CN106675541A - 一种水基冲洗液 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水基冲洗液，由以下质量百分比的原料制备而成：非离子表面活性剂2‑4％、阴离子表面活性剂3‑5％、磷酸二氢钠1‑2％、氢氧化钠0.5‑1％、水余量。本发明具有优良的物理化学作用，改善界面胶结特性，提高界面胶结质量。第一，有效改善界面润湿特性，提高套管和水泥环的亲和性；第二，对界面滞留钻井液等粘附物质有效的润湿渗透和清除分散作用尤其是有效携带井径不规则井段滞留的大量胶凝钻井液，最终提高界面与水泥环的密封质量。

Description

一种水基冲洗液

技术领域

本发明涉及化工材料领域，具体涉及一种水基冲洗液。

背景技术

我国冲洗液的研究发展始于二十年前，最初采用清水，后来引进西方的思想和技术，吸收了冲洗液能够冲洗固井表面粘附油，改善界面性能重要作用的思想，进行了相应的冲洗液体系的研究。经历二十多年的发展，我国成型的冲洗液体系仍然很少，主要有化学冲洗液、稀释型冲洗液，化学冲洗液主要是清水中加入一定量的复配的表面活性剂体系配制而成，复配体系为阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂组成，阴离子和非离子表面活性剂具有良好的清洗油污，改善界面润湿性能的作用；稀释型冲洗液主要是由基浆及泥浆的稀释剂、页岩稳定剂等配制而成的，其实质就是由泥浆处理转化而成的冲洗液，目前现场应用最多的就是完钻钻井液进行稀释抗钙处理作为冲洗液。本文所阐述的清洗液添加剂即为化学冲洗液的一种。

随着油气需求量的日益增长、油气勘探难度逐渐增大、深井超深井和复杂油气井的出现，对油气井固井质量的要求和提高固井质量的难度越来越高，国内原有的前置液技术已满足不了现代固井的需求。国内复杂油气藏勘探开发和特殊井固井质量问题主要体现在固井顶替效率低、环空油气水窜及界面胶结质量差等问题，而采用优质的前置液技术是解决影响固井质量因素的重要手段和措施之一，所以研究适应于现代固井需要的优质前置液技术是迫切需要的。我们必须重视和有效解决这两个关键因素，以获得高的固井质量。采用优质的前置液体系可以有效的辅助提高固井质量，但是由对目前国内前置液的分析得出，国内对于前置液的重要作用认识不足，机理研究薄弱，用量设计不合理，因此导致前置液现场应用的效果始终不明显。

发明内容

为解决上述问题，本发明通过广泛的资料调研、室内宏观和微观实验分析提供了一套优质的淡水基驱油冲洗液体系。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种水基冲洗液，由以下质量百分比的原料制备而成：

非离子表面活性剂2-4％、阴离子表面活性剂3-5％、磷酸二氢钠1-2％、氢氧化钠0.5-1％、水余量。

优选地，所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇类的羧酸酯中的一种或几种。

优选地，所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠中的一种或几种。

本发明具有以下有益效果：

(1)所得冲洗液具有优良的改善钻井液流动能力，提高钻井液紊流流动能力，提高顶替效率；

(2)所得冲洗液具有长期(一般一年内)稳定性，可以存放，固井时间拖延仍可继续使用。

(3)所得冲洗液具有现场工艺可选择性，满足井上各种工艺设备条件

(4)所得冲洗液具有优良的抗污染能力，能够有效隔开流体，防止接触污染，尤其是消除水泥浆与钻井液掺混后容易造成水泥浆瞬间稠化或稠化时间缩短现象，保证固井施工安全；

(5)具有优良的物理化学作用，改善界面胶结特性，提高界面胶结质量。第一，有效改善界面润湿特性，提高套管和水泥环的亲和性；第二，对界面滞留钻井液等粘附物质有效的润湿渗透和清除分散作用尤其是有效携带井径不规则井段滞留的大量胶凝钻井液，最终提高界面与水泥环的密封质量。

附图说明

图1为表面活性剂A的表面张力曲线。

图2为表面活性剂B的表面张力曲线

图3为表面活性剂C的表面张力曲线。

图4为表面活性剂D的表面张力曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

采用圈环法对表面活性剂溶液或冲洗液的表面张力进行了测定和评价。

圈环法测定表面张力的原理：当一特殊材料制备的圆环从液体中缓慢升起时，将携带一环状液柱上升，待液柱从圆环上脱落时，正好是液柱重力刚好超过表面张力产生的上升拉力。由此可由圆环的几何尺寸，液柱脱落时的液柱质量求出液体的表面张力。通常用铂丝制成圆环，将它挂在扭力秤上，然后转动扭力丝，使其浸在液体中的环缓缓上升，这时拉起来的液体呈圆柱形。

当环与液面突然脱离时(随时保持金属杆的水平位置不变)，由液体自重对环施加的向下拉力F＝mg，该值和沿环周围的表面张力反抗向上的拉力相等，即

F＝mg＝2πR′γ+2π(R′+2r)γ＝4π(R′+r)γ＝4πRγ

式中：m-拉起液柱的质量；R-环的平均半径；

设环的内半径为R′，铂丝本身的半径为r，环的平均半径即为R＝R′+r

由上式可得：γ＝F/4πR

若实验测出F，便可求出γ，但实际上拉起的液柱并不是圆柱形的，所以上式还必须乘上一个校正因子f，从而有：

γ＝F/4πRf。

选择一种非离子表面活性剂，提高前置液的渗透乳化和润湿反转能力，使固井界面亲水，使溶液能够很好的渗透到界面滞留物的内部，有利于清洗的进行；选择一种阴离子表面活性剂，有效的清洗固井界面油膜和滞留物；选择一种洗涤助剂，提高渗透性能和洗涤性能；选择一种乳化剂，可以将从清洗下来的油污和滞留物乳化稳定在前置液溶液中，提高界面胶结质量。根据文献资料，表面活性剂总加量以冲洗液的0.1％-1.0％(质量/体积)加入较为合适。单独使用非离子表面活性剂，加量以0.4％-1.5％为佳，使用阴离子与非离子表面活性剂复配，表面活性剂总量不超过1.5％，阴离子与非离子表面活性剂的比例在2∶1-1∶1；两性表面活性剂一般与阴离子、非离子表面活性剂复配使用，其加量约占表面活性剂总量的3％-20％，占冲洗液体系总重量的0.05％-0.54％。最终，本试样通过大量表面活性剂筛选和性能分析，最终选择非离子表面活性剂A，一种清洗助剂B，一种阴离子表面活性剂C，一种无机助洗剂D，进行合理的用量和复配评价研究。

①表面活性剂A是一种非离子表面活性剂，外观为浅黄色透明粘稠液体，具有良好的渗透力，渗透力≤10秒；其经中和后，具有高效的润湿、渗透性，较强的耐碱、耐高温性，作为耐碱、耐高温的渗透剂和润湿剂，性能优良。

②表面活性剂B是一种有机助洗剂，可以辅助发挥冲洗液的清洗效果，是淡黄色液体或糊状液体，具有良好的渗透性，与其它表面活性剂配合时，由发生相乘效果，其清洗力增加，污垢分散性、耐硬水性和皮肤保护性良好；它广泛应用于液体洗涤剂、液体皂、金属清洗剂、纺织助剂等方面。

③表面活性剂C是一种阴离子表面活性剂，外观为白色固体粉末具有较强的润湿、净洗性能，良好的起泡性。广泛地用于工业、民用各种洗涤剂的配制，在印染工业中用作煮炼剂，净洗剂。使用时注意其起泡性能。

④表面活性剂D是一种浅黄色至黄色油状液体，具有良好的分散污垢的能力，同时对钻井液具有良好的稀释降粘和分散作用。

单一表面活性剂评选

在水中不同浓度的表面活性剂溶液，测定表面张力。实验中采用硬水配制。

由图1，图2，图3及图4中可以看出，表面活性剂的表面张力随着浓度的增加，表面张力降低，表面活性剂在溶液的浓度达到一定数值以后，表面活性剂在溶液中形成胶束，在此以后表面张力不再降低。数据显示，阴离子表面活性剂和洗涤助剂表面张力的最低值。给我们实验提供了有效是数据参考，以备下一步多种表面活性剂复配使用.

由表1是二元复配表面活性剂的表面张力及表2是三元及四元复配表面活性剂的表面张力，数据表明，多元表面活性剂复配比单一表面活性剂的表面张力低，三元复配较二元复配效果好，四元复配较三元复配效果好，四元复配溶液表面张力能够降低到29mN/m。原因就是多元复配后形成混合胶束，使表面张力降得更低。

表1 二元复配表面活性剂的表面张力表

表2 三元及四元复配表面活性剂的表面张力表

为什么表面活性剂多元复配体系形成比单一表面活性剂更低的界面张力呢？单一表面活性剂存在临界胶束浓度，在溶液中表面活性剂超过临界胶束浓度后形成胶团，油类滞留物与表面活性剂形成低界面张力，从表面脱离后加容到胶团中间。而复配表面活性剂溶液，存在两种或两种以上的表面活性剂时，随着总浓度的增加，也将形成聚集体。这种聚集体显然是溶液中的各种表面活性剂的混合物，因而称为混合胶团。开始形成混合胶团的表面活性剂总浓度以CMCM表示，称之为混合临界胶束浓度；当浓度超过CMCM后，单一体系和混合体系在性质上显示出明显的差别，在CMCM时，这种组成间的差异最大，随着总浓度的增加，混合胶团的组成逐步趋近于体系的总组成。多元体系在CMCM时，必有一个组分的单体浓度达到最大，相应地有可能产生最大吸附，然后该组分的单体浓度随总浓度的增加而下降，吸附也相应减少，这就是混合体系在CMCM时附近可能产生低表(界)面张力的原因。因此单一表面活性剂溶液与油类滞留物的界面张力要高于复配溶液与油类滞留物的界面张力。

用六速旋转粘度计测量冲洗效率的测定方法：

配制好冲洗液，混拌均匀，并在常压稠化仪中加热至试验温度70℃±1℃。卸下旋转粘度计的旋转外桶，称其质量W₀(g)，将旋转粘度计旋转外桶刻度线以下部分用毛刷均匀涂上轻质原油，并称其质量W₁(g)。旋转粘度计样品杯中装入制备好的冲洗液，其液面至样品杯刻度线。将旋转外桶放入装有冲洗液的粘度计样品杯里，使试样转子刻度线与粘度计样品杯中的清洗液液面平行。启动旋转粘度计，以300/min转速旋转5分钟。取出试样转子并沥干水分，称其质量W₂(g)。清洗效率计算公式：

式中：η——冲洗效率，％

W0——旋转外桶质量(g)

W1——冲洗前混合样和旋转外桶质量(g)

W2——冲洗后混合样和旋转外桶质量(g)

水基冲洗效率如表3-4所示。

表3 水基冲洗液体系(1.0g/cm³)冲洗效率(70℃)

序号	钻井液密度(g/cm3)	浓度(％)	冲洗时间(min)	冲洗效率(％)
					1	1.0	5	5	95
2	1.2	5	5	93
					3	1.6	5	5	92
4	1.8	5	5	90

表4 水基冲洗液(1.0g/cm³)对不同钻井液体系及原油、柴油冲洗效率

从冲洗效率实验数据可以看出，本实验所研究出的清洗液添加剂具有优良的冲洗效果。下图是以原油为例的冲洗效果对比图。

冲洗液系列冲洗液与钻井液、隔离液具有良好的相容性(表5-7)。

表5 冲洗液与油基钻井液的相容性实验(60℃)

表6 冲洗液与钻井液流变相容性实验(90℃)

备注：钻井液密度1.2g/cm³，冲洗液含量5％，密度1.1g/cm³。

表7 冲洗液与隔离液相容性实验(25℃)

备注：隔离液密度1.5g/cm³，冲洗液含量5％，密度1.1g/cm³。

隔离液配方设计

隔离液的组成相对较多，主要包括悬浮剂、分散剂和加重剂。加重剂用来调节隔离液的密度，以满足现场应用需求；悬浮剂用于悬浮隔离液的加重材料，以保证浆体的稳定性；分散剂用于改善隔离液的流变性，在保证浆体稳定的前提下，最大的降低隔离液的粘度，提高其流动性。通过调整不同处理剂的加量，设计出一套完整的隔离液体系，用于满足现场的施工要求，隔离液体系组成设计及流变性能见表8-10。

表8 隔离液体系组成设计

表9 隔离液体系流变参数

表10 隔离液流变性能随温度的变化(1.25g/cm³)

隔离液的相容性，是其实现现场应用的重要技术指标之一。隔离液与常规水泥浆、钻井液具有良好的流变及稠化相容性(表11-15)。

表11 隔离液与低密度水泥浆流变相容性(30℃)

表12 隔离液与高密度水泥浆混浆流动度实验

表13 隔离液与高密度水泥浆稠化相容性实验

表14 隔离液与钠盐聚合物钻井液流变相容性(20℃)

表15 隔离液与聚磺钻井液流变相容性(140℃)

适用范围

用于高压盐水层、盐层、盐膏层固井或采用盐水配浆时应选用抗盐外加剂。

使用温度范围：冲洗液20～140℃、隔离液20～140℃。

隔离液制浆顺序水+悬浮剂+稀释剂+其他外加剂+加重剂

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种水基冲洗液，其特征在于，由以下质量百分比的原料制备而成：

非离子表面活性剂2-4％、阴离子表面活性剂3-5％、磷酸二氢钠1-2％、氢氧化钠0.5-1％、水余量。

2.如权利要求1所述的一种水基冲洗液，其特征在于，所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇类的羧酸酯中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的一种水基冲洗液，其特征在于，所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠中的一种或几种。