CN111004612A

CN111004612A - 一种微泡钻井液

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Publication number: CN111004612A
Application number: CN201811166962.9A
Authority: CN
Inventors: 谢建宇; 刘光成; 卢国林; 吴健; 王中华; 吕跃滨
Original assignee: Sinopec Oilfield Service Corp; Sinopec Zhongyuan Petroleum Engineering Co Ltd; Drilling Engineering Technology Research Institute of Sinopec Zhongyuan Petroleum Engineering Co Ltd
Current assignee: Sinopec Oilfield Service Corp; Sinopec Zhongyuan Petroleum Engineering Co Ltd; Drilling Engineering Technology Research Institute of Sinopec Zhongyuan Petroleum Engineering Co Ltd
Priority date: 2018-10-08
Filing date: 2018-10-08
Publication date: 2020-04-14
Anticipated expiration: 2038-10-08
Also published as: CN111004612B

Abstract

本发明提供了一种微泡钻井液，包括：基液；处理剂；所述处理剂包括：泡沫增强剂和护壁剂。本发明提供的微泡钻井液的关键成分在于其中的泡沫增强剂和护壁剂，泡沫增强剂能够与发泡剂产生协同作用，增加微泡壁厚，提高对微泡中空气核密封性，增强微泡在高温高压条件下的稳定性和抗压缩性；护壁剂能够在井壁表面粘结成膜，封固井壁微裂缝，从而与微泡产生协同作用，显著改善微泡钻井液的承压封堵性能，减少其在低压易漏地层钻井过程中钻井液漏失发生概率。本发明提供的微泡钻井液的突出优点在于其良好的防漏特性，特别适用于低压易漏地层。

Description

一种微泡钻井液

技术领域

本发明涉及钻井液技术领域，尤其涉及一种微泡钻井液。

背景技术

目前，国内油田在低压或欠平衡钻井过程中，往往采用泡沫钻井液来降低钻井液密度，保证钻井施工安全。但是现有技术采用的普通钻井液泡沫粒径大，严重影响泥浆泵的上水效率，并且需要配套的注入气体的设备(如压缩机及生产和注入气体的设备等)，钻井成本较高。微泡钻井液是一种由表面活性剂和共聚物共同形成的一种直径在25～200μm之间的微泡沫，具有密度低，可重复使用，不受MWD(随钻测量)和钻井液马达等井下工具的影响，不用添加注入气体的设备等优势，并且微泡自身能有效封堵微裂缝，在钻遇地层微裂缝时，可有效防止或减少钻井液漏失，有利于保护油气层，降低钻井成本。

目前，现有技术中的微泡钻井液泡沫抗压缩性能不足，在井底高压条件下，泡沫体积收缩甚至空气从泡沫中逸出，并且体系中缺少能够在井壁粘结成膜、封固井壁微裂缝的处理剂，微泡钻井液体系在井底高温高压下对微裂缝的封堵性能存在不足，防漏性有待进一步加强。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种微泡钻井液，本发明提供的微泡钻井液能够显著改善钻井液的承压封堵性能，减少在低压易漏地层钻井过程中钻井液漏失发生的概率。

本发明提供了一种微泡钻井液，包括：

基液；

处理剂。

在本发明中，以重量份计，所述基液包括：

3～6份的膨润土；

0.1～0.4份的纯碱；

100份的水。

在本发明中，所述膨润土的重量份数优选为4～5份，更优选为4.5份。

在本发明中，所述纯碱的重量份数优选为0.2～0.3份。

在本发明中，所述处理剂以水的重量份数为基准，包括：

0.5～1份的发泡剂；

0.2～0.6份的稳泡剂；

0.1～0.5份的泡沫增强剂；

2～4份的降滤失剂；

1～3份的护壁剂；

0.3～1份的抑制剂；

0.2～0.5份的杀菌剂。

在本发明中，所述发泡剂的重量份数优选为0.6～0.9份，更优选为0.7～0.8份。在本发明中，所述发泡剂优选为十二烷基二甲基甜菜碱和椰油酰基甲基牛磺酸钠。在本发明中，所述十二烷基二甲基甜菜碱和椰油酰基甲基牛磺酸钠的质量比优选为1：(0.1～10)，更优选为1：(0.5～8)，更优选为1：(1～6)，更优选为1：(2～5)，最优选为1：(3～4)。

在本发明中，所述稳泡剂的重量份数优选为0.3～0.5份，更优选为0.4份。在本发明中，所述稳泡剂优选为黄原胶和高粘度羧甲基纤维素钠。在本发明中，所述黄原胶和高粘度羧甲基纤维素钠的质量比优选为1：(0.2～1)，更优选为1：(0.5～1.5)，更优选为1：(0.8～1.2)，最优选为1:1。

在本发明中，所述泡沫增强剂的重量份数优选为0.2～0.4份，更优选为0.3份。在本发明中，所述泡沫增强剂由包括以下物料的原料制备得到：

丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和十二烷基二甲基烯丙基氯化铵。

在本发明中，所述丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和十二烷基二甲基烯丙基氯化铵的摩尔比优选为(4～8)：(22～28)：(13～17)，更优选为(5～7)：(24～26)：(14～16)，最优选为6:25:15。

在本发明中，所述泡沫增强剂的相对分子质量优选为45000～55000，更优选为48000～55000，最优选为50000。在本发明中，所述泡沫增强剂优选为泡沫增强剂溶液，所述泡沫增强剂溶液的固含量优选为25～35％，更优选为28～32％，最优选为30％。

在本发明中，所述泡沫增强剂的制备方法优选为：

在巯基乙酸和过硫酸铵的作用下，将十二烷基二甲基烯丙基氯化铵溶液、丙烯酰胺溶液和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶液进行反应，得到泡沫增强剂溶液。

在本发明中，所述反应的温度优选为85～95℃，更优选为88～92℃，最优选为90℃。在本发明中，所述反应的时间优选为0.5～1.5小时，更优选为0.8～1.2小时，最优选为1小时。

在本发明中，所述反应完成后优选采用碱性物质调整反应体系的pH值至8。

在本发明中，所述泡沫增强剂的制备方法更优选为：

将巯基乙酸、十二烷基二甲基烯丙基氯化铵溶液、丙烯酰胺溶液和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶液加入反应容器升温至55～65℃，然后将过硫酸铵溶液加入到反应体系，将体系升温至85～95℃反应0.5～1.5小时，用氢氧化钠调整溶液pH值至8，得到泡沫增强剂溶液。

在本发明中，所述升温的温度优选为58～62℃，更优选为60℃。在本发明中，所述反应温度和时间与上述技术方案所述反应温度和时间一致，在此不再赘述。

在本发明中，所述降滤失剂的重量份数优选为2.5～3.5份，更优选为3份。在本发明中，所述降滤失剂优选为低粘度羧甲基纤维素钠、磺化酚醛树脂和磺化褐煤。在本发明中，所述低粘度羧甲基纤维素钠、磺化酚醛树脂和磺化褐煤的质量比优选为1：(0.5～4)：(0.5～4)，更优选为1：(1～3)：(1～3)，最优选为1：(1.5～2.5)：(1.5～2.5)。

在本发明中，所述护壁剂的重量份数优选为1.5～2.5份，更优选为2份。在本发明中，所述护壁剂由以包括以下物料的原料制备得到：

丙烯酰胺、聚苯乙烯和甲基丙烯酸丁酯。

在本发明中，所述丙烯酰胺、聚苯乙烯和甲基丙烯酸丁酯的质量比优选为(0.5～1.5)：(0.5～1.5)：(3～5)，更优选为(0.8～1.2)：(0.8～1.2)：(3.5～4.5)，最优选为1:1:4。

在本发明中，所述护壁剂优选为护壁剂水溶液，所述护壁剂水溶液的质量浓度优选为0.5～1.5％，更优选为0.8～1.2％，最优选为1％。在本发明中，所述护壁剂水溶液的粘度优选为10～15mPa·s，更优选为11～14mPa·s，最优选为12～13mPa·s。

在本发明中，所述护壁剂的制备方法优选为：

将丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠和水混合，得到水相；

将聚苯乙烯泡沫、辛基酚聚氧乙烯醚和甲基丙烯酸丁酯混合，得到有机相；

将所述有机相滴加在水相中乳化，得到乳液；

向所述乳液中通入氮气后加入偶氮二异丁脒盐酸盐进行反应，得到护壁剂。

在本发明中，所述聚苯乙烯泡沫优选为废聚苯乙烯泡沫。

在本发明中，所述丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠和水的质量比优选为(13～17)：(1～3)：(180～220)，更优选为(14～16)：(1.5～2.5)：(190～210)，最优选为15:2:205。

在本发明中，所述聚苯乙烯泡沫、辛基酚聚氧乙烯醚和甲基丙烯酸丁酯的质量比优选为(10～20)：(1～3)：(55～65)，更优选为(12～18)：(1.5～2.5)：(58～62)，最优选为(14～16)：2:60。

在本发明中，所述有机相滴加在水相中的温度优选为40～50℃，更优选为42～48℃，最优选为44～46℃；所述有机相滴加在水相中的时间优选为20～30min，更优选为22～28min，最优选为24～26min。

在本发明中，所述乳化过程中的转速优选为550～650rpm，更优选为580～620rpm，最优选为600rpm；所述乳化的时间优选为0.5～1.5小时，更优选为0.8～1.2小时，最优选为1小时。

在本发明中，所述乳液通入氮气的温度优选为55～65℃，更优选为58～62℃，最优选为60℃；所述乳液通入氮气的时间优选为25～35min，更优选为28～32min，最优选为30min。

在本发明中，所述偶氮二异丁脒盐酸盐优选为偶氮二异丁脒盐酸盐溶液。在本发明中，所述加入偶氮二异丁脒盐酸盐反应的时间优选为5～7小时，更优选为5.5～6.5小时，最优选为6小时。

在本发明中，所述抑制剂的重量份数优选为0.5～0.8份，更优选为0.6～0.7份。在本发明中，所述抑制剂优选由以下物质制备得到：

丙烯酰胺、二甲胺和环氧氯丙烷。

在本发明中，所述丙烯酰胺、二甲胺和环氧氯丙烷的摩尔比优选为1：(0.3～0.7)：(0.3～0.7)，更优选为1：(0.4～0.6)：(0.4～0.6)，最优选为1:0.5:0.5。

在本发明中，所述抑制剂的相对分子质量优选为4.5～5.5万，更优选为4.8～5.2万，最优选为5万。

在本发明中，所述抑制剂的制备方法优选为：

将丙烯酰胺溶液和二甲胺进行反应，得到反应产物；

将所述反应产物和环氧氯丙烷反应，得到中间产物；

将所述中间产物和过硫酸铵反应，得到抑制剂。

在本发明中，所述丙烯酰胺溶液和二甲胺反应的温度优选为20～30℃，更优选为22～28℃，最优选为24～26℃；所述丙烯酰胺溶液和二甲胺反应的时间优选为1.5～2.5小时，更优选为2小时。

在本发明中，所述反应产物和环氧氯丙烷反应的温度优选为55～65℃，更优选为58～62℃，最优选为60℃；所述反应产物和环氧氯丙烷反应的时间优选为0.5～1.5小时，更优选为0.8～1.2小时，最优选为1小时。

在本发明中，所述中间产物和过硫酸铵反应的温度优选为85～95℃，更优选为88～92℃，最优选为90℃；所述中间产物和过硫酸铵反应的时间优选为0.3～0.7小时，更优选为0.4～0.6小时，最优选为0.5小时。

在本发明中，所述杀菌剂的重量份数优选为0.3～0.4份。在本发明中，所述杀菌剂优选为甲醛。

本发明提供的微泡钻井液的关键成分在于其中的泡沫增强剂和护壁剂，本发明中的泡沫增强剂能够与发泡剂产生协同作用，增加微泡壁厚，提高对微泡中空气核密封性，增强微泡在高温高压条件下的稳定性和抗压缩性；本发明中的护壁剂能够在井壁表面粘结成膜，封固井壁微裂缝，从而与微泡产生协同作用，显著改善微泡钻井液的承压封堵性能，减少其在低压易漏地层钻井过程中钻井液漏失发生概率。本发明通过采用特定成分的泡沫增强剂以及护壁剂显著提高了微泡钻井液的防漏性能。本发明提供的微泡钻井液的突出优点在于其良好的防漏特性，特别适用于低压易漏地层。

在本发明中，所述微泡钻井液的制备方法优选为：

将膨润土和纯碱加入水中混合，配制得到基浆；

将所述处理剂即发泡剂、稳泡剂、泡沫增强剂、降滤失剂、护壁剂、抑制剂和杀菌剂依次加入到基浆中，得到微泡钻井液。

本发明提供的微泡钻井液抗温性能可达到135℃，泡沫稳定、抗压缩能力强，在低压易漏地层具有良好的防漏效果，并且体系的抗盐、钙污染能力强，抑制泥页岩水化分散效果好。

本发明提供的微泡钻井液，通过在体系中加入泡沫增强剂，使其与发泡剂进行协同作用，增加微泡壁厚，提高对微泡中空气核密封性，增强微泡在高温高压条件下的稳定性与抗压缩性，加入护壁剂，使其在井壁表面粘结成膜，封固井壁微裂缝，从而与微泡协同作用，显著改善微泡钻井液的承压封堵性能，减少在低压易漏地层钻井过程中钻井液漏失发生概率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1制备的微泡钻井液封堵性能的检测结果；

图2为本发明对比微泡钻井液的封堵性能检测结果。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1泡沫增强剂的制备

将10g十二烷基二甲基烯丙基氯化铵溶解于100g清水中待用；

将80g丙烯酰胺和10g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶解于250g清水中待用；

将1g过硫酸铵溶解于50g清水中待用；

将0.1g巯基乙酸、十二烷基二甲基烯丙基氯化铵溶液、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶液加入反应容器中并升温至60℃，然后将过硫酸铵溶液加入反应体系中，将体系升温至90℃反应1小时，用NaOH调整溶液pH值至8，得到平均分子量为50000，固相含量20％的泡沫增强剂。

实施例2护壁剂的制备

在四口烧瓶中，加入丙烯酰胺15g，十二烷基苯磺酸钠2.1g，蒸馏水205g，搅拌均匀，得到水相；

将聚苯乙烯泡沫15.0g、辛基酚聚氧乙烯醚2.1g溶解于60.0g甲基丙烯酸丁酯中，得到有机相；

在45℃下将上述有机相在30min内均匀滴加到水相中，在600rpm下乳化1小时后升温至60℃，通N₂ 30min后加入含0.27g偶氮二异丁脒盐酸盐的5g水溶液，反应6小时后停止反应，得到护壁剂。

实施例3抑制剂的制备

将100g丙烯酰胺溶解于300g水中，搅拌均匀后加入50g二甲胺在室温下反应2小时，然后升温至35℃分批向反应器中加入50g环氧氯丙烷，将得到的溶液升温至60℃反应1小时，然后加入含1.5g的过硫酸铵的10mL水溶液，升温至90℃反应0.5小时，得到抑制剂。

实施例4微泡钻井液制备

在100g清水中加入6g的膨润土和0.3g的纯碱，高速搅拌2小时，室温下放置养护24小时，得到基浆；

将0.8g的发泡剂(质量比为1:0.5的十二烷基二甲基甜菜碱和椰油酰基甲基牛磺酸钠的混合物)、0.2g的稳泡剂(质量比为1:0.8的黄原胶和高粘度羧甲基纤维素钠的混合物)、0.3g的实施例1制备的泡沫增强剂、3g的降滤失剂(质量比为1:2:2的低粘度羧甲基纤维素钠、磺化酚醛树脂和磺化褐煤的混合物)、2g实施例2制备的护壁剂、0.3g实施例3制备的抑制剂和0.3g的甲醛杀菌剂加入到基浆中，用搅拌器混合均匀，得到微泡钻井液。

实施例5～8微泡钻井液的制备

按照实施例4的方法制备微泡钻井液，与实施例4的区别在于所用原料的用量比例不同，实施例5～8所用原料的用量如表1所示。

表1实施例5～8制备微泡钻井液所用原料用量

实施例9微泡钻井液性能检测

将本发明实施例4～6制备得到的微泡钻井液利用搅拌机进行发泡，在600转/分的条件下搅拌10分钟，得到不同密度的微泡钻井液，实施例4的微泡钻井液密度为0.85g/cm³，实施例5的微泡钻井液的密度为0.87g/cm³，实施例6的微泡钻井液的密度为0.86g/cm³。

(1)抗温性能评价

将发泡后的微泡钻井液在135℃高温老化16小时，用六速旋转粘度剂测定钻井液的流变性，检测结果如表2所示。

表2本发明实施例制备的微泡钻井液的抗温性能

(2)承压封堵性能评价

在可视砂床中分别加入体积相同的40～60目沙子，将实施例4～6制备的微泡钻井液以及质量含量为6％的膨润土基浆分别加入可视砂床模拟堵漏装置(青岛新领机电科技有限公司FA-BX型可视砂床)中进行试验，试验结果如表3所示。

表3本发明实施例制备的微泡钻井液的承压封堵性能

钻井液类型	ρ/(g/cm<sup>3</sup>)	承压封堵情况
			膨润土基浆	1.04	全部漏失
实施例4	0.85	0.7Mpa不漏，15cm砂床浸湿深度12cm
			实施例5	0.87	0.7Mpa不漏，15cm砂床浸湿深度12.5cm
实施例6	0.86	0.7Mpa不漏，15cm砂床浸湿深度12.5cm

由表3可以看出，与6％的膨润土基浆相比，本发明实施例制备的微泡钻井液在可视砂床模拟堵漏装置中能显著降低钻井液漏失量。

在CL-II型模拟堵漏装置(湖北创联石油科技有限公司提供)中分别加入40～60目以及60～90目的沙子，将实施例4制备的微泡钻井液和对比微泡钻井液(对比微泡钻井液的制备方法与实施例4相同，只是不加入泡沫增强剂和护壁剂，密度也为0.85g/cm³)加入CL-II型模拟堵漏装置中进行承压封堵实验，检测结果如图1和图2所示。

由图1和图2可知，在不加入泡沫增强剂和护壁剂的情况下微泡钻井液仅仅能封堵60～90目的砂床，无法有效封堵40～60目的砂床，而本发明实施例制备的微泡钻井液在40～60目砂床中承压可达15MPa以上，对更宽的地层微裂缝具有良好的封堵性能。

由以上实施例可知，本发明提供了一种微泡钻井液，包括：基液；处理剂；所述处理剂包括：泡沫增强剂和护壁剂。本发明提供的微泡钻井液的关键成分在于其中的泡沫增强剂和护壁剂，泡沫增强剂能够与发泡剂产生协同作用，增加微泡壁厚，提高对微泡中空气核密封性，增强微泡在高温高压条件下的稳定性和抗压缩性；护壁剂能够在井壁表面粘结成膜，封固井壁微裂缝，从而与微泡产生协同作用，显著改善微泡钻井液的承压封堵性能，减少其在低压易漏地层钻井过程中钻井液漏失发生概率。本发明提供的微泡钻井液的突出优点在于其良好的防漏特性，特别适用于低压易漏地层。

Claims

1.一种微泡钻井液，包括：

基液，以重量份计，所述基液包括：3～6份的膨润土；0.1～0.4份的纯碱；100份的水；

处理剂，以基液中水的重量份为基准，所述处理剂包括：0.5～1份的发泡剂；0.2～0.6份的稳泡剂；0.1～0.5份的泡沫增强剂；2～4份的降滤失剂；1～3份的护壁剂；0.3～1份的抑制剂；0.2～0.5份的杀菌剂；

所述泡沫增强剂由包括丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和十二烷基二甲基烯丙基氯化铵的物料制备得到；

所述护壁剂由包括丙烯酰胺、聚苯乙烯和甲基丙烯酸丁酯的物料制备得到。

2.根据权利要求1所述的微泡钻井液，其特征在于，所述发泡剂为十二烷基二甲基甜菜碱和椰油酰基甲基牛磺酸钠。

3.根据权利要求2所述的微泡钻井液，其特征在于，所述十二烷基二甲基甜菜碱和椰油酰基甲基牛磺酸钠的质量比为1：(0.1～10)。

4.根据权利要求1所述的微泡钻井液，其特征在于，所述稳泡剂为黄原胶和高粘度羧甲基纤维素钠。

5.根据权利要求4所述的微泡钻井液，其特征在于，所述黄原胶和高粘度羧甲基纤维素钠的质量比为1：(0.2～1)。

6.根据权利要求1所述的微泡钻井液，其特征在于，所述丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和十二烷基二甲基烯丙基氯化铵的摩尔比为(4～8)：(22～28)：(13～17)。

7.根据权利要求1所述的微泡钻井液，其特征在于，所述降滤失剂为低粘度羧甲基纤维素钠、磺化酚醛树脂和磺化褐煤。

8.根据权利要求1所述的微泡钻井液，其特征在于，所述丙烯酰胺、聚苯乙烯和甲基丙烯酸丁酯的质量比为(0.5～1.5)：(0.5～1.5)：(3～5)。

9.根据权利要求1所述的微泡钻井液，其特征在于，所述抑制剂由包括丙烯酰胺、二甲胺和环氧氯丙烷的物料制备得到。

10.根据权利要求9所述的微泡钻井液，其特征在于，所述丙烯酰胺、二甲胺和环氧氯丙烷的摩尔比为1：(0.3～0.7)：(0.3～0.7)。