專利名稱：海水基無固相環(huán)保鉆完井液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海洋油氣鉆探非射孔鉆完井作業(yè)領(lǐng)域用的海水基無固相環(huán)保鉆完井 液。
背景技術(shù)：
目前常用的有固相鉆完井液采用屏蔽暫堵技術(shù)保護(hù)油氣層的基本原理是利用固 相粒子的暫堵規(guī)律，在鉆開儲(chǔ)層的極短時(shí)間內(nèi)，在井壁附近形成一個(gè)滲透率很低、厚度能被 射孔彈穿透且易于進(jìn)行解除處理的薄而致密的屏蔽環(huán)，阻止鉆井液侵入污染地層，從而達(dá) 到保護(hù)油氣層的目的。對(duì)于使用非射孔鉆完井作業(yè)的儲(chǔ)層不適用有固相鉆完井液采用屏蔽 暫堵技術(shù)保護(hù)油氣層，而應(yīng)采用保護(hù)油氣層的無固相鉆完井液。海洋領(lǐng)域石油勘探開發(fā)要 求鉆完井液滿足常規(guī)性能(包括密度、酸堿性、濾失性、流變性、穩(wěn)定性等)的同時(shí)，還要求 鉆完井液毒性小或無毒，對(duì)環(huán)境無害等，目前國內(nèi)沒有檢索到海水基無固相環(huán)保鉆完井液 專利。為滿足日益嚴(yán)格的海洋環(huán)境法規(guī)及降低鉆完井液成本的要求，鉆完井液必須具有 良好的環(huán)境可接受性，并以海水為連續(xù)相，以避免因向海上鉆井平臺(tái)輸送淡水而增加鉆完 井液費(fèi)用，若利用淡水為連續(xù)相，鉆完井液成本很高(Im3淡水的費(fèi)用高達(dá)幾十元，每米進(jìn)尺 約用水2. 02m3,同時(shí)受天氣影響大量淡水輸送不及時(shí))，同時(shí)海水中含有大量的Ca2+、Mg2+和 Na+等大量無機(jī)陽離子進(jìn)一步提高了井壁的穩(wěn)定性。鉆完井液是用各種原材料和化學(xué)添加劑配制成的一種流體，在鉆完井過程中始終 與油氣層接觸的液體。鉆完井液即要滿足各種工藝要求、環(huán)保要求，還要切實(shí)做到保護(hù)儲(chǔ) 層，防止固相或鉆屑堵塞喉道，又要防止濾液侵入儲(chǔ)層與儲(chǔ)層成分互相作用引起粘土膨脹、 微粒運(yùn)移等作用堵塞儲(chǔ)層或與儲(chǔ)層中的流體反應(yīng)產(chǎn)生沉淀堵塞儲(chǔ)層，具有一定的液柱壓 力，用以平衡地應(yīng)力穩(wěn)定井壁，防止流體侵入井內(nèi)造成井涌井噴；還要保證有效地清洗井底 攜帶鉆屑和懸浮物。目前國內(nèi)鉆完井液除主要成份為無機(jī)鹽清潔鹽水和粘土穩(wěn)定劑的無機(jī)鹽清潔鹽 水鉆完井液和聚合物甲酸鹽無固相鉆完井液外，還有申請(qǐng)(專利)號(hào)為CN200810049256.6 的抗高溫抗鹽無固相環(huán)保鉆完井液，沒有海水基無固相環(huán)保鉆完井液?，F(xiàn)有無機(jī)鹽清潔鹽 水鉆完井液中無機(jī)鹽成份(氯化鈉、氯化銨、氯化鈣、溴化鈣、溴化鋅等)，具有較強(qiáng)的腐蝕 性，對(duì)井下設(shè)備、管線、泵車等損害巨大；無機(jī)鹽成份易結(jié)晶，易給地層帶來堵塞；部分體系 含有害成份，對(duì)人及環(huán)境帶來危害。申請(qǐng)(專利)號(hào)CN200810049256. 6，發(fā)明名稱為抗高 溫抗鹽無固相環(huán)保鉆完井液，其特征在于，是由水、甲酸鹽、增粘劑、降濾失劑、油層保護(hù)劑 和聚合醇防塌劑制成，該抗高溫抗鹽無固相環(huán)保鉆完井液和聚合物甲酸鹽無固相鉆完井液 中都沒有防腐劑或緩蝕劑和鉆完井液用消泡劑，用于海洋石油勘探開發(fā)領(lǐng)域完井作業(yè)后存 在腐蝕和起泡問題。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明提供的海水基無固相環(huán)保鉆完井液， 適用于海洋油氣鉆探非射孔鉆完井作業(yè)，該鉆完井液所選組分均為環(huán)保型化學(xué)添加劑，不僅優(yōu)化了鉆完井液性能，同時(shí)達(dá)到保護(hù)儲(chǔ)層、保護(hù)環(huán)境的效果，實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明的海水基 無固相環(huán)保鉆完井液EC5tl值=6. 6X105mg/L，巖心滲透率恢復(fù)值達(dá)到93. 5%，在環(huán)渤海灣 的井深3502m-3913m儲(chǔ)層試驗(yàn)，海水基無固相環(huán)保鉆完井液密度1. lOg/cm3，該井中途裸眼 測試，用Φ8πιπι油嘴放噴求產(chǎn)，日產(chǎn)原油169. 2m3，天然氣14686m3，投產(chǎn)效果很好。兩口鄰井 采用屏蔽暫堵技術(shù)鉆完井液，其中一口井測量表皮系數(shù)為42，這兩口鄰井求產(chǎn)不成功。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供海水基無固相環(huán)保鉆完井液，適用于海洋油氣鉆探非射孔鉆完井作 業(yè)，該海水基無固相環(huán)保鉆完井液所選組分均為環(huán)保型添加劑，不僅優(yōu)化了鉆完井液性能， 同時(shí)達(dá)到保護(hù)儲(chǔ)層、保護(hù)環(huán)境、提高海洋石油及天然氣資源利用率的目的。本發(fā)明的技術(shù)方案是該海水基無固相環(huán)保鉆完井液含有清潔海水、抗鹽增粘降 濾失劑、防塌抑制劑、鉆完井液潤滑劑、儲(chǔ)層保護(hù)劑、鉆完井液防腐劑、PH值調(diào)節(jié)劑和鉆完井 液消泡劑，其中a)清潔海水選自密度> 1.03g/cm3的透明海水，b)抗鹽增粘降濾失劑選自 羥乙基纖維素HEC、黃原膠XC、羧甲基纖維素鈉CMC、聚陰離子纖維素PAC任何一種或其二種 以上的組合，c)防塌抑制劑選自水溶性甲酸鹽、聚丙烯酸鉀K-PAM、聚合醇防塌劑、有機(jī)硅、 氯化鉀任何一種或其二種以上的組合，d)鉆完井液潤滑劑可以是白油、硅油、聚合醇潤滑劑 任何一種或其二種以上的組合，e)儲(chǔ)層保護(hù)劑選自改性聚合醇類油層保護(hù)劑、三甲基丙烯 基氯化銨，f)完井液防腐劑也叫完井液緩蝕劑，選自2-烷基-N-羥乙基-N-羥丙基磺基咪 唑啉、磷酸三乙醇胺_磷酸二氫鹽、或鉬酸鹽復(fù)合緩蝕劑，g) PH值調(diào)節(jié)劑選自氫氧化鉀K0H、 氫氧化鈉NaOH、碳酸鈉(Na2CO3)任何一種或其二種以上的組合，h)鉆完井液用消泡劑選自 甘油聚醚、乳化硅油、二甲基硅油、消泡劑7501任何一種或其二種以上的組合。該海水基無 固相環(huán)保鉆完井液原材料最佳質(zhì)量配比如下抗鹽增粘降濾失劑的加量為2% -6. 5% (質(zhì) 量體積百分比)、防塌抑制劑的加量為2% -15. 5% (質(zhì)量體積百分比)、鉆完井液潤滑劑的 加量為3%-8% (質(zhì)量體積百分比)、儲(chǔ)層保護(hù)劑的加量為2%-8% (質(zhì)量體積百分比)、 鉆完井液防腐劑的加量為(質(zhì)量體積百分比)、PH值調(diào)節(jié)劑的加量為0.5%-3% (質(zhì)量體積百分比)、鉆完井液消泡劑的加量為0%-2% (質(zhì)量體積百分比)，其余為清潔海 水。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)際情況對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說明。由上述技術(shù)方案給出，本發(fā)明在具體實(shí)施時(shí)，該海水基無固相環(huán)保鉆完井液含有 a)清潔海水、b)抗鹽增粘降濾失劑、c)防塌抑制劑，進(jìn)一步含有d)完井液潤滑劑、e)儲(chǔ) 層保護(hù)劑，還可進(jìn)一步含有f)完井液防腐劑也叫完井液緩蝕劑、g) PH值調(diào)節(jié)劑和h)鉆完 井液用消泡劑。本發(fā)明選用清潔海水為連續(xù)相(又稱海水基無固相環(huán)保鉆完井液基液，以 下同)，原材料來源廣泛、性能穩(wěn)定、環(huán)境友好；上述抗鹽增粘降濾失劑、防塌抑制劑、完井 液潤滑劑、儲(chǔ)層保護(hù)劑、完井液防腐劑、PH值調(diào)節(jié)劑和鉆完井液用消泡劑又稱外加劑，各外 加劑的加量根據(jù)鉆完井液不同的密度范圍及抗溫要求，在實(shí)際使用時(shí)有所變化，尤其是鉆 完井液高溫高密度情況時(shí)，加量會(huì)有所增加。上述組分中，b)抗鹽增粘降濾失劑選用的黃 原膠XC無味、無毒、適用安全性強(qiáng)，美國食品與藥物管理局于1969年批準(zhǔn)黃原膠用于食品中，1983年聯(lián)合國糧農(nóng)組織批準(zhǔn)黃原膠作為食品添加劑，且對(duì)其添加量不做限制，具有高 粘度，良好的熱穩(wěn)定性(適用溫度范圍為-18°C 130°C)，高耐酸、堿、鹽特性(在pH值 =1 12范圍內(nèi)能保持原有特性)，與高濃度鹽類共存時(shí)，仍保持穩(wěn)定的增稠體系，對(duì)不 溶性固體顆粒和油滴具有良好的懸浮性，獨(dú)特的流變性，在剪切作用下，溶液的粘度會(huì)迅速 下降，一旦剪切作用解除，溶液的粘度會(huì)立即恢復(fù)，這種特性使得黃原膠在石油鉆井和開采 中得到廣泛的應(yīng)用；抗鹽增粘降濾失劑選用的抗溫抗鹽性能優(yōu)良的中分子量聚合物羥乙基 纖維素HEC、羧甲基纖維素鈉CMC、聚陰離子纖維素PAC等作為體系增粘降濾失性能的控制 劑，這些中分子量聚合物中含有大量羥基-0H、羧酸基-COOH等官能團(tuán)結(jié)構(gòu)，一方面能吸附 在粘土顆粒表面形成吸附層，增加井壁粘土顆粒的水化膜厚度以阻止粘土顆粒絮凝變粗， 不再粘結(jié)成大顆粒，使井壁形成薄而韌的泥餅，濾餅的滲透率降低，降低濾失量，同時(shí)降濾 失劑分子本身的堵孔作用和提高濾液粘度，降低濾失量。c)防塌抑制劑選用的甲酸鹽在鉆 完井液中具有以下三方面的作用①提高鉆完井液液相礦化度，在無機(jī)陽離子的鑲嵌和靜 電引力的雙重作用下，減少水分子的進(jìn)入，防止或降低滲透水化，從而起到防塌抑制劑的作 用；②甲酸鹽降低了完井液中自由水活度，使地層水向井眼反向滲透，促進(jìn)井壁穩(wěn)定，甲酸 根HC00_是極性水化基團(tuán)，體積較小，它通過氫鍵力吸附于粘土表面，增加水化膜厚度，防止 粘土進(jìn)一步水化，形成結(jié)構(gòu)，使完井液保持良好的流變性和穩(wěn)定性；③甲酸鹽密度較高還具 有加重劑的作用，水溶性好、溶解快、配伍及熱穩(wěn)定性能較好。由此配制出來的甲酸鹽鉆完 井液在使用中安全無毒，且與環(huán)境兼容性好，易降解，是一種安全環(huán)保的鉆完井液外加劑； 防塌抑制劑也可選用聚丙烯酰胺鉀鹽，其高分子聚合物上的吸附基團(tuán)吸附在粘土片上，將 眾多粘土片連接在一起，對(duì)粘土片進(jìn)行包被，這一方面使粘土不易分散，另一方面使水分子 不易進(jìn)入粘土晶層間，防止了粘土因水化作用而引起的膨脹分散，從而起到防塌抑制作用， 該產(chǎn)品是一種無毒、無腐蝕，應(yīng)用廣泛的防塌抑制劑，兼有降失水、改善流型和增加潤滑等 性能，能改善完井液的流變性能，與其他處理劑配伍性好，抗溫能力強(qiáng)(》150°C )。d)鉆 完井液潤滑劑選用的聚合醇潤滑劑可以是以低分子量醇為起始劑，由環(huán)氧乙烷(EO)和環(huán) 氧丙烷(PO)共聚而成的聚醚型多元醇防塌潤滑劑，具有很強(qiáng)的抑制作用和良好的潤滑性 能，能顯著降低完井液摩擦系數(shù)，提高極壓膜強(qiáng)度，能改善完井液濾失性能，保護(hù)油氣層能 力強(qiáng)，無熒光，EC50值大于1. OX 105mg/L，完全無毒，海水中生物需氧量測定結(jié)果表明易生 物降解；本發(fā)明中鉆完井液潤滑劑選用的白油可以是由石油的潤滑油餾分經(jīng)脫臘、加氫精 制和化學(xué)精制而成的液體油品，因白油無毒、無味、熒光級(jí)別低，不影響地質(zhì)熒光錄井，其在 石油鉆探中常用作完井液潤滑劑，降低井壁與鉆具(或套管)之間的摩擦，降低鉆柱旋轉(zhuǎn)扭 矩和起下鉆阻力，改善完井液潤滑性。e)儲(chǔ)層保護(hù)劑選用改性聚合醇類無熒光儲(chǔ)層保護(hù)劑， 其主要成份是一種非離子型飽和碳鏈聚合物，由于分子主鏈全部有碳原子，側(cè)鏈大多為羥 基，因此可以使醇分子和粘土顆粒間形成大量氫鍵，對(duì)粘土顆粒具有較好的吸附成膜作用， 同時(shí)由于聚合醇具有濁點(diǎn)特性且濁點(diǎn)可調(diào)，因此當(dāng)溫度較低時(shí)，聚合醇溶于水，可吸附在鉆 具和井壁上，形成類似油相的分子膜，改善鉆井液的潤滑性能，而當(dāng)溫度高于濁點(diǎn)時(shí)，聚合 醇從水中析出，就可在井壁上粘附形成一層僧水膜，從而提高泥餅質(zhì)量，配合降濾失劑形成 致密、光滑的濾餅，阻止水分滲入地層，因此具有很好的防止泥頁巖水化分散，穩(wěn)定井壁和 油層保護(hù)作用；選用的三甲基丙烯基氯化銨為小陽離子穩(wěn)定劑，由于粘土顆粒吸水膨脹形 成雙電壓，小陽離子穩(wěn)定劑可以壓縮雙電壓避免引起粘土膨脹，同時(shí)能防止粘土遇水后從
5巖石骨架上剝離下來，經(jīng)過運(yùn)移而堵塞喉道，提高了滲透率，減少對(duì)儲(chǔ)層的傷害。f)完井液 防腐劑也叫完井液緩蝕劑，選用的2-烷基-N-羥乙基-N-羥丙基磺基咪唑啉能吸附在金 屬表面，耐酸、堿、鹽的性能好，有效降低了鹽水對(duì)設(shè)備的腐蝕；選用的磷酸三乙醇胺-磷酸 二氫鹽能在天然海水中的鋼鐵表面形成一層化學(xué)穩(wěn)定性好的保護(hù)膜，能有效地抑制鋼鐵的 海水腐蝕，濃度為135mg/L-225mg/L時(shí)，緩蝕率高達(dá)99. 49%，具有使用濃度低、緩蝕率高、 原材料價(jià)廉易得、無毒、無污染等特點(diǎn)；選用的鉬酸鈉復(fù)合緩蝕劑對(duì)碳鋼具有良好的緩蝕能 力，緩蝕率為95%左右，且隨溫度升高而增大；g)pH值調(diào)節(jié)劑選用的氫氧化鉀Κ0Η、氫氧化 鈉NaOH、碳酸鈉(Na2CO3)等，用來調(diào)節(jié)完井液的pH值為7 11 ；h)鉆完井液消泡劑選用的 甘油聚醚又稱三羥基聚醚或聚醚三元醇，分子量3000士300，無色或淡黃色透明粘稠液體， 無毒，相對(duì)密度(200C /40C )1· 004 1. 005，閃點(diǎn) 268°C，粘度(25°C )470 520mPa · s， 難溶于水，易溶于乙醇、苯等有機(jī)溶劑；選用的二甲基硅油是一種無色透明的新型合成高分 子材料，閃點(diǎn)高、凝固點(diǎn)低，可在-50°C +200°C下長期使用，粘溫系數(shù)小、壓縮率大，表面 張力低，且不溶于水，動(dòng)植物油及高沸點(diǎn)礦物油中，化學(xué)穩(wěn)定性好、又無毒，用作為消泡劑已 廣泛用于石油、化工、醫(yī)療、制藥、食品加工等行業(yè)中；選用的乳化硅油純白色乳狀液、PH中 性、表面張力小、對(duì)水接觸角大、潤滑性好、對(duì)生物(包括人體)無毒害作用，對(duì)金屬不腐包， 不易揮發(fā)、具有耐熱和抗氧化性能；選用的消泡劑7501的成分是甘露醇、脂肪酸、氫氧化鈉 的合成物，淺黃色膠狀體，不溶于水，是一種良好的油溶性多元醇型非離子表面活性劑。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，按海水基無固相環(huán)保鉆完井液配方比例準(zhǔn)確計(jì)量配方所需 原材料，在一定溫度下，將上述抗鹽增粘降濾失劑、防塌抑制劑、鉆完井液潤滑劑、儲(chǔ)層保護(hù) 劑、鉆完井液防腐劑、PH值調(diào)節(jié)劑和鉆完井液消泡劑均勻分散在清潔海水中，繼續(xù)攪拌一定 時(shí)間，生產(chǎn)出海水基無固相環(huán)保鉆完井液。
權(quán)利要求
海水基無固相環(huán)保鉆完井液，其特征在于，該海水基無固相環(huán)保鉆完井液含有清潔海水、抗鹽增粘降濾失劑、防塌抑制劑、鉆完井液潤滑劑、儲(chǔ)層保護(hù)劑、鉆完井液防腐劑、pH值調(diào)節(jié)劑和鉆完井液消泡劑，其中清潔海水選自密度≥1.03g/cm3的透明海水，抗鹽增粘降濾失劑選自羥乙基纖維素HEC、黃原膠XC、羧甲基纖維素鈉CMC、聚陰離子纖維素PAC任何一種或其二種以上的組合，防塌抑制劑選自水溶性甲酸鹽、聚丙烯酸鉀K PAM、聚合醇防塌劑、有機(jī)硅、氯化鉀任何一種或其二種以上的組合，鉆完井液潤滑劑可以是白油、硅油、聚合醇潤滑劑任何一種或其二種以上的組合，儲(chǔ)層保護(hù)劑選自改性聚合醇類無熒光儲(chǔ)層保護(hù)劑、三甲基丙烯基氯化銨。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海水基無固相環(huán)保鉆完井液，其特征在于原材料最佳質(zhì)量配 比如下抗鹽增粘降濾失劑的加量為2% -6. 5% (質(zhì)量體積百分比)、防塌抑制劑的加量為 2% -15. 5% (質(zhì)量體積百分比)、鉆完井液潤滑劑的加量為3% -8% (質(zhì)量體積百分比)、 儲(chǔ)層保護(hù)劑的加量為2%-8% (質(zhì)量體積百分比)、鉆完井液防腐劑的加量為(質(zhì) 量體積百分比)、PH值調(diào)節(jié)劑的加量為0. 5% -3% (質(zhì)量體積百分比)、鉆完井液消泡劑的 加量為0% -2% (質(zhì)量體積百分比)，其余為清潔海水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的海水基無固相環(huán)保鉆完井液，其特征在于，其 中完井液防腐劑也叫完井液緩蝕劑選自2-烷基-N-羥乙基-N-羥丙基磺基咪唑啉、磷酸 三乙醇胺-磷酸二氫鹽、或鉬酸鹽復(fù)合緩蝕劑，PH值調(diào)節(jié)劑選自氫氧化鉀Κ0Η、氫氧化鈉 NaOH、碳酸鈉(Na2CO3)任何一種或其二種以上的組合，鉆完井液消泡劑選自甘油聚醚、乳化 硅油、二甲基硅油、消泡劑7501任何一種或其二種以上的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的海水基無固相環(huán)保鉆完井液，其特征在于，該海 水基無固相環(huán)保鉆完井液生產(chǎn)工藝如下按海水基無固相環(huán)保鉆完井液配方比例準(zhǔn)確計(jì)量 配方所需原材料，在一定溫度下，將上述抗鹽增粘降濾失劑、防塌抑制劑、鉆完井液潤滑劑、 儲(chǔ)層保護(hù)劑、鉆完井液防腐劑、PH值調(diào)節(jié)劑和鉆完井液消泡劑均勻分散在清潔海水中，繼續(xù) 攪拌一定時(shí)間，生產(chǎn)出海水基無固相環(huán)保鉆完井液。
全文摘要
本發(fā)明涉及海水基無固相環(huán)保鉆完井液，該海水基無固相環(huán)保鉆完井液是一種含有清潔海水、抗鹽增粘降濾失劑、防塌抑制劑、鉆完井液用潤滑劑、儲(chǔ)層保護(hù)劑、鉆完井液用緩蝕劑、pH值調(diào)節(jié)劑、鉆完井液用消泡劑為主要成分的水基鉆完井液，該鉆完井液所選組分均為環(huán)保型添加劑，優(yōu)化了鉆完井液性能，不僅滿足鉆完井液常規(guī)性能(包括密度、酸堿性、濾失性、流變性、穩(wěn)定性等)，同時(shí)具有生物降解性好、無生物積累、毒性小或無毒，對(duì)環(huán)境無害等優(yōu)點(diǎn)，該海水基無固相環(huán)保鉆完井液EC50值達(dá)到6.6×105mg/L，巖心滲透率恢復(fù)值達(dá)到93.5％，達(dá)到保護(hù)儲(chǔ)層、保護(hù)環(huán)境、提高海洋石油及天然氣資源利用率的目的。
文檔編號(hào)C09K8/08GK101979457SQ20101029469
公開日2011年2月23日 申請(qǐng)日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者何興貴, 唐志軍, 徐運(yùn)波, 慈國良, 曹勝利, 趙懷珍, 韓來聚, 馬云謙, 馬桂清 申請(qǐng)人:中國石油化工集團(tuán)公司;中國石化集團(tuán)勝利石油管理局鉆井工藝研究院