一種陽離子防塌霧化液及其製備方法與流程

2023-06-29 02:43:06 1

本發明屬於石油鑽井
技術領域：
，具體涉及一種適用於霧化鑽井的陽離子防塌霧化液及其製備方法。
背景技術：
：氣體鑽井是以氣體作為循環介質代替鑽井液的鑽井技術，與鑽井液鑽井相比可極大的保護儲層、大幅度提高機械鑽速、有效減少井漏等井下複雜，但也存在地層出水後的井壁失穩、泥包卡鑽及巖屑攜帶等問題，從而成為推廣氣體鑽井的瓶頸。霧化鑽井技術的出現解決了上述問題、保持了氣體鑽井的優勢，但存在適用出水量較低(＜30m3/h)，井壁穩定時間短(3～5d)等難題。霧化鑽井屬欠平衡鑽井，故力學防塌技術措施受到限制，需要從化學的角度提高霧化鑽井流體的抑制防塌能力，使霧化液保持良好的抑制性來減少水化作用，補償循環流體密度低的影響。目前解決這一問題的方法是在霧化鑽井流體中加入與之相匹配的抑制劑來抑制泥頁巖的水化膨脹。但一方面現有可使用的霧化防塌劑劑種單一，另外霧化鑽井施工中使用的抑制防塌劑必須考慮平衡提高鑽井液抑制性與保持鑽井液膠體穩定性之間的矛盾，故現有採用水基鑽井液所用的處理劑，包括KCl、大分子包被劑、含陽離子單體的聚合物防塌劑等的方式抑制能力非常有限。技術實現要素：本發明的目的是提供一種陽離子防塌霧化液，可解決現有霧化鑽井施工中 使用的抑制防塌劑不能有效抑制泥頁巖的水化膨脹的問題，可延長霧化鑽井安全作業時間，提高霧化鑽井適應地層出水量，發揮氣體鑽井的技術優勢。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案如下：一種陽離子防塌霧化液，所述陽離子防塌霧化液的質量百分組成如下：發泡劑0.1～0.5％、陽離子包被絮凝劑0.03～0.10％、陽離子井壁穩定劑0.3～0.7％，餘量為水；所述防塌霧化液的pH值為8～10。所述的發泡劑選自非離子表面活性劑和/或陽離子表面活性劑中的一種或兩種以上的混合物。優選的，所述的發泡劑選自烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、十二烷基三甲基溴化銨或十六烷基三甲基溴化銨中的一種或兩種以上的混合物。霧化液中的發泡劑能促使基液產生泡沫。發泡劑的使用量應控制在0.1～0.5％，當少於0.1％時，發泡能力變差，不能滿足霧化鑽井需求；當大於0.5％時，發泡能力強，泡沫半衰期長，不能霧化鑽井。發泡劑添加量優選控制在0.2％。所述陽離子包被絮凝劑選自有機醯胺類單體、N-烷基取代醯胺類單體與下列之一的單體共聚所得的產物，共聚產物的相對分子質量大於1000萬：甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨、丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨、丙烯酸二甲胺基乙酯或甲基丙烯酸二甲胺基乙酯；共聚條件為在pH值調節劑和引發劑作用下於20～25℃恆溫10～16h。所述陽離子包被絮凝劑起到穩定泡沫、抑制防塌、絮凝霧化汙水，提高霧化基液循環利用率的目的，其相對分子質量大於1000萬。其加量大於0.1％時，發泡能力降低、泡沫半衰期延長，不利於霧化鑽井，也不利於井口消泡，增加 了鑽井成本。所述陽離子井壁穩定劑為有機醯胺類單體、N-烷基取代醯胺類單體與二甲基二烯丙基氯化銨或烯丙基三甲基氯化銨在引發劑和pH值調節劑作用下常溫共聚所得的產物，共聚產物的相對分子質量在200～300萬。所述陽離子井壁穩定劑起到抑制防塌，強化霧化鑽井流體的抑制、吸附和包被性能，提高霧化鑽井適用地層出水量，延長霧化鑽井安全作業時間的作用。其相對分子質量為200～300萬，能被吸附於黏土表面阻止水分子進入並水化黏土，加量為0.3％～0.7％。隨著加量的增加，其抑制防塌能力提高。鑽遇砂泥巖互層或出水量大的地層應相應提高陽離子井壁穩定劑的加量。所述的pH值調節劑為氫氧化鈉或氫氧化鉀、引發劑是氧化或還原引發劑，所述的氧化劑為過硫酸鉀或過硫酸銨，還原劑是亞硫酸氫鈉。所述陽離子防塌霧化液的製備方法如下：在常溫常壓下，先將陽離子包被絮凝劑、陽離子井壁穩定劑溶於適量水中，於4000r/min～6000r/min下攪拌10～20min，室溫靜置16h～24h，使其充分溶解後加入發泡劑，混合攪拌均勻，即得本發明的陽離子防塌霧化液。本發明提供的陽離子防塌霧化液的關鍵在於選擇陽離子型聚合物為其主要成分，具有強抑制、強吸附、強包被成膜性能。其強化了霧化鑽井流體的強抑制防塌能力，霧化液線性膨脹降低率達69.2％，48h陽離子防塌霧化液二次頁巖回收率大於95％，霧化基液被清水稀釋10倍後，頁巖回收率達95.0％，不會因鑽井液被地層水稀釋或氣液轉換時抑制劑嘗試降低或發生改變而加劇泥頁巖水化；霧化鑽井井壁穩定時間由3～5d延長至8～11d；適應地層出水量由30m3/h提高至55m3/h；霧化液循環利用率達92.0％，保持了空氣鑽井鑽遇 出水地層的提速優勢。本發明與現有技術相比，具有如下優點：本發明陽離子防塌霧化液具有強抑制、強吸附、強包被成膜性能，有效抑制泥頁巖的水化膨脹，延長霧化鑽井安全作業時間，提高霧化鑽井適應地層出水量，有利於發揮氣體鑽井的技術優勢。具體實施方式實施例1一種陽離子防塌霧化液，所述陽離子防塌霧化液的質量百分組成如下：發泡劑0.3％、陽離子包被絮凝劑0.05％、陽離子井壁穩定劑0.5％，餘量為水；所述陽離子防塌霧化液的pH值為8。所述發泡劑為烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)；陽離子包被絮凝劑為丙烯醯胺、N,N－二甲基丙烯醯胺和甲基丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨共聚產物；陽離子井壁穩定劑為丙烯醯胺、N,N－二甲基丙烯醯胺和二甲基二烯丙基氯化銨共聚產物。陽離子防塌霧化液的製備方法如下：在常溫常壓下，先將陽離子包被絮凝劑、陽離子井壁穩定劑溶於500ml水中，於4000r/min條件下攪拌20min，室溫靜置16h，使其充分溶解後加入發泡劑，混合攪拌均勻，即得本發明的陽離子防塌霧化液。實施例2一種陽離子防塌霧化液，所述陽離子防塌霧化液的質量百分組成如下：發泡劑0.4％、陽離子包被絮凝劑0.03％、陽離子井壁穩定劑0.5％，餘量為水；所述防塌霧化液的pH值為9。發泡劑為烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)和十二烷基三甲基溴化銨，兩者質量比例為1：1；陽離子包被絮凝劑為丙烯醯胺、N,N－二乙基丙烯醯胺和丙烯醯氧乙基三甲基氯化銨共聚產物；陽離子井壁穩定劑為丙烯醯胺、N,N－二乙基丙烯醯胺和二甲基二烯丙基氯化銨共聚產物。陽離子防塌霧化液的製備方法如下：在常溫常壓下，先將陽離子包被絮凝劑、陽離子井壁穩定劑溶於500ml水中，於6000r/min轉下攪拌10min，室溫靜置24h，使其充分溶解後加入發泡劑，混合攪拌均勻，即得本發明的陽離子防塌霧化液。實施例3一種陽離子防塌霧化液，所述陽離子防塌霧化液的質量百分組成如下：發泡劑0.5％、陽離子包被絮凝劑0.05％、陽離子井壁穩定劑0.5％，餘量為水；所述防塌霧化液的pH值為10。發泡劑為十六烷基三甲基溴化銨；陽離子包被絮凝劑為丙烯醯胺、N,N－二甲基丙烯醯胺和丙烯酸二甲胺基乙酯共聚產物；陽離子井壁穩定劑為丙烯醯胺、N,N－二乙基丙烯醯胺和二甲基二烯丙基氯化銨共聚產物。陽離子防塌霧化液的製備方法如下：在常溫常壓下，先將陽離子包被絮凝劑、陽離子井壁穩定劑溶於400ml水中，於5000r/min轉下攪拌20min，室溫靜置20h，使其充分溶解後加入發泡劑，混合攪拌均勻，即得本發明的陽離子防塌霧化液。實施例4一種陽離子防塌霧化液，所述陽離子防塌霧化液的質量百分組成如下：發泡劑0.5％、陽離子包被絮凝劑0.04％、陽離子井壁穩定劑0.5％，餘量為水； 所述陽離子防塌霧化液的pH值為8。發泡劑為烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)和十六烷基三甲基溴化銨，兩者質量比例為1：1；陽離子包被絮凝劑為丙烯醯胺、N,N－二甲基丙烯醯胺和甲基丙烯酸二甲胺基乙酯共聚產物；陽離子井壁穩定劑為丙烯醯胺、N,N－二乙基丙烯醯胺和二甲基二烯丙基氯化銨共聚產物。陽離子防塌霧化液的製備方法如下：在常溫常壓下，先將陽離子包被絮凝劑、陽離子井壁穩定劑溶於500ml水中，於4000r/min轉下攪拌20min，室溫靜置18h，使其充分溶解後加入發泡劑，混合攪拌均勻，即得本發明的陽離子防塌霧化液。對比例：對比例霧化液的組成：發泡劑0.3％、陰離子包被絮凝劑0.03％，餘量為水；所述防塌霧化液的pH值為8。本發明對所得陽離子防塌霧化液和對比例進行了室內實驗：1、陽離子防塌霧化液發泡能力常溫條件下，在攪拌杯中加入100mL陽離子防塌霧化液，高速(10000r/min以上)攪拌60s後，立即倒入量筒中讀取泡沫體積，表示發泡劑的起泡能力，記錄泡沫中析出50mL液體所需時間，即泡沫的半衰期。實施例1-4以及對比例獲得的陽離子防塌霧化液對應的數據詳見表1。表1陽離子防塌霧化液發泡能力由表1可知，陽離子防塌霧化液泡沫體積為400～600mL，半衰期為5min～8min，滿足霧化鑽井需求。2、陽離子防塌霧化液抑制防塌能力a)頁巖回收率取2.0～3.8mm頁巖於(105±3)℃下烘至恆重，降至室溫。稱取50g頁巖(G0)放入實施例1-4以及對比例分別製得的陽離子防塌霧化液中於90℃下滾動16h，降溫後取出，用孔徑0.42mm篩回收巖芯，於(105±3)℃下烘至恆重，降至室溫稱回收巖芯質量(G1)；將回收所得巖芯置於清水中，在90℃下滾動48h，降溫取出，用0.42mm篩回收巖芯，於(105±3)℃下烘至恆重，並降至室溫稱二次回收巖心質量(G2)，計算回收率:一次回收率(R1)＝G1/G0×100％，二次回收率(R2)＝G2/G0×100％，相對回收率(R′)＝R2/R1×100％；具體見表2所示。表2陽離子防塌霧化液抑制防塌能力由表2可知，陽離子防塌霧化液具有很強的抑制防塌能力，對天然泥巖巖心的48h二次頁巖回收率大於95.0％，對比例48h二次頁巖回收率僅為62.5％。b)水侵後的頁巖回收率霧化鑽井屬欠平衡鑽井，霧化/泡沫基液中抑制防塌處理劑的含量因地層水的稀釋而降低，加之其穩定井壁的技術途徑少，井壁失穩的程度增加。因此， 在霧化/泡沫基液中加入不同量的清水稀釋不同的倍數，用天然泥巖巖心進行頁巖滾動回收(R1：一次頁巖回收率為16h，R2：二次頁巖回收率為2h)，記錄天然泥巖頁巖滾動回收率；具體見表3所示。表3陽離子防塌霧化液抑制防塌能力陽離子防塌霧化液被清水稀釋10倍後仍然可有效控制鑽屑的水化分散，頁巖回收率大於95.0％，在地層出水量為55m3/h、環空氣/液流體中防塌劑含量大幅度降低的情況下仍能保持井壁穩定。對比例稀釋10倍後的霧化基液二次頁巖回收率為48.6％，適應於地層出水量為30m3/h時的空氣霧化鑽井。3、陽離子防塌霧化液絮凝能力在100mL具塞量筒中加入80mL去離子水或陽離子防塌霧化液，加入2g鈣膨潤土，補加去離子水或陽離子防塌霧化液至100mL，以30次/min(一倒一正為一次)的頻率搖動5min，靜止計時，記下1min、3min、5min析出清液的高度。取實驗中經處理後析出的上部清液，用721分光光度計測定其透光率；具體見表4所示。表4陽離子防塌霧化液絮凝能力性能清液體積，％透光率，％實施例195.098.2實施例294.798.0實施例392.097.5實施例494.598.5對比例15.065.8由表4可知，陽離子防塌霧化液對現場鑽屑粉具有良好的絮凝作用，清液析出量大於92％，透光率大於95％，對比例析出量為15％，透光率為65.8％。本發明陽離子防塌霧化液循環利用率可達92.0％。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp