CN103965845B - 一种页岩气水平井固井冲洗液 - Google Patents

一种页岩气水平井固井冲洗液 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种适合页岩气水平井固井的高效冲洗液，冲洗液具有一定的切力和粘度，在水利机械作用下起到对油浆和油膜的拖拽作用，达到有效清洗油膜和顶替粘稠油基钻井液的目的。该冲洗液主要由非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、有机酸、提粘提切剂组成。其各成分及配比按重量份如下：非离子表面活性剂2~10份，阴离子表面活性剂2~7份，有机酸2~4份，提粘提切剂0.5~5.0份，清水72~100份。本发明的页岩气水平井固井冲洗液对于这种粘度和切力较高，油水比范围较宽，例如从60/40（v/v）至90/10（v/v）的钻井液均有高效的冲洗效果。

Description

一种页岩气水平井固井冲洗液
技术领域
本发明涉及油田固井技术，属于页岩气水平井固井清洗油基钻井液所用冲洗、隔离液领域。
背景技术
页岩气水平井钻井过程存在的主要难题是井壁失稳。井壁失稳给钻井、地质录井、测井及固井等作业将会带来一定的困难。油基钻井液作为一种优良的钻井液体系常用于页岩气水平井钻井中解决页岩稳定性问题，并取得了良好的钻井施工效果。但是就固井施工而言，油基钻井液会滞留在界面处并形成油浆和油膜，这将会严重影响水泥环的界面胶结强度，降低水泥环的封固质量，因此在固井注水泥作业前时要注入具有润湿反转高效冲洗作用的冲洗液，用于清洗粘附在界面处的油浆、油膜及泥饼，改善环空界面的胶结环境，保证水泥环的封固质量。
目前用于油基钻井液的冲洗液种类很多。申请号为02148985.8的中国专利“油基泥浆冲洗液及其制备方法”公开了一种包含2.5-3.5份氢氧化钠和4.0-5.0份乙二胺四乙酸再加入12.0-12.5份油酸的冲洗液，将其加入清水中搅拌20-30分钟，然后再加入2.0-2.2份十二烷基硫酸钠和5.0-5.5份烷基脂肪醇聚氧乙烯醚搅拌55-65分钟，最后再加入有机硅消泡剂。
申请号为01115908.1的中国专利“油基泥浆固井用冲洗液”公开了由一种基础油和两种不同分子量的表面活剂以及一种烷基酚的聚氧乙烯醚组成的冲洗液，该冲洗液对油基泥浆和泥饼有较好的冲洗能力，同时对油基泥浆有显著稀释降粘作用。
申请号为201110332950的中国专利“一种固井用高效抗污染隔离液及其制备方法”公开了一种在清水中，按重量份加入悬浮稳定剂、降失水剂、增粘剂、稀释剂、提粘提切剂、加重剂、pH值调节剂所配制的隔离液，该隔离液适于水基钻井液的井况。
申请号为200710049483的中国专利“含盐隔离液体系及制备方法”公开了一种在100%清水中，按质量百分比加入1~5%粘土矿物、0.05~0.25%增粘剂、0.1~0.3%降失水剂、0.1~1.5%流型调节剂、30~333%加重剂、1~35%NaCl、0.06~0.3%Na2CO3及少量消泡剂所配制的隔离液,该含盐隔离液具有较强抗可溶性盐污染能力、宽的密度调节范围、灵活的流变性调控能力和较好的流体间化学兼容性。
“《Using Surfactant Nanotechnology to Engineer DisplacementPackagesforCementing Operations》”SPE127885中介绍了利用表面活性剂纳米技术为固井作业设计隔离液顶替液。这项技术可以简化隔离液中表面活性剂种类及加量，从而降低费用及在现场的人为失误。
以上现有技术所描述的冲洗液/隔离液主要适用于油水比较大，例如大于85/15（v/v）的油包水钻井液和含油钻井液的清洗，但对页岩气水平井钻井中使用的油水比范围较宽，例如为60/40（v/v）~90/10（v/v）这样的油基钻井液的冲洗效果，特别是对于油基钻井液塑性粘度、切力很高时，还有一定的局限性。粘附在套管壁和井壁的油基钻井液，不仅耗费的冲洗液很多，且很难清洗干净，在很大程度上影响了二界面的固井胶结质量，这给后期进行大规模分段压裂造成很大影响。
发明内容
本发明的目的是：解决页岩气水平井钻井使用油基钻井液会在套管壁和井壁上粘附着一层油基钻井液和油膜，导致水泥环界面胶结性能变差问题。提供一种适合页岩气水平井固井的高效冲洗隔离液，冲洗液具有一定的切力和粘度，在水利机械作用下起到对油浆和油膜的拖拽作用，达到有效清洗油膜和顶替粘稠油基钻井液的目的。
为实现上述发明目的，本发明所采取的技术方案是提供一种页岩气水平井固井用冲洗液，其包括非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、有机酸和提粘提切剂。
其中非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基酰醇胺、脂肪酸聚氧乙烯烷酯或烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种的组合。所述脂肪醇聚氧乙烯醚分子式为R1O(CH2CH2O)mH，式中烷基R1优选为C12～C18的烷基；m优选为3～9；所述聚氧乙烯烷基酰醇胺分子式为R2CON(CH2CH2O)2H，根据R2的不同分为椰子油二乙醇酰胺或棕榈油二乙醇酰胺；所述脂肪酸聚氧乙烯烷酯分子式为：
R3COO(CH2CH2O)nH，式中烷基R3优选为C12～C18的烷基；n优选为8～20，烷基酚聚氧乙烯醚分子式为式中烷基R4优选为C8或C9的烷基；x优选为8～12。阴离子表面活性剂优选为烷基醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐。烷基醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐分子式为R5O(CH2CH2O)yOPO(ONa)2，式中烷基R5优选为C8～C12的烷基。有机酸优选为直链烷基苯磺酸或石油磺酸。直链烷基苯磺酸分子式为式中烷基R6优选为C8～C16的烷基；石油磺酸分子式为R7SO3H，式中烷基R7优选为C14～C18的烷基。提粘提切剂优选为坂土或羧甲基纤维素钠。
优选地，各成分及配比（按重量份计）如下：非离子表面活性剂2~10份，阴离子表面活性剂2~7份，有机酸2~4份，提粘提切剂0.5~5.0份，清水72~100份。
本发明的另一目的在于提供一种油基钻井液的清洗液，包括使用所述的页岩气水平井固井冲洗液。
优选地，所述油基钻井液为白油基或柴油基钻井液。
更优选地，所述清洗方法的操作温度为20-90℃。
更进一步优选地，所述油基钻井液的油水比为60/40(v/v)~90/10(v/v)，优选为60/40(v/v)~80/20(v/v)。
本发明的又一目的在于提供一种所述页岩气水平井固井冲洗液在清洗油水比为60/40(v/v)~90/10(v/v)和粘度、切力较大的油基钻井液方面的应用。
本发明的优点至少包括：所发明的冲洗液具有更广泛的适应性，例如对无论是粘度高、低的油基钻井液都有较好的清洗效果，且对油水比范围比较宽，例如为60/40(v/v)~90/10(v/v)的钻井液具有较好的清洗效果。通过使用本发明的冲洗液，可以对页岩气钻井中使用白油基和柴油基类钻井液有较好的润湿反转和清洗驱替效果，可以在温度20~90℃条件下，对油基钻井液进行有效清洗，用该冲洗液有效解决了页岩气钻井使用油基钻井液粘度高，固井时油膜清洗困难，环空顶替不干净的问题，尤其是塑性粘度较大的钻井液效果更加明显。
具体实施方式
以下配合本发明的优选实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。
本发明所述清水包括但不限于自制的一次性蒸馏水或购买的纯净水、去离子水或生活用水；本发明所述烷基醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐包括但不限于钠盐或钾盐；所述磺酸包括但不限于直链烷基苯磺酸或石油磺酸，下述实施例中所使用的磺酸为直链烷基苯磺酸。
实施例：
实例1：
在200g生活用水中加入1.0g羧甲基纤维素钠后搅拌60分钟，依次加入10g脂肪醇聚氧乙烯醚+10g聚氧乙烯烷基酰醇胺+6g烷基醇聚氧乙烯醚磷酸酯钠+1g磺酸。
实例2：
在200g去离子水中加入10g坂土后搅拌30分钟，依次加入2g壬基酚聚氧乙烯醚+2g聚氧乙烯烷基酰醇胺+14g烷基醇聚氧乙烯醚磷酸酯钠+3g磺酸。
实例3：
在200g去离子水中加入2.0g羧甲基纤维素钠后搅拌60分钟，依次加入4g脂肪醇聚氧乙烯醚+6g聚氧乙烯烷基酰醇胺+4g脂肪酸聚氧乙烯醚硫酸钾+8g磺酸。
白油基钻井液基础配方为：基础油+2.8%主乳化剂+0.7％辅乳化剂+2%有机土+1%增黏剂+25%CaCl2溶液+2.5%CaO+2%降滤失剂+3～5%封堵剂+水。
柴油基钻井液基础配方为：基础油+3.5%有机土+2.5%主乳化剂+0.9辅乳化剂+1%增黏剂+20%CaCl2溶液+2%CaO+3%降滤失剂+0.2%流型调节剂+2%封堵剂。
配制成油水比90:10（v/v）、80:20（v/v）、70:30（v/v）和60：40（V/v）四种油基泥浆进行冲洗试验。
表1不同油水比白油基钻井液的流变数据
表2不同油水比柴油基钻井液的流变数据
配制成油水比90:10（v/v）、80:20（v/v）、70:30（v/v）和60:40（v/v）四种油基泥浆进行冲洗试验。
表3冲洗隔离液对不同油水比白油基钻井液的清洗效果
表4冲洗隔离液对不同油水比柴油基钻井液的清洗效果
从以上实验结果看，随着油水比的降低，油基钻井液的粘度和切力增加，要达到把油基钻井液100%冲洗干净，需要冲洗液冲洗的时间也越长。本发明的页岩气水平井固井冲洗液对于这种粘度和切力较高，油水比范围较宽，例如从60/40（v/v）至90/10（v/v）的钻井液均有高效的冲洗效果。
以上所述仅是本发明的优选实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种页岩气水平井固井冲洗液，其特征在于，包括非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、有机酸、提粘提切剂和清水，
其中，所述阴离子表面活性剂为烷基醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐，所述烷基醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐分子式为R5O(CH2CH2O)yOPO(ONa)2，式中烷基R5为C8～C12的烷基；所述有机酸的分子式为或R7SO3H，其中烷基R6为C8～C16的烷基，烷基R7为C14～C18的烷基；所述提粘提切剂为坂土或羧甲基纤维素钠；
按重量计，所述非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、有机酸、提粘提切剂和清水的配比如下：
非离子表面活性剂 2-10份 阴离子表面活性剂 2-7份
有机酸 0.5-4份 提粘提切剂 0.5-5.0份 清水 72-100份。
2.如权利要求1所述的页岩气水平井固井冲洗液，其特征在于，所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基酰醇胺、脂肪酸聚氧乙烯烷酯或烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种的组合，
其中所述脂肪醇聚氧乙烯醚分子式为R1O(CH2CH2O)mH，式中烷基R1为C12～C18的烷基，m为3～9；所述聚氧乙烯烷基酰醇胺为椰子油二乙醇酰胺或棕榈油二乙醇酰胺；所述脂肪酸聚氧乙烯烷酯分子式为：R3COO(CH2CH2O)nH，式中烷基R3为C12～C18的烷基，n为8～20，烷基酚聚氧乙烯醚分子式为式中烷基R4为C8或C9的烷基，x为8～12。
3.一种油基钻井液的清洗方法，包括使用权利要求1或2所述的页岩气水平井固井冲洗液。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述油基钻井液为白油基或柴油基钻井液。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述油基钻井液的清洗方法的操作温度为20-90℃。
6.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述油基钻井液的油水体积比为60/40～80/20。
7.权利要求1或2所述的页岩气水平井固井冲洗液在清洗油水体积比为60/40～90/10的油基钻井液方面的应用。
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