CN103788932A

CN103788932A - 油田纳米加重剂

Info

Publication number: CN103788932A
Application number: CN201410047093.3A
Authority: CN
Inventors: 冯海平
Original assignee: Beijing Shida Bocheng Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Shida Bocheng Technology Co Ltd
Priority date: 2014-02-11
Filing date: 2014-02-11
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2034-02-11
Also published as: CN103788932B

Abstract

本发明提供了一种油田纳米加重剂，其各组分按重量分数配比如下：表面活性剂：1～3份；稳定剂：2～5份；激发剂：5～10份；所述油田纳米加重剂分为液体加重剂和固体加重剂，其中，液体加重剂还包括：水：20～45份；分散剂：1～2份；加重材料：30～60份；固体加重剂还包括：分散剂：0.5～1份；加重材料：85～100份。固体加重剂用于石油钻井、完井、油基泥浆或固井作用中的水泥加重剂；液体加重剂用于石油钻井、完井的加重剂及直接可用作试油工作液。不仅有较高的加重效率，而且具有良好的悬浮稳定性，非常适合在高温、高压等恶劣环境中使用。

Description

油田纳米加重剂

技术领域

本发明属于石油勘探技术领域，特别涉及一种油田纳米加重剂。

背景技术

随着石油行业勘探开发向深层超深层进军，高密度钻完井技术成为保障钻探作业安全顺利的关键技术之一。高密度钻完井液中需要加入大量的固相加重材料以提高密度，导致了钻完井液中固相含量大，现场应用普遍存在流变性和失水造壁性难以控制的基本矛盾。

钻井工程面临着西部深井﹑超深井的钻探，东部老油田打加密井﹑多分支井提高采收率﹑低渗透油气藏的开发及滩海地区钻大位移井、实现海油陆采等问题，要求钻井液密度更高，抗温和抗各种污染能力更强（饱和盐、石膏、钻屑综合污染）。常规加重剂（如重晶石粉）的粒径通常在10μm～70μm之间，在应用过程中经常出现重晶石沉降速率高、钻井液密度上下不均等现象。为了解决其悬浮问题，通常需加入大量处理剂。但随着处理剂加量的增大，一方面导致钻井液的成本急剧上升；另一方面导致钻井液流变性恶化且难以控制，保持较低的流变参数以有效控制循环当量密度（ECD）和较高的粘切以保证重晶石悬浮性之间的矛盾难以调和，从而严重影响钻井工作。同时，重晶石等固相颗粒对地层岩石孔喉的堵塞也对油气层造成一定的伤害。因此，对传统加重材料进行改性成为目前钻井完井液的研究方向之一，研发一种钻完井用纳米级加重剂就显得尤为重要。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提出一种油田纳米加重剂，可广泛应用于石油勘探钻完井和固井作业中，也可单独作为试油工作液使用，由于在本发明的纳米加重剂中，表面活性剂和分散剂、稳定剂、激发剂不仅对加重材料表面进行了化学改性，加重剂粒子表面形成双电层，颗粒之间的静电斥力增加，颗粒沉降趋势大大减弱，颗粒在溶液中形成胶体，在静电斥力和布朗运动双重作用下，形成一个动力学稳定体系。因此，非常适合在高温、高压、高盐等恶劣环境中使用。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种油田纳米加重剂，其各组分按重量分数配比如下：表面活性剂：1～3份；稳定剂：2～5份；激发剂：5～10份；所述油田纳米加重剂分为液体加重剂和固体加重剂，其中，液体加重剂还包括：水：20～45份；分散剂：1～2份；加重材料：30～60份；固体加重剂还包括：分散剂：0.5～1份；加重材料：90～100份。

所述的表面活性剂选自非离子或阳离子表面活性剂中的至少一种，和阴离子表面活性剂中的至少一种；

所述的表面活性剂选自阴离子表面活性剂中的至少两种。

所述的表面活性剂中非离子表面活性剂包括：烷基硅烷类、聚氧乙烯类、烷基聚氧乙烯类；阴离子表面活性剂包括：烷基磺酸胺醋酸盐类、烷基磺酸盐类；阳离子表面活性剂包括：氯代烷基吡啶、烷基甲基卤烃。

所述的分散剂为聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺中的一种或两种的混合。

所述稳定剂为多元醇类，如季戊四醇、木糖醇、甘露醇中的两种或三种的混合物。

所述激发剂是一种双电层激发剂

所述的加重材料是铁矿粉、重晶石、碳酸钙中的一种或多种的任意比例混合物。

所述油田纳米加重剂的制备方法为：

对于液体加重剂：将水、表面活性剂、分散剂、稳定剂、激发剂与加重材料混合均匀后，置于纳米生产设备中，在常温下充分研磨至用马尔文2000或同类产品的激光粒度仪测量粒径达到：D50小于1微米为止，将研磨好的物料进行储存即可得到用于石油钻井、完井及试油工作液的液体产品；

对于固体加重剂：将表面活性剂、分散剂、稳定剂、激发剂与加重材料混合均匀置于纳米生产设备中，在常温下充分研磨至用马尔文2000或同类产品的激光粒度仪测量粒径达到：D50小于1微米为止，将研磨好的物料进行干燥，粉碎过筛即可得到用于石油钻井、完井、油基泥浆或固井的固体产品。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明可广泛应用于石油勘探钻完井和固井作业中，也可单独作为试油工作液使用，由于在本发明的纳米加重剂中，表面活性剂和分散剂、稳定剂、激发剂不仅对加重材料表面进行了化学改性，加重剂粒子表面形成双电层，颗粒之间的静电斥力增加，颗粒沉降趋势大大减弱，颗粒在溶液中形成胶体，在静电斥力和布朗运动双重作用下，形成一个动力学稳定体系。因此，非常适合在高温、高压、高盐等恶劣环境中使用，本发明的油田纳米加重剂的优点：

1、本发明加重剂粒径可达纳米级(物料中产品的颗粒粒径D50小于1微米)，比普通加重剂粒径小100多倍；

2、本发明加重剂具有良好的悬浮稳定性，避免了普通加重剂的沉淀问题；

3、本发明加重剂应用于钻井时可保护油层，可在油层自由流动，可反排；

4、本发明加重剂固体产品可直接应用于油基泥浆加重，在高温下可坚持40天，而普通加重剂只能坚持7天左右，相对于现有技术，效果更好。

5、本发明加重剂可代替国内的试油工作液，解决国内试油工作液的沉淀问题及密度低的问题。

附图说明

图1为本发明中实施例1油田纳米加重剂粒径报告图。

图2为本发明中实施例2油田纳米加重剂粒径报告图。

图3为本发明中实施例3油田纳米加重剂粒径报告图。

图4为本发明中实施例4油田纳米加重剂粒径报告图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明技术方案做进一步详细描述：

实施例1、一种油田纳米加重剂，其各组分按重量份为：30%水+5%稳定剂（季戊四醇：木糖醇=1：1）+1%表面活性剂（烷基磺酸胺醋酸盐：氯代烷基吡啶=1：1）+2%分散剂（聚丙烯酸钠）+5%激发剂（双电层激发剂）+57%加重材料（重晶石）；

实施例2、一种油田纳米加重剂，其各组分按重量份为：30%水+5%稳定剂（甘露醇：木糖醇=1：1）+1%表面活性剂（烷基磺酸盐：氯代烷基吡啶=1：1）+2%分散剂（聚丙烯酸钠）+5%激发剂（双电层激发剂）+57%加重材料（重晶石）；

实施例3、一种油田纳米加重剂，其各组分按重量份为：5%稳定剂（季戊四醇：甘露醇：木糖醇=1：1：1）+1%表面活性剂（烷基磺酸盐：烷基甲基卤烃=1：1）+2%分散剂（聚丙烯酸钠）+5%激发剂（双电层激发剂）+87%加重材料（重晶石）；

实施例4、一种油田纳米加重剂，其各组分按重量份为：5%稳定剂（甘露醇：木糖醇=1：1）+1%表面活性剂（烷基磺酸盐：烷基甲基卤烃=1：1）+2%分散剂（聚丙烯酸钠）+5%激发剂（双电层激发剂）+87%加重材料（重晶石）。

试验例：

1粒径评价

本发明的纳米加重剂粒径可达纳米级，用马尔文2000激光粒度仪测量粒径检测，其结果如下（见表1）

实施例1：测试产品为液体，密度：1.90g/cm3，配方为：30%水+5%稳定剂（季戊四醇：木糖醇=1：1）+1%表面活性剂（烷基磺酸胺醋酸盐：氯代烷基吡啶=1：1）+2%分散剂（聚丙烯酸钠）+5%激发剂（双电层激发剂）+57%加重材料（重晶石）

实施例2：测试产品为液体，密度：1.90g/cm3，配方为：30%水+5%稳定剂（甘露醇：木糖醇=1：1）+1%表面活性剂（烷基磺酸盐：氯代烷基吡啶=1：1）+2%分散剂（聚丙烯酸钠）+5%激发剂（双电层激发剂）+57%加重材料（重晶石）

实施例3：测试产品为固体，产品配方：5%稳定剂（季戊四醇：甘露醇：木糖醇=1：1：1）+1%表面活性剂（烷基磺酸盐：烷基甲基卤烃=1：1）+2%分散剂（聚丙烯酸钠）+5%激发剂（双电层激发剂）+87%加重材料（重晶石）

实施例4：测试产品为固体，产品配方：5%稳定剂（甘露醇：木糖醇=1：1）+1%表面活性剂（烷基磺酸盐：烷基甲基卤烃=1：1）+2%分散剂（聚丙烯酸钠）+5%激发剂（双电层激发剂）+87%加重材料（重晶石）

表1纳米加重剂粒径检测数据表

序号	D10（μm）	D50（μm）	D90（μm）
				实施例1	0.092	0.514	2.370
实施例2	0.089	0.285	1.046
				实施例3	0.104	0.831	3.004
实施例4	0.180	1.126	2.908

上述实施例1-4的粒径报告如图1-4所示，本发明纳米加重剂的粒径达到纳米级；

2悬浮稳定性评价

本发明的液体纳米加重剂作为试油工作液可在高温下静止15天以上依然具有良好的悬浮稳定性，作为试油工作液的要求是，在高温条件下（160℃以上）条件下，静止老化15天以上具有良好的流变性和悬浮稳定性，流变性主要通过流变参数进行评价，悬浮稳定性主要通过平均沉实度来进行评价。

选取实施例1所述纳米加重剂进行测试，测试产品为液体，密度：1.90g/cm3，配方为：30%水+5%稳定剂（甘露醇：木糖醇=1：1）+1%表面活性剂（烷基磺酸盐：氯代烷基吡啶=1：1）+2%分散剂（聚丙烯酸钠）+5%激发剂（双电层激发剂）+57%加重材料（重晶石），高温静止的温度180℃，其结果如下（见表2）。

表2液体纳米加重剂的流变性及悬浮稳定性实验数据

注：AV:表观粘度，PV：塑性粘度；YP：动切力；G:初终切

上述实验表明，采用本发明液体纳米加重剂作为试油工作液效果较好，该体系在180℃条件下静止156天依然具有良好的流变性，且体系的悬浮稳定性液较好。

3特殊油基泥浆加重剂评价

分别采用本发明的固体纳米加重剂和普通加重剂进行对比试验，主要是通过对油基泥浆进行加重实验，老化温度200℃，实验结果如下（见表3）

选取实施例3所述纳米加重剂进行测试，测试产品为固体，产品配方：5%稳定剂（季戊四醇：甘露醇：木糖醇=1：1：1）+1%表面活性剂（烷基磺酸盐：烷基甲基卤烃=1：1）+2%分散剂（聚丙烯酸钠）+5%激发剂（双电层激发剂）+87%加重材料（重晶石）

表3实施例于对比例在油基泥浆体系中的加重实验数据

注：1#为实施例3固体纳米加重剂；2#为普通加重剂

AV:表观粘度，PV：塑性粘度；YP：动切力；G:初终切ES：破乳电压

体系配方：柴油+14.18g（主乳化剂）+8g辅乳化剂+0.5%SP-80+21ml水+10.5gCaCl2·2H2O+1.5g有机土Geltonev（1%）+15g有机褐煤+3gCaO+本发明纳米加重剂加重剂

上述实验数据表明，采用本发明的纳米加重剂在200℃条件下老化30天依然具有良好的流变性和较高的破乳电压，而普通加重剂的体系在老化第7天出现粘度增高现象，而且沉淀严重，说明本发明纳米加重剂具有良好的性能。

4储层保护评价

分别采用本发明实施例4的固体纳米加重剂和普通加重剂进行对比试验，主要是通过对体系岩心渗透率恢复值实验进行对比，结果如下（表4）。

表4实施例于对比例渗透率恢复值实验数据

注：体系：清水+0.2%NaOH+0.12%Na2CO3+0.2%ZNP-1+0.5%NaPAN+0.2%MV-CMC+2.5%DBFT-201+2%PSC-1+1%SMT+0.15%XY-27+0.5%BC-VIS+2%BC-BPG+本发明纳米加重剂

上述实验数据表明，采用本发明的纳米加重剂在体系中具有良好的储层保护效果。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，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书所限定的保护范围为准。

Claims

1.一种油田纳米加重剂，其特征在于，其各组分按重量分数配比如下：表面活性剂：1～3份；稳定剂：2～5份；激发剂：5～10份；所述油田纳米加重剂分为液体加重剂和固体加重剂，其中，液体加重剂还包括：水：20～45份；分散剂：1～2份；加重材料：30～60份；固体加重剂还包括：分散剂：0.5～1份；加重材料：90～100份。

2.根据权利要求1所述的油田纳米加重剂，其特征在于，所述的表面活性剂选自非离子或阳离子表面活性剂中的至少一种，和阴离子表面活性剂中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的油田纳米加重剂，其特征在于，所述的表面活性剂选自阴离子表面活性剂中的至少两种。

4.根据权利要求2或3所述的油田纳米加重剂，其特征在于，所述的表面活性剂中非离子表面活性剂包括：烷基硅烷类、聚氧乙烯类、烷基聚氧乙烯类；阴离子表面活性剂包括：烷基磺酸胺醋酸盐类、烷基磺酸盐类；阳离子表面活性剂包括：氯代烷基吡啶、烷基甲基卤烃。

5.根据权利要求1所述的油田纳米加重剂，其特征在于，所述的分散剂是的聚丙烯类的一种衍生物，如聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺的一种或混合物。

6.根据权利要求1所述的油田纳米加重剂，其特征在于，所述稳定剂为多元醇类，如季戊四醇、木糖醇、甘露醇其中两种或三种混合物。

7.根据权利要求1所述的油田纳米加重剂，其特征在于，所述激发剂是一种双电层激发剂。

8.根据权利要求1所述的油田纳米加重剂，其特征在于，所述的加重材料是铁矿粉、重晶石、碳酸钙中的一种或多种的任意比例混合物。

9.根据权利要求1～8任一所述的油田纳米加重剂，其特征在于，所述油田纳米加重剂的制备方法为：

对于固体加重剂：将表面活性剂、分散剂、稳定剂、激发剂与加重材料混合均匀置于纳米研磨机中，在常温下充分研磨至用马尔文2000或同类产品的激光粒度仪测量粒径达到：D50小于1微米为止，将研磨好的物料进行干燥，粉碎过筛即可得到用于石油钻井、完井、油基泥浆或固井的固体产品。