一種適用于油基鉆井液的微乳液型沖洗液體系及制備方法
【專利摘要】一種適用于油基鉆井液的微乳液型沖洗液體系及制備方法，主要解決現(xiàn)有沖洗液存在的沖洗效率低、潤濕反轉(zhuǎn)能力弱、界面膠結(jié)質(zhì)量差等不足。該沖洗液體系由微乳液型沖洗劑和基液組成。微乳液型沖洗劑各組份及重量比例為：清水100份、陰離子表面活性劑4～6份、非離子表面活性劑3～6份、助表面活性劑6～10份、鹽7～15份?；簽楹幸欢ㄙ|(zhì)量百分濃度加重劑、聚合物的水溶液。該沖洗液與油基鉆井液中油相接觸時(shí)能夠自發(fā)形成微乳液，可以高效清除殘留的油基鉆井液，潤濕反轉(zhuǎn)能力強(qiáng)，保證水泥環(huán)與環(huán)空界面的膠結(jié)，應(yīng)用前景廣闊。
【專利說明】
一種適用于油基鉆井液的微乳液型沖洗液體系及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及油氣井固井領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于油基鉆井液的微乳液型沖洗液 體系及制備方法，特別適用于固井前對油基鉆井液進(jìn)行沖洗，提高固井界面膠結(jié)質(zhì)量。
【背景技術(shù)】
[0002] 油基鉆井液性能穩(wěn)定、潤滑性好、抑制性強(qiáng)，有利于保持井壁穩(wěn)定，在泥頁巖、鹽膏 層等復(fù)雜地層和深井、大位移井等特殊鉆井施工中應(yīng)用逐年增加。由于油基鉆井液與固井 水泥漿是理化性質(zhì)不同的兩種工作液，如果固井前無法將井壁上的油基鉆井液清除干凈， 殘留井壁上的油基鉆井液會摻混入水泥漿中，使水泥石抗壓強(qiáng)度、膠結(jié)強(qiáng)度大幅度降低、孔 隙度和滲透率升高，殘留井壁上的油基鉆井液濾餅因不具有固結(jié)能力而在井眼環(huán)空界面處 形成微環(huán)隙，嚴(yán)重影響固井二界面膠結(jié)質(zhì)量和水泥環(huán)封隔能力。多年來，如何有效清除殘留 油基鉆井液及濾餅、保證套管及井壁的水潤濕性，是油基鉆井液完鉆后固井面臨的關(guān)鍵難 題。
[0003] 國內(nèi)外就適用于油基鉆井液的沖洗液進(jìn)行了大量的研究。如CN1174075C公開的油 基鉆井液固井用沖洗液，主要由聚乙二醇酯、水潤濕劑烷基酚聚氧乙烯醚及基礎(chǔ)油相組成， 該沖洗液能有效沖洗殘留油基鉆井液及濾餅，同時(shí)對油基鉆井液具有較好的稀釋降粘作 用。CN1405265A公開的油基鉆井液沖洗液及其制備方法，主要用于解決二界面膠結(jié)強(qiáng)度低 的問題，其主要作用成分為螯合劑乙二胺四乙酸二鈉、表面活性劑十二烷基硫酸鈉和烷基 脂肪醇聚氧乙烯醚。CN103555306A公開的一種適用于高溫高鹽環(huán)境的油基鉆井液沖洗液， 主要作用成分為離子型表面活性劑AES和非離子表面活性劑月桂醇聚氧乙烯醚，該體系具 有較高的鹽濃度，且能耐較高溫度。岳前升等研制出一種油基鉆井液濾餅解除液HCF，它是 一種相對穩(wěn)定的水包油乳液體系，其中水相有混合酸、清洗滲透劑、粘土穩(wěn)定劑、緩蝕劑、乳 化劑及防垢劑等組成。美國專利6686323公開的一種沖洗液，其作用機(jī)理是利用烷基聚葡萄 糖苷類表面活性劑及酯類溶劑的混合溶液進(jìn)行沖洗。哈里伯頓公司的Ryan等人、貝克休斯 公司的Jonathan等人均提出將微乳液技術(shù)應(yīng)用到固井沖洗液中，用于清洗井眼中殘留的油 基鉆井液，并初步取得了一定成果。
[0004] 有機(jī)溶劑和表面活性劑型沖洗液對油基鉆井液具有較好的沖洗效果，但因其潤濕 反轉(zhuǎn)能力弱、增溶能力小等不足，依然制約著油基鉆井液條件下固井質(zhì)量。因此，研究適用 于油基鉆井液的高效固井沖洗液具有顯著的市場效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有固井沖洗液對油基鉆井液沖洗效率低、界面膠結(jié)質(zhì) 量差的缺點(diǎn)和不足，依據(jù)"表面活性劑+助表面活性劑+鹽"的水溶液復(fù)合體系與油基鉆井液 中油相接觸時(shí)能夠自發(fā)形成微乳液的原理，提出了一種適用于油基鉆井液的微乳液型沖洗 液體系及制備方法。該沖洗液具有與油界面張力低，對油增溶能力強(qiáng)的特點(diǎn)，接觸殘留油基 鉆井液油相后，能增溶油相并自發(fā)形成微乳液，對油基鉆井液具有較強(qiáng)的清洗能力。所形成 微乳液同樣與油間界面張力極低，能進(jìn)一步對油基鉆井液進(jìn)行清洗。沖洗液密度及流變性 可調(diào)。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的微乳液型沖洗液體系，由微乳液型沖洗劑和基液 組成。
[0007] 所述微乳液型沖洗劑，按照質(zhì)量份數(shù)其組成為：
[0008] 清水 1〇〇 份；
[0009] 陰離子表面活性劑 4~6份；
[0010] 非離子表面活性劑 3~6份；
[0011] 助表面活性劑 6~10份；
[0012]鹽 7 ~15 份。
[0013]所述陰離子表面活性劑可以是琥珀酸二(2-乙基己酯)磺酸鈉、α-烯烴磺酸鈉中的 一種。
[0014]所述非離子表面活性劑可以是異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯醚Span20、 Span40、Span60 中的一種。
[0015] 所述助表面活性劑可以是正丙醇、正丁醇、正戊醇、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚、乙二 醇丁醚中的一種或幾種組合。
[0016] 所述鹽可以是氯化鉀、氯化鈉、氯化銨中的一種。
[0017] 所述基液為含有一定質(zhì)量百分濃度加重劑、聚合物的水溶液。
[0018] 所述加重劑可以是重晶石、石英砂、鐵礦粉中的一種或幾種組合，所述重晶石粒徑 介于25~48μηι，所述石英砂粒徑介于58~106μηι，所述鐵礦粉粒徑介于10~37μηι，所述加重 劑占基液質(zhì)量的〇~30 %。
[0019]所述聚合物可以是黃原膠、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)與丙烯酰胺(AM)聚 合物、羧甲基羥乙基纖維素（CMHEC)、聚乙烯醇(PVA)中的一種或幾種組合，占基液質(zhì)量的 0.1% ~1%〇
[0020] 所述適用于油基鉆井液的微乳液型沖洗液體系制備及使用方法，步驟如下：將鹽 溶于清水中，制備濃度為7%~10%的鹽水溶液;依次將陰離子表面活性劑、非離子表面活 性劑、 助表面活性劑加入到鹽水中，攪拌均勻，制備出微乳液型沖洗劑;按照基液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的 10 %~20 %加入微乳液型沖洗劑，制備出微乳液型沖洗液。
[0021] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：（1)本發(fā)明中的助表面活性劑能同時(shí)溶于油相及水相中，對油相及 水相具有一定程度改性作用，有助于沖洗液與油接觸時(shí)自發(fā)形成微乳液；（2)沖洗液與油相 間界面張力極低，有利于提高沖洗效率；（3)陰-非離子表面活性劑的復(fù)配體系具有更高的 表面活性及對油的增溶能力；（4)所形成微乳液與油界面張力極低，且具有較好的增溶能 力， 能進(jìn)一步對殘留油基鉆井液進(jìn)行清洗，提高清洗效率。（5)所形成微乳液粒徑極小，可 有效防止乳液阻塞。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 實(shí)施例1: 一種適用于油基鉆井液的微乳液型沖洗液體系的組成
[0023] -種適用于油基鉆井液的微乳液型沖洗液體系由微乳液型沖洗劑和基液組成。微 乳液型沖洗劑可由以下物質(zhì)組成，各物質(zhì)的質(zhì)量份數(shù)具體為:清水100份、陰離子表面活性 劑琥珀酸二（2-乙基己酯)磺酸鈉4份、非離子表面活性劑異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚3份、助表 面活性劑正丁醇6份、氯化鈉7份?；褐悬S原膠質(zhì)量濃度0.1%，加重劑重晶石質(zhì)量濃度 3%，按照基液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的15%加入沖洗劑，制備出微乳液型沖洗液。采用旋轉(zhuǎn)滴界面張力 儀測定沖洗液與油的界面張力，并計(jì)算其對油的增溶參數(shù)，依照中華人民共和國石油天然 氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5374-2000"油氣井注水泥前置液使用方法"評價(jià)沖洗效率，轉(zhuǎn)速為1400 轉(zhuǎn)/分鐘，沖洗時(shí)間為5分鐘，結(jié)果列于表1。采用的油基鉆井液配方組成為：白油+1.5%VG-69有機(jī)土+0.5 % LCR-0 ID主乳化劑+3 %降濾失劑+25 %水+5 %氯化鈣+0.5 %輔助乳化劑，鉆 井液密度為1.30g/cm3〇
[0024] 實(shí)施例2:-種適用于油基鉆井液的微乳液型沖洗液體系的組成
[0025] -種適用于油基鉆井液的微乳液型沖洗液體系由微乳液型沖洗劑和基液組成。微 乳液型沖洗劑可由以下物質(zhì)組成，各物質(zhì)的質(zhì)量份數(shù)具體為:清水100份、陰離子表面活性 劑琥珀酸二（2-乙基己酯)磺酸鈉6份、非離子表面活性劑異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚5份、助表 面活性劑正丁醇9份、氯化鈉10份。基液中黃原膠質(zhì)量濃度0.5%，加重劑石英砂質(zhì)量濃度 25%份，按照基液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的10%加入沖洗液，測定沖洗液與油的界面張力，計(jì)算其對油的 增溶參數(shù)，測定沖洗效率，結(jié)果列于表1。
[0026] 表1微乳液型沖洗液基本性能評價(jià)
[0027]
其中，增溶參數(shù)為單位質(zhì)量表面活性劑增溶油的體積。
[0028] 實(shí)施例3:沖洗液體系對膠結(jié)面潤濕反轉(zhuǎn)性能評價(jià)
[0029] 以實(shí)施例1沖洗液體系為測試對象，首先配制沖洗液。對固井界面污染實(shí)驗(yàn)方法如 下:采用模擬井筒法，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16783.2-2012 "鉆井液現(xiàn)場測試第2部分：油基鉆 井液"，在一定溫度、3.5MPa條件下進(jìn)行油基鉆井液30分鐘污染實(shí)驗(yàn)，用油基鉆井液對套管 (固井第一界面)和巖芯（固井第二界面)進(jìn)行污染。對固井界面沖洗實(shí)驗(yàn)方法如下:采用模 擬井筒法，在一定溫度、3.5MPa條件下使用固井沖洗液體系對套管、巖芯進(jìn)行沖洗，根據(jù)中 華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5374-2000"油氣井注水泥前置液使用方法"，沖洗 液返排速度為〇.5m/s，沖洗時(shí)間為5min。采用光學(xué)接觸角測量儀測定潤濕角。界面膠結(jié)強(qiáng)度 測定方法:將套管和巖芯放入模具中，注入水泥漿，在70°C的水浴中養(yǎng)護(hù)24h后，用壓力機(jī)測 定界面膠結(jié)強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。
[0030]表2微乳液型沖洗液體系對膠結(jié)面潤濕反轉(zhuǎn)性能
[0031]
[0032]
[0033] 圖1給出了實(shí)施例1制備沖洗液沖洗油基鉆井液后形成微乳液液滴粒徑。
[0034] 從表1、表2和圖1中可以看出，本發(fā)明的沖洗液體系與油相間界面張力極低，且對 油具有較好的增溶性能，因此具有較高的沖洗效率及潤濕反轉(zhuǎn)能力，對固井第一、第二界面 沖洗后，兩界面均為親水性，為水泥漿膠結(jié)提供了合適的環(huán)境，保證界面膠結(jié)強(qiáng)度。增溶殘 留油基鉆井液后形成微乳液，粒徑極小，能有效防止乳液阻塞。
[0035] 當(dāng)然，以上所述僅是本發(fā)明的一種實(shí)施方式而已，應(yīng)當(dāng)指出本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾 均屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種適用于油基鉆井液的微乳液型沖洗液體系，其特征在于由微乳液型沖洗劑和基 液組成。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微乳液型沖洗劑，其特征在于各組份W及重量比例如下： 清水 ！〇〇份； 巧離予泰面活性劑 4~6份； 非離子表面活性劑 3~6份; 妨表面活性劑 6~10份;： 盛 7~15份。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微乳液型沖洗劑，其特征在于所述陰離子表面活性劑可W是 班巧酸二(2-乙基己醋)橫酸鋼、α-締控橫酸鋼中的一種。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微乳液型沖洗劑，其特征在于所述非離子表面活性劑可W是 異構(gòu)十Ξ醇聚氧乙締酸、聚氧乙締酸Span20、Span40、Span60中的一種。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微乳液型沖洗劑，其特征在于所述助表面活性劑可W是正丙 醇、正下醇、正戊醇、丙二醇下酸、丙二醇甲酸、乙二醇下酸中的一種或幾種組合。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微乳液型沖洗劑，其特征在于所述鹽可W是氯化鐘、氯化鋼、 氯化錠中的一種。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基液，其特征是含有一定質(zhì)量百分濃度加重劑、聚合物的水溶 液。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述基液，其特征在于所述加重劑是重晶石、石英砂、鐵礦粉中的一 種或幾種組合，所述重晶石粒徑介于25~4祉m，所述石英砂粒徑介于58~106μπι，所述鐵礦 粉粒徑介于10~37μηι，所述加重劑占基液質(zhì)量的0~30%。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述基液，其特征在于所述聚合物是黃原膠、2-丙締酷胺-2-甲基丙 橫酸(AMPS)與丙締酷胺(AM)聚合物、簇甲基徑乙基纖維素(CMHEC)、聚乙締醇(PVA)中的一 種或幾種組合，占所述基液質(zhì)量的0.1 %~1 %。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于油基鉆井液的微乳液型沖洗液體系，其特征在于制備 方法為:將鹽溶于清水中，制備出鹽水溶液;依次將陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑、 助表面活性劑加入到鹽水中，攬拌均勻，制備出微乳液型沖洗劑;按照基液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的10% ~20%加入微乳液型沖洗劑，攬拌均勻，即可得到適用于油基鉆井液的微乳液型沖洗液。
【文檔編號】C09K8/536GK106085395SQ201610438760
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】王成文, 孟仁洲, 楊馥蔓
【申請人】中國石油大學(xué)(華東)