀酸分子量为800~1000。

2.根据权利要求1所述的一种高密度卤水完井液体系盐重结晶抑制剂，其特征在于：所述乙二胺四乙酸钠盐为乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠中的一种或多种组合。

3.如权利要求1、2任一所述的盐重结晶抑制剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：取水加热至60℃~80℃，分别加入聚乙二醇、聚丙烯酸钠、丙三醇，以3000~6000r/min转速充分搅拌10~15min；

步骤S2：然后向所得溶液中加入乙二胺四乙酸钠盐和次氮基三乙酸，在3000~6000r/min转速下充分搅拌15~20min；

步骤S3：之后将溶液升温至80℃~90℃，再分别加入聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸，并以6000~8000r/min转速充分搅拌15~30min；

步骤S4：收集产物于密闭环境下蒸干浓缩、结晶后得到所述盐重结晶抑制剂。