CN116640563A - 一种高温缓蚀磷酸盐完井液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温缓蚀磷酸盐完井液，属于油田化学技术领域。该完井液包括磷酸盐，以质量百分比计，还包括0.01～1％的二价金属盐，所述二价金属盐为铜盐、锌盐、锰盐和钙盐中的至少一种。本发明的高温缓蚀磷酸盐完井液，其具有较低的腐蚀速率，其腐蚀速率为0.135mm/a，相对于常规的焦磷酸钾完井液，其缓蚀率可达到96％以上，具有良好的缓蚀效果。使得焦磷酸盐完井液的应用范围更广。
Description
技术领域
本发明属于油田化学技术领域，具体涉及一种高温缓蚀磷酸盐完井液。
背景技术
高密度无固相完井液是目前的研究热点，其不仅具有较好的携带和悬浮岩屑的能力，同时还能够避免常规钻井液堵塞油层、气层和水层的问题，因此能够增加油气层的产率。其中，磷酸盐的溶解度高，其水溶液的密度最高可达1.8g/cm3，可应用于180℃高温，因这种磷酸盐完井液密度高、成本低、毒性低、储层损害低、地层配伍性好，在高温高压油藏完井过程中，可以作为一种替代的无固相清洁盐水完井液。但是对于磷酸盐完井液来讲，比如常用的焦磷酸钾完井液，其虽然具有较高的密度，但是其在高温下会水解生成具有强腐蚀性的磷酸一氢盐，其对井下油套管及封隔器等铁制品具有一定的腐蚀性，特别是随着温度的升高，其腐蚀速率会急速提高，不但会降低生产效率还容易造成井下事故，因此，为更好的推广高密度磷酸盐完井液的应用，迫切需要开发一种降低其腐蚀性的添加剂。
发明内容
为解决上述至少一种问题，本发明提供了一种高温缓蚀磷酸盐完井液，其腐蚀速率较低，具有较好的缓蚀效果。
本发明针对磷酸盐完井液主要成分主要包括磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、焦磷酸钠、磷酸钠、磷酸一氢钾、磷酸二氢钾、焦磷酸钾、磷酸钾中一种或多种盐复配。
本发明的技术方案是：一种高温缓蚀磷酸盐完井液，包括磷酸盐，其中，磷酸盐为磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、焦磷酸钠、磷酸钠、磷酸一氢钾、磷酸二氢钾、焦磷酸钾、磷酸钾中的至少一种；以质量百分比计，还包括0.01～1％的二价金属盐，所述二价金属盐为铜盐、锌盐、锰盐和钙盐中的至少一种。
对于上述的二价金属盐，将其与磷酸盐混合后，能够有效的降低磷酸盐对管柱的腐蚀，其主要的作用机理如下：磷酸盐首先会和二价金属离子进行络合，形成络合物后，其一方面会抑制磷酸盐在高温条件下的水解，从而达到一定的缓蚀效果。同时，金属离子和管材钢铁在管柱表面会形成大量微小的原电池，二价金属离子迁移到阴极与铁单质进行电荷交换，被还原为金属离子对应的单质，该单质会沉积到井筒表面形成腐蚀保护膜，从而抑制管柱的腐蚀；由于金属离子被完井液中各磷酸盐络合，因此，完井液中的金属缓蚀离子是缓慢释放的，有助于形成更加均匀、致密的金属保护膜，进一步提高了完井液的缓蚀效果。
从理论上讲，上述的任何二价无机可溶性金属离子都能够应用于本发明，比如氯盐、硫酸盐和硝酸盐等。同时，经过发明人大量实验发现，当二价金属盐的浓度大于0.1％时，其缓蚀效果达到最好，但是考虑到井筒内存在大量的铁制品，比如油管、钻杆等，因此，为了形成更充分的保护膜层，优选A的浓度为0.1～1％。
特别的，对于上述的二价金属盐，发明人发现，在仅采用一种二价金属盐和磷酸盐进行复配时，单独采用二价铜盐的效果更好。
在采用两种二价金属盐进行复配时，其中一种金属盐优选为铜盐，另一种金属盐可从其余几种金属盐中进行选择，但是，两种金属盐最终的浓度应当在0.01～1％范围内。优选的，另一种金属盐可选择为锌盐，同时，铜盐的浓度为0.01～0.1％，锌盐的浓度为0.1～0.9％。
当二价金属盐为铜盐和锌盐的组合，且磷酸盐为焦磷酸钾时，其作用机理如下：锌盐和焦磷酸根结合生成[Zn(P2O7)]2-,在高温条件下，焦磷酸根会缓慢水解为Zn(PO4)-，Zn(PO4)-会在壁面结晶生长，最终堆积成一层沉淀膜。由于[Zn(P2O7)]2-是一种络合态，因此，其会缓慢释放Zn2+离子，为KZn(PO4)的结晶提供充足的时间，但是仅采用Zn盐时，由于KZn(PO4)的生长速度过慢，导致其效果相对较差。而将二价Cu盐与二价Zn盐进行组合时，KZn(PO4)晶体和金属Cu单质相互掺杂，并形成复合膜，能够较好的抑制腐蚀。实质上，当二价Cu盐的浓度为0.05％时，金属Zn盐仅需加入0.1％的量，即可满足实际使用需求。其余复配金属离子，其作用机理基本相似，因此在此不予赘述。
本发明的一种实施例在于，所述完井液的密度为1.4～1.8g/cm3。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的高温缓蚀磷酸盐完井液，其具有较低的腐蚀速率，其腐蚀速率可达0.135mm/a，相对于常规的磷酸盐完井液，其缓蚀率可达到96％以上，具有良好的缓蚀效果，从而使得磷酸盐完井液的应用范围更广。
附图说明
图1为试片在腐蚀前的微观结构图；
图2为实施例1中经过腐蚀试验后试片的微观图；
图3为实施例2中经过腐蚀试验后试片的微观图；
图4为直接采用常规焦磷酸钾完井液进行腐蚀实验后试片的微观图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，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。
下述实施例中，若无特别说明，所采用的原料均为常规商业品。
下述实施例中，若无特别说明，所采用的方法均为本领域常规方法。
下述实施例中，采用以下方法测量其缓蚀效果：
腐蚀试片悬挂到高温高压陈化釜内部，向其中注入磷酸盐完井液，密封陈化釜并置于电热恒温鼓风干燥箱中，在170℃恒温腐蚀72h后，取出试片，采用失重法测量其腐蚀速率n1；
腐蚀试片悬挂到高温高压陈化釜内部，向其中注入待测完井液，密封陈化釜并置于电热恒温鼓风干燥箱中，在170℃恒温腐蚀72h后，取出试片，采用失重法测量其腐蚀速率n2。
缓蚀率＝(n1-n2)/n1*100％。
下述实施例中，常规磷酸盐完井液，以焦磷酸钾完井液为例，采用以下方法配制：取3450g焦磷酸钾，将其溶于1950ml清水中即得，其密度为1.8g/cm3；
测得其腐蚀速率为4.02mm/a。实验前后，采用SEM对试片进行扫描分析。其中，图1为试片未经腐蚀是的SEM图；图4为直接采用常规焦磷酸钾完井液进行腐蚀实验后，试片的SEM图。从图中可以看出，常规焦磷酸钾完井液，对试片表面产生了大量腐蚀，表现为试片表面具有较多的腐蚀凹槽；且其膜晶体大小不一，堆积散乱，膜结构疏松多孔，防护性较差。
实施例1
取上述的常规磷酸盐完井液540g，随后取0.27g硫酸铜，然后使用10ml清水溶解配制成铜盐溶液，同时称取1.35g硝酸锌，然后将其溶入铜盐溶液中形成铜锌复合盐溶液；将上述磷酸盐完井液与铜锌复合盐溶液混合搅拌均匀即得腐蚀测试液。
经失重法测得其腐蚀速率为0.28mm/a，其最终的缓蚀率为93.03％。
对经腐蚀实验后的试片进行SEM测试，最终结果图如图2所示，从图中可以看出，与图4空白组腐蚀产物膜相比，膜晶粒大小一致，堆积紧密，膜结构更加致密，缓蚀效果更好；同时可以看到，其膜层较厚，因此对外界环境的耐受性更强，具体表现为缓蚀时间较长。
实施例2
取上述的常规磷酸盐完井液540g；随后取0.54硫酸铜，然后使用10ml清水溶解配制成铜盐溶液备用；将上述磷酸盐完井液与铜盐溶液混合搅拌均匀即得铜盐组腐蚀测试液。
经失重法测得其腐蚀速率为0.135mm/a，测得其最终缓蚀率为96.64％。
对经腐蚀实验后的试片进行SEM测试，最终结果图如图3所示，铜膜覆盖均匀，表现为缓蚀性更好，但是生成膜的厚度较薄，相对于实施例1中的膜结构，易被破坏，具体表现为缓蚀时间相对较短。
实施例3
取上述的常规磷酸盐完井液540g；随后取0.81氯化锌，然后用10ml清水溶解配置成锌盐溶液，将上述磷酸盐完井液和锌盐溶液混合并搅拌均匀即得锌盐组腐蚀测试液。
经失重法测得其腐蚀速率为1.11mm/a，其最终缓蚀率为72.52％。
实施例4
取上述的常规磷酸盐完井液540g，随后取0.54氯化钙，并用10ml清水溶解配置成钙盐溶液，将上述磷酸盐完井液和钙盐溶液混合并搅拌均匀即得腐蚀测试液。
经腐蚀试片实验测试，腐蚀速率为1.6mm/a，其缓蚀效率达60.1％。
实施例5
取上述的常规磷酸盐完井液540g，随后取0.54g硝酸钙与0.81g硝酸锰，并用10ml清水溶解配置成钙锰复合盐溶液，将上述磷酸盐完井液和复合盐溶液混合并搅拌均匀即得腐蚀测试液。
经腐蚀试片实验测试，腐蚀速率为1.3mm/a，其缓蚀效率达67.58％。
实施例6
取上述的常规磷酸盐完井液540g，随后取0.54g氯化钙与0.54g氯化铜并用10ml清水溶解配置成钙铜复合盐溶液，将上述磷酸盐完井液和复合盐溶液混合并搅拌均匀即得腐蚀测试液。
经腐蚀试片实验测试，腐蚀速率为0.130mm/a，其缓蚀效率达96.76％。
实施例7
取上述的常规磷酸盐完井液540g，随后取0.54g氯化钙与0.54g硝酸锌，并用10ml清水溶解配置成钙锌复合盐溶液，将上述磷酸盐完井液和复合盐溶液混合并搅拌均匀即得腐蚀测试液。
经腐蚀试片实验测试，腐蚀速率为0.98mm/a，其缓蚀效率达75.56％。
实施例8
取上述的常规磷酸盐完井液540g，随后取取0.81g硫酸锰与0.27g硫酸铜，并用10ml清水溶解配置成锰铜复合盐溶液，将上述磷酸盐完井液和复合盐溶液混合并搅拌均匀即得腐蚀测试液。
经腐蚀试片实验测试，腐蚀速率为0.23mm/a，其缓蚀效率达94.26％。
实施例9
取上述的常规磷酸盐完井液540g，随后取0.54g硝酸锰与取0.81g锌硝酸并用10ml清水溶解配置成锰锌复合盐溶液，将上述磷酸盐完井液和复合盐溶液混合并搅拌均匀即得腐蚀测试液。
经腐蚀试片实验测试，腐蚀速率为1.02mm/a，其缓蚀效率达74.56％。
综上可知，本发明实施例的焦磷酸盐完井液，其在高温(170℃)条件下，具腐蚀速率极低，具有良好的缓蚀效果，能够满足实际钻井、完井工程的需要。同时其成本相对较低，适宜大规模推广。同时，虽然本发明实施例仅列出了密度为1.8g/cm3的焦磷酸钾完井液的例子，但是本领域技术人员知晓的是，对于焦磷酸钾完井液，其密度越高，焦磷酸钾的加量越多，最终其腐蚀性也越大，而本发明实施例的焦磷酸钾完井液，当其密度为1.8g/cm3时具有良好的缓蚀效果，那么当其密度更低时，本领域技术人员也能够推算出其同样具有良好的技术效果。
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以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种高温缓蚀磷酸盐完井液，其特征在于，包括磷酸盐，以质量百分比计，还包括0.01～1％的二价金属盐，所述二价金属盐为铜盐、锌盐、锰盐和钙盐中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的高温缓蚀磷酸盐完井液，其特征在于，以质量百分比计，所述二价金属盐的浓度为0.1～1％。
3.根据权利要求1所述的高温缓蚀磷酸盐完井液，其特征在于，所述二价金属盐为铜盐。
4.根据权利要求1所述的高温缓蚀磷酸盐完井液，其特征在于，所述二价金属盐为锌盐、锰盐和钙盐中的一种和铜盐的混合物。
5.根据权利要求4所述的高温缓蚀磷酸盐完井液，其特征在于，所述二价金属盐为铜盐和锌盐的混合物，其中，所述铜盐的浓度为0.01～0.1％，所述锌盐的浓度为0.1～0.9％。
6.根据权利要求1所述的高温缓蚀磷酸盐完井液，其特征在于，所述完井液的密度为1.4～1.8g/cm3。
7.根据权利要求1所述的高温缓蚀磷酸盐完井液，其特征在于，所述磷酸盐为磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、焦磷酸钠、磷酸钠、磷酸一氢钾、磷酸二氢钾、焦磷酸钾、磷酸钾中的至少一种。
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