一種鑽井用氣液轉換井壁穩定液及其製備方法

2023-05-02 19:32:21

一種鑽井用氣液轉換井壁穩定液及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種鑽井用氣液轉換井壁穩定液及其製備方法，屬於石油工業鑽井工程領域，穩定液包括組分按重量份配比：基礎油：30～60；陽離子表面活性劑：5～10；非離子表面活性劑：2～5；聚二甲基矽氧烷：3～10；油溶性樹脂：10～15；石油瀝青：5～10；聚合醇：5～10；去離子水：5～20。製備方法包括以下步驟：反應釜中基礎油及非離子表面活性劑升溫攪拌，加入陽離子表面活性劑攪拌，加入聚二甲基矽氧烷攪拌，加入油溶性樹脂、石油瀝青攪拌，加入聚合醇和水繼續攪拌，然後在攪拌條件下冷卻至25±5℃放出包裝即可。本發明解決粘度因素導致保護層覆蓋不均勻、連續的問題，解決保護層單薄抗衝刷能力低的問題。
【專利說明】一種鑽井用氣液轉換井壁穩定液及其製備方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種石油工業鑽井工程中在實施氣體鑽井結束後，轉換為常規鑽井液 鑽井前，為提高井壁穩定性而採取對井壁採取處理措施進行時所用的，具有使井壁表面疏 水及封堵、覆蓋井壁功能的複合物，以及其製備方法。

【背景技術】
[0002] 中國經濟的快速發展帶動能源消費量急劇增加。能源最重要的種類是石油和天然 氣。鑽井工程是油氣資源獲得的首要手段。
[0003] 為提高勘探開發速度，在陸相地層應用了氣體鑽井技術，鑽井速度明顯提高，為加 快勘探開發進程提供了強有力的技術支撐，經濟效益和社會效益顯著。但在氣體鑽井結束， 轉換為鑽井液鑽井過程中，往往出現井壁失穩垮塌，輕則阻卡劃眼，重則造成卡鑽等鑽井事 故，大大影響了氣體鑽井的實際應用效果。本申請發明人，通過實踐、調查後，分析得出氣液 轉換過程中井壁失穩的主要因素有以下幾點：
[0004] (1)氣體鑽井過程中，井筒內氣柱壓力低於地層壓力，處於一種欠平衡狀態；同時 由於空氣錘或鑽頭的震動，引發井壁周圍產生微裂縫或加劇原有地層微裂縫的發育，結果 使地層原生裂縫加大並產生大量的次生裂縫，整個井壁處於"酥鬆"狀態。特別對於含泥頁 巖和富含高嶺石和伊利石等活度較高的地層，易沿著地層膠接面產生水化剝落掉塊，引起 井壁坍塌，嚴重影響鑽井施工進度。
[0005] (2)由於攜帶鑽屑的乾燥空氣將近井壁周圍巖石所含水分帶出，使井壁處於乾燥 狀態，氣體鑽井後替入水基鑽井液，水分因毛細管作用瞬間進入親水"酥鬆"地層的三維網 狀微裂縫產生膨脹壓，導致地層剝落、掉塊、甚至垮塌。
[0006] (3)替入的水基鑽井液對井壁的衝刷也是導致井壁失穩的重要原因。
[0007] 針對上述原因，本申請發明人總結出解決氣液轉換過程中井壁失穩的主要措施 是採用具有合理密度的強抑制性、強封堵性鑽井液體系或無滲透鑽井液體系，在進行氣液 轉換時，提高鑽井液的抑制性、封堵性，降低鑽井液濾失量，從而防止井壁吸水膨脹、剝落掉 塊。然而在現場施工過程中，鑽井液需要一定的液柱高度才能與地層建立起力學平衡，即鑽 井液液柱達到一定高度時，液柱壓力才能使鑽井液中的封堵材料進入井壁，阻止濾液的進 一步滲透，實現有效封堵。但由於氣體鑽井時乾燥的井壁吸水性很強，與鑽井液接觸瞬間即 吸水，使得無滲透鑽井液體系無法發揮最佳效果。因此，可在替入鑽井液前先向井內泵入一 種前置液，由於該前置液含有能改變井壁潤溼性的井壁穩定劑，因而大大減弱了井壁的瞬 時吸水性。
[0008] 中國專利申請號：200710100288.x，本發明提供了一種鑽井施工過程中循環介質 由氣體轉換為液體時的前置液及其使用方法。該前置液中含有有機娃酸鹽，在氣液轉換施 工時，首先注入前置液對井壁進行塗覆處理，使井壁表面呈疏水性，然後再注入鑽井液，井 壁在與鑽井液接觸時，不會很快吸水，隨著鑽井液在環空中返高增加，液柱產生的壓力使鑽 井液中的抑制劑、封堵劑等處理劑充分發揮作用。該方法為鑽井液與井壁間建立力學平衡 贏得了時間，提高了氣液轉換施工時井壁的穩定性。
[0009] 但現有井壁穩定劑存在以下缺陷：
[0010] 1)粘度不符合施工要求而影響塗覆，導致不易形成連續均勻的疏水層，鑽井液極 易滲入"空白"地層，造成頁巖吸水膨脹後掉塊和坍塌；
[0011] 2)所形成的保護層單薄，經不起鑽井液轉換過程中鑽井液對井壁的衝刷而導致井 壁所形成的疏水層脫離，進而導致井壁失穩。


【發明內容】

[0012] 本發明的目的在於：針對現有技術存在的缺陷，提出一種石油工業鑽井用氣液轉 換井壁穩定液，解決粘度因素導致保護層覆蓋不均勻、連續的問題，解決保護層單薄抗衝刷 能力低的問題。
[0013] 本發明目的通過下述技術方案來實現：
[0014] 一種鑽井用氣液轉換井壁穩定液，包括下列組分，下列各組分按重量份配比：
[0015] 基礎油：30?60 ;陽離子表面活性劑：5?10 ;非離子表面活性劑：2?5 ;聚二甲 基矽氧烷：3?10 ;油溶性樹脂：10?15 ;石油浙青：5?10 ;聚合醇：5?10 ;去離子水： 5 ?20。
[0016] 作為選擇,所述基礎油為0#柴油或5#白油。
[0017] 上述方案中所述井壁穩定液為油包水乳狀液，與常規井壁穩定劑相比，具有粘度 低，流動性好，能在井壁表面塗覆均勻、連續等優點，因而在現場使用時可不經調配就能滿 足施工要求，簡化了施工程序，提高了施工進度。若井壁穩定液採用純基礎油作為液相，其 中的油溶性聚合物分子上的親水基團之間具有締合作用，會導致聚合物分子形成空間網絡 結構，從而增大其流體力學體積，導致井壁穩定液粘度過高。而井壁穩定液採用油包水乳狀 液作為液相，聚合物的親水基團會優先排列在水滴的表面，從而取代了原有的締合作用，破 壞了聚合物分子間的空間網絡結構，使聚合物的流體力學體積大大減小，從而起到降低井 壁穩定液液相粘度的作用。
[0018] 作為選擇，所述陽離子表面活性劑為雙十二烷基二甲基氯化銨或/和雙十六烷基 二甲基氯化銨。這類表面活性是一種陽離子潤溼反轉劑，它的陽離子親水基團會在靜電引 力作用下吸附於負電性粘土表面，在其表面覆蓋一層憎水性親油基團，使粘土表面由親水 性變為疏水性，從而阻礙粘土的吸水，降低吸水膨脹壓，大大減弱井壁的瞬時吸水性，為鑽 井液液柱建立力學平衡贏得時間，使其中的抑制劑和封堵劑充分發揮作用。同時，由於這類 表面活性劑具有"雙子"結構，分子的親油端為兩條長碳鏈，因此比常規潤溼反轉劑在粘土 表面所覆蓋的親油基團更加緻密，使粘土表面的疏水性更強。
[0019] 作為選擇，所述非離子表面活性劑為山梨醇單酐油酸酯或/和山梨醇單酐硬脂酸 酯。該類油溶性表面活性劑的HLB值為4?5,且其乳化性能優良，非常適合做油包水乳狀 液的乳化劑。
[0020] 作為選擇，所述聚二甲基矽氧烷的數均分子量為1000?5000,其結構式為：
[0021]

【權利要求】
1. 一種鑽井用氣液轉換井壁穩定液，其特徵在於包括下列組分，下列各組分按重量份 配比：基礎油：30?60 ;陽離子表面活性劑：5?10 ;非離子表面活性劑：2?5 ;聚二甲基 矽氧烷：3?10 ;油溶性樹脂：10?15 ;石油浙青：5?10 ;聚合醇：5?10 ;去離子水：5? 20 〇
2. 如權利要求1所述的鑽井用氣液轉換井壁穩定液，其特徵在於包括下列組分，下列 各組分按重量份配比：基礎油：40?45 ;陽離子表面活性劑：6?9 ;非離子表面活性劑： 2?3 ;聚二甲基矽氧烷：5?8 ;油溶性樹脂：12?15 ;石油浙青：8?10 ;聚合醇：6?8 ; 去離子水：1〇?15。
3. 如權利要求2所述的鑽井用氣液轉換井壁穩定液，其特徵在於由下述按重量百分比 的組分組成：基礎油44% ;聚二甲基矽氧烷7% ;非離子表面活性劑3% ;陽離子表面活性劑 6% ;油溶樹脂12% ;石油浙青8% ;聚合醇6% ;去離子水14%。
4. 如權利要求1、2或3所述的鑽井用氣液轉換井壁穩定液，其特徵在於：所述基礎油 為〇#柴油或5#白油。
5. 如權利要求1、2或3所述的鑽井用氣液轉換井壁穩定液，其特徵在於：所述陽離子 表面活性劑選自雙十二烷基二甲基氯化銨或/和雙十六烷基二甲基氯化銨。
6. 如權利要求1、2或3所述的鑽井用氣液轉換井壁穩定液，其特徵在於：所述非離子 表面活性劑為山梨醇單酐油酸酯或/和山梨醇單酐硬脂酸酯。
7. 如權利要求1、2或3所述的鑽井用氣液轉換井壁穩定液，其特徵在於：所述油溶性 樹脂為松香改性酚醛樹脂。
8. 如權利要求1、2或3所述的鑽井用氣液轉換井壁穩定液，其特徵在於：所述聚合醇 為聚乙二醇，數均分子量為5000?20000。
9. 如權利要求1至9中任一權利要求所述的鑽井用氣液轉換井壁穩定液的製備方法， 其特徵在於包括以下步驟：反應釜中基礎油及非離子表面活性劑升溫至60±5°C後攪拌 30±5min，加入陽離子表面活性劑60±5°C下攪拌30±5min，加入聚二甲基娃氧燒60±5°C 下攪拌40±5min，加入油溶性樹脂、石油浙青60±5°C下攪拌60±10min後，加入聚合醇和 水繼續60 ± 5°C下攪拌60 ± lOmin，然後在攪拌條件下冷卻至25 ± 5°C放出包裝即可。
【文檔編號】C09K8/035GK104312556SQ201410592693
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月29日 優先權日:2014年10月29日
【發明者】操盛章, 周翰, 吳嬌 申請人:成都得道實業有限公司