專利名稱：：一種抗高溫油氣井固井用基液及制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種油氣井固井用油井外加劑，更進(jìn)一步地說，是涉及一種抗高溫油氣井固井用基液及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：大多數(shù)鉆井液，不論水基鉆井液，還是油基鉆井液與水泥漿都是不相容的。在固井施工中，如果水泥漿與鉆井液直接接觸，鉆井液將發(fā)生水泥侵，水泥漿相將受到鉆井液污染產(chǎn)生粘稠的團(tuán)塊狀絮凝物質(zhì)。因此在油田固井作業(yè)中，主要依靠隔離液隔離鉆井液和水泥漿，避免水泥漿因鉆井液接觸污染而提前稠化或絮凝稠化；而且隔離液中的懸浮粒子能夠沖蝕、清除絮凝或膠凝在套管壁和井壁上的鉆井液和濾餅；有效地控制不穩(wěn)定地層的垮塌，為弱地層、漏失地層和要求低失水的地層提供緩沖作用；將鉆井液在管壁和井壁表面形成的親油環(huán)境轉(zhuǎn)為親水環(huán)境，有效地提高水泥漿在管壁和井壁表面的膠結(jié)質(zhì)量。隔離液主要用于隔離和塞流驅(qū)替鉆井液，調(diào)整其流動(dòng)性，可用于紊流頂替。隔離液可分為粘性隔離液和紊流隔離液，用來塞流頂替和紊流頂替。對(duì)化學(xué)隔離液始于70年代初期，自80年代以來，國內(nèi)報(bào)道了一些適合我國具體情況的隔離液。國內(nèi)的隔離液體系種類比較少，大多數(shù)屬于沖洗液，不能加重，起不到隔離作用，不能保持井內(nèi)壓力平衡。而能夠加重的隔離液也主要應(yīng)用在淺井固井，應(yīng)用溫度范圍一般不超過9(TC，溫度再高，隔離液就會(huì)失去穩(wěn)定性，加重劑沉淀，不能保持其密度、塑性粘度和動(dòng)切力，不能確保鉆井液與水泥漿有效隔離，影響對(duì)鉆井液的頂替效率和水泥環(huán)強(qiáng)度。目前國內(nèi)粘性隔離液體系普遍存在抗溫性能不夠，在一些深井應(yīng)用中，其中的增粘材料在高溫下易發(fā)生分子鏈氧化斷裂，致使其粘度急劇下降，完全起不到懸浮粒子、沖刷泥餅的作用；或者不適用于鹽水體系，在礦化度較高的環(huán)境中性能指標(biāo)急劇下降，也無法達(dá)到其隔離液的功效；并且懸浮穩(wěn)定性能不好，很難達(dá)到所要求的密度設(shè)計(jì)要求。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)中的問題，為適應(yīng)油田開發(fā)應(yīng)用的需要，本發(fā)明的目的是提供一種可制備耐高溫，抗鹽性能良好且密度可任意調(diào)節(jié)的隔離液體系的基液。本發(fā)明的另一目的是提供上述基液的制備方法。本發(fā)明的再一目的是提供上述基液的應(yīng)用，即由上述基液制備的耐高溫，抗鹽性能良好且密度可任意調(diào)節(jié)的隔離液、沖洗液等。本發(fā)明所述的一種抗高溫油氣井固井用基液，主要包含有以下組分a.水、b.高分子增粘劑、c.表面活性劑、d.頁巖穩(wěn)定劑、e.高溫穩(wěn)定劑。以上所述的水沒有特殊的種類限制，可以是自來水，也可以是蒸餾水、地層水、河水等。以上所述高分子增粘劑主要起增粘作用，選自生物膠(生物高分子聚合物)、高分子纖維類聚合物中的至少一種，優(yōu)選自黃原膠、高分子纖維素中的至少一種。其中高分子纖維素的分子結(jié)構(gòu)同式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>高分子纖維素更優(yōu)選自羧甲基纖維素(CMC)、羥乙基纖維素(HEC)、羥丙基甲基纖維素(HPMC)中的至少一種。屬于高分子纖維類，它們有更好的降失水效果，能使水增粘，減少基液的膠凝或稀薄化。本發(fā)明的基液中高分子增粘劑主要起到交聯(lián)和螯合作用。所述高分子增粘劑以組分a的水為100重量份數(shù)計(jì)，為620份，優(yōu)選為1015份。以上所述表面活性劑為陰離子的表面活性劑，優(yōu)選自烷基酚聚氧乙烯醚(0P-10)、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉中的至少一種。陰離子表面活性劑可包圍分散的粘土粒子，使之由于靜電斥力而不互相聚集，防止固相顆粒沉降和堆積，從而達(dá)到清洗井壁油膜和乳化作用，使井內(nèi)成為水潤濕相，有助于水泥與地層和套管膠結(jié)。所述表面活性劑以組分a的水為100重量份數(shù)計(jì)，為18份，優(yōu)選為23份。以上所述頁巖穩(wěn)定劑為堿土金屬鹽、褐煤中的至少一種，優(yōu)選自氯化鉀、褐煤、硝酸鈉、硫酸鎂中的至少一種?，F(xiàn)有技術(shù)中的褐煤的組分參數(shù)一般為水分Mad(X):7.4715.39，灰分Ad(X):9.0847.80，揮發(fā)分Vdaf(X):43.7657.88，硫分St，d(%):0.663.90，發(fā)熱量Qbad(mj/kg):12.822.1。堿土金屬鹽可起到阻礙造漿作用，使井壁不致于垮塌，同時(shí)起到穩(wěn)定井壁的作用。所述頁巖穩(wěn)定劑以組分a的水為100重量份數(shù)計(jì)，為18份，優(yōu)選為23份。以上所述高溫穩(wěn)定劑為粘土礦物，優(yōu)選自膨潤土、凹凸棒土中的至少一種。由于此類物質(zhì)有著很好的吸附和保水性能，因此可以起到減少基液的游離液和失水量的作用，同時(shí)也是基液的基礎(chǔ)材料。所述表面活性劑以組分a的水為100重量份數(shù)計(jì)，為215份，優(yōu)選為510份。在以上組分的基礎(chǔ)上，本發(fā)明所述的抗高溫油氣井固井用基液的ra值為69，優(yōu)選為78;粘度為40180mPas，優(yōu)選為45170Pas，更優(yōu)選為6090mPas。本發(fā)明所述的一種抗高溫油氣井固井用基液的制備方法包括以下步驟①將水加熱到6095°C，優(yōu)選為8090°C;②然后邊攪拌邊按所述量加入所述的高分子增粘劑、高溫穩(wěn)定劑、頁巖穩(wěn)定劑和表面活性劑；③將所有的材料混合均勻，保溫?cái)嚢?0分鐘90分鐘，優(yōu)選在4060分鐘，得到所述粘度和ra值的抗高溫油氣井固井用基液?，F(xiàn)有技術(shù)中油氣井固井用基液一般可用作沖洗液和隔離液。概括起來，隔離液的主要作用是隔離鉆井液與水泥漿；驅(qū)替鉆井液，并保持井內(nèi)壓力平衡；而且用作隔離液時(shí)要求與鉆井液和水泥漿要有很好的相容性；通過加入加重劑可配制成符合不同性能要求的隔離液。本發(fā)明的抗高溫油氣井固井用基液具有一定的塑性粘度和切力，能夠用加重劑加重到一定密度，并保持加重劑的懸浮穩(wěn)定性。沖洗液的作用是沖洗液具有稀釋沖洗鉆井液和清洗井壁和套管壁作用。用作沖洗液時(shí)，則一般需要密度較低，主要成分為水。本發(fā)明的抗高溫油氣井固井用基液，現(xiàn)場使用時(shí)經(jīng)稀釋可做為沖洗液。具體來講，將本發(fā)明所述的抗高溫油氣井固井用基液以與水以1:(510)重量比例稀釋，可得到抗高溫油氣井固井用沖洗液，用來稀釋沖洗鉆井液、清洗井壁和套管壁。此外，沖洗液中還可以加入現(xiàn)有技術(shù)的沖洗液中常規(guī)加入的微硅、表面活性劑等可以調(diào)節(jié)粘度的助劑。隔離液的制備是將本發(fā)明所述的抗高溫油氣井固井用基液以與水以l:(510)重量比例稀釋，再加入加重劑，可得到抗高溫油氣井固井用隔離液。也就是說在配制上述沖洗液的基礎(chǔ)上加入加重劑加重，即可得到抗高溫油氣井固井用隔離液。該隔離液用來驅(qū)替鉆井液，并保持井內(nèi)壓力平衡。加重劑選自現(xiàn)有技術(shù)中常用的加重劑，如重晶石、鐵礦粉等，加重劑的量根據(jù)實(shí)際需要的密度確定，一般重晶石的加入量是稀釋后基液重量的80150%wt，鐵礦粉的加入量是稀釋后基液重量的100250%wt。本發(fā)明的抗高溫油氣井固井用基液制得的隔離液具有以下優(yōu)點(diǎn)能夠適應(yīng)12015(TC高溫，隔離液密度能夠大于1.80g/cm3，塑性粘度大于23mPaS，動(dòng)切力大于10Pa;穩(wěn)定性好，在高溫下不會(huì)發(fā)生沉淀現(xiàn)象；能夠使用鹽水配置隔離液，例如隔離液中加入占水重537%wt的氯化鈉(NaCl)，鹽加入量的增加對(duì)隔離液的流變性能幾乎沒有影響；與多種鉆井液、水泥漿的相容性良好；隔離液在6.9Mpa壓差條件下，API標(biāo)準(zhǔn)濾失量小于150ml。隔離液對(duì)提高固井膠結(jié)質(zhì)量起到非常重要的作用，所以本發(fā)明抗高溫油氣井固井用基液制備的隔離液的有很廣泛的應(yīng)用范圍和前景(l)適用溫度范圍寬3015(TC，適用于淺井、中深井和深井固井；(2)適用于水基鉆井液體系和油基鉆井液體系；(3)可在多種水質(zhì)中應(yīng)用淡水、鹽水、高礦化度水質(zhì)等；(4)可用于多類固井作業(yè)尾管固井、小井眼固井、定向井固井和水平井固井等。本發(fā)明的抗高溫油氣井固井用基液制得的沖洗液具有以下優(yōu)點(diǎn)沖洗液具有稀釋沖洗鉆井液和清洗井壁和套管壁作用。用作沖洗液時(shí)，則一般需要密度較低，主要成分為水。本發(fā)明的抗高溫油氣井固井用基液，現(xiàn)場使用時(shí)經(jīng)稀釋即可做為沖洗液，簡單方便。圖1是溫度為95t:和125t:常壓下的抗高溫油氣井固井用基液(配方見表1中的基液0#)的流變性能曲線。流變性能實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)見油井水泥試驗(yàn)方法(GBT/19139-2003)的12.6章節(jié)。圖中縱坐標(biāo)是剪切應(yīng)力T(Pa)，橫坐標(biāo)是剪切速率ShearRate(1/s)，曲線1的實(shí)驗(yàn)溫度是95t:，曲線2的實(shí)驗(yàn)溫度是125°C。從圖中可見在352.94/176.47/117.64/58.82/3.53/1.76(1/s)的剪切速率下，剪切應(yīng)力讀數(shù)分別為76/53/43/30/11/10(Pa)和61/40/30/22/10/8(Pa)。可以看出基液在不同溫度下的流變性能比較穩(wěn)定，曲線趨勢沒有變化，只是隨著溫度的升高，讀數(shù)值變小，基液有變稀的趨勢。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:下面結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步說明本發(fā)明。使用加重隔離液的井大都面臨封固段短長、上下溫差大、鹽層或鹽膏層等情況，井況復(fù)雜。如塔河油田沙105井、T914井等均含有鹽膏層，鉆井液為欠飽和鹽鈣基鉆井液，完鉆時(shí)鉆井液性能密度1.68g/cm3以上，流變性不好，設(shè)計(jì)粘性隔離液密度1.78g/cm3。將本發(fā)明所述的基液以鐵礦粉加重，配漿水為半飽和鹽水或者現(xiàn)場水，提前2天在儲(chǔ)罐中配制，固井時(shí)仍未出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，說明懸浮性能良好。其具體配制為半飽和鹽水(濃度15%18%wt)或現(xiàn)場水稀釋基液，其中基液與水的重量比為1:6，之后加入占稀釋后基液100^wt的鐵礦粉進(jìn)行加重?，F(xiàn)場復(fù)查隔離液與水泥漿、現(xiàn)場泥漿相容性良好。該隔離液體系在新疆地區(qū)幾口復(fù)雜深井進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。隔離液1#、2#、3#所涉及的基液1#、2#、3#的配方見表1，表1中各組分含量的單位均是重量份數(shù)。隔離液詳細(xì)應(yīng)用情況和實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>*表2中的"流變性能"是指依據(jù)油井水泥試驗(yàn)方法(GBT/19139-2003)的12.6章節(jié)所做的流變性能實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)剪切速率在352.94/176.47/117.64/58.82/3.53/1.76(l/s)時(shí)的剪切應(yīng)力讀數(shù)，其單位是Pa。實(shí)施例2:鉆井液與水泥漿的相容性實(shí)驗(yàn)采用一性能指標(biāo)良好水泥槳配方和現(xiàn)場鉆井液配方，將本發(fā)明基液4#制備的隔離液4#(密度為1.60g/cm3)與水泥漿、鉆井液按油井水泥試驗(yàn)方法(GBT/19139-2003)的16.3以不同體積比例混合，攪拌充分后，在95t:條件下養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間，評(píng)價(jià)了隔離液與水泥漿和現(xiàn)場鉆井液的配伍性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。實(shí)驗(yàn)證明本發(fā)明抗高溫油氣井固井用基液制備的隔離液與水泥漿、鉆井液有非常良好的相容性，二者之間任意接觸均不產(chǎn)生特別增稠、絮凝現(xiàn)象，這樣有利于提高頂替效率和改善水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量。并且可以看出隔離液對(duì)鉆井液有一定的提粘切作用，而對(duì)水泥漿有一定的稀釋作用，這樣隔離效果較好。上述隔離液4#是用水稀釋基液，其中基液與水的重量比為1:6，之后加入占稀釋后基液100%wt的重晶石進(jìn)行加重得到的，其密度為1.60g/cm3。其中基液的配方見以上表l中的基液4#。上述水泥漿(cmt)配方為將100重量份數(shù)的嘉華G級(jí)水泥中加入1.2重量份數(shù)的降失水劑(DZJ-1)、0.3重量份數(shù)的分散劑(DZS)+0.3重量份數(shù)的高溫緩凝劑(DZH-2)及50重量份數(shù)的水，共混而得。該配方是以嘉華G級(jí)水泥的重量為其他組分的重量基準(zhǔn)。"嘉華G級(jí)"為嘉華G級(jí)水泥，四川嘉華水泥廠生產(chǎn)；DZJ-1、DZS、DZH-2均為水泥添加劑，由德州助劑研發(fā)中心生產(chǎn)。上述現(xiàn)場鉆井液的是將占水重量的5%wt的膨潤土、2%wt的磺化褐煤(SMC)、1.5%wt的磺化酚醛樹脂(SMP)、2%wt的磺化褐煤樹脂(SPNH)、0.1%wt的高粘羧甲基纖維素(HV-CMC)與水進(jìn)行混合所得，由德州助劑研發(fā)中心生產(chǎn)。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>*表3中的"流變性能"是指依據(jù)油井水泥試驗(yàn)方法(GBT/19139-2003)的12.6章節(jié)所做的流變性能實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)剪切速率在352.94/176.47/117.64/58.82/3.53/1.76(l/s)時(shí)的剪切應(yīng)力讀數(shù)，其單位是Pa。比較例1:隔離液DSG-152屬于高溫型隔離液，生產(chǎn)廠家為唐山遠(yuǎn)大集團(tuán)。下面是該隔離液與鉆井液的相容性實(shí)驗(yàn)DSG-152隔離液(密度為1.30g/cm3)與鉆井液、水泥漿按油井水泥試驗(yàn)方法(GBT/19139-2003)之16.3章節(jié)的內(nèi)容以不同體積比例混合后，作混合液體流變性檢測實(shí)驗(yàn)(見油井水泥試驗(yàn)方法GBT/19139-2003的12.6章節(jié))。隨著隔離液比例的增加，流體的流動(dòng)性下降，導(dǎo)致頂替效率降低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。所述水泥漿配方、鉆井液配方同實(shí)施例2中所述的水泥漿及鉆井液。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>*表4中的"流變性能"是指依據(jù)油井水泥試驗(yàn)方法(GBT/19139-2003)的12.6章節(jié)所做的流變性能實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)剪切速率在352.94/176.47/117.64/58.82/3.53/1.76(l/s)時(shí)的剪切應(yīng)力讀數(shù)，其單位是Pa。實(shí)施例3:塔河油田水平段采用加入810%wt原油的混泥漿鉆進(jìn)，這樣形成的泥餅含有原油，用油基泥漿完鉆的井如不采取措施清除套管和井壁的油膜，即使固井施工時(shí)頂替效率達(dá)到100%，測井曲線也顯示很差，所以，油膜的存在，影響水泥石與套管及井壁的膠結(jié)質(zhì)量。采用本發(fā)明抗高溫油氣井固井用基液制備的沖洗液，對(duì)泥漿起到?jīng)_洗、稀釋、隔離作用，易形成紊流，有效地清洗干凈粘附在井壁和套管壁上的油膜，提高了水泥漿頂替效率，使套管和井壁表面環(huán)境更適于與水泥膠結(jié)，從而有利于提高固井質(zhì)量。沖洗液所使用的基液配方見表1中的基液2#。根據(jù)油井水泥試驗(yàn)方法(GBT/19139-2003)的12.6章節(jié)的方法測得沖洗液的流變性能，見表5。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>注*表中的表面活性劑為十二烷基磺酸鈉，市售而得；表中微硅的生產(chǎn)廠家為承德厚源石英砂有限公司。*表5中的"剪切應(yīng)力"是指依據(jù)油井水泥試驗(yàn)方法(GBT/19139-2003)的12.6章節(jié)所做的流變性能實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)剪切速率在352.94/176.47/117.64/58.82/3.53/1.76(l/s)時(shí)的剪切應(yīng)力讀數(shù)。本發(fā)明抗高溫油氣井固井用基液制備的沖洗液屬于非牛頓流體中賓漢塑性流體，具有較低的剪切應(yīng)力，良好的流變性能，在固井施工中可實(shí)現(xiàn)低排量下達(dá)到紊流頂替狀態(tài)。該沖洗液中加入微硅，有利于提高沖洗液的塑性粘度、屈服值，提高沖洗液攜帶巖屑等固相顆粒的能力，并能提高水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量。因此，現(xiàn)場固井施工時(shí)，可根據(jù)沖洗液粘度的要求來適當(dāng)?shù)募尤胛⒐琛?quán)利要求一種抗高溫油氣井固井用基液，包含有以下組分a.水100重量份數(shù)b.高分子增粘劑6～20重量份數(shù)c.表面活性劑1～8重量份數(shù)d.頁巖穩(wěn)定劑1～8重量份數(shù)e.高溫穩(wěn)定劑2～15重量份數(shù)其中所述高分子增粘劑選自生物膠、高分子纖維類聚合物中的至少一種；所述表面活性劑為陰離子的表面活性劑；所述頁巖穩(wěn)定劑為堿土金屬鹽、褐煤中的至少一種；所述高溫穩(wěn)定劑為粘土礦物；所述抗高溫油氣井固井用基液的PH值為6～9，粘度為40～180mPa·s。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基液，包含有以下組分a.水100重量份數(shù)b.高分子增粘劑1015重量份數(shù)c.表面活性劑23重量份數(shù)d.頁巖穩(wěn)定劑23重量份數(shù)e.高溫穩(wěn)定劑510重量份數(shù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基液，其中所述基液的ra值為78;粘度為45170Pa*s。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基液，其中所述的高分子增粘劑選自下列物質(zhì)中的至少一種黃原膠、高分子纖維素。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基液，其中所述的高分子纖維素選自下列物質(zhì)中的至少一種羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基液，其中所述的表面活性劑選自下列物質(zhì)中的至少一種烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基液，其中所述的堿土金屬鹽選自下列物質(zhì)中的至少一種氯化鉀、硝酸鈉、硫酸鎂。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基液，其中所述的高溫穩(wěn)定劑選自下列物質(zhì)中的至少一種膨潤土、凹凸棒土。9.根據(jù)權(quán)利要求18之一所述的一種抗高溫油氣井固井用基液的制備方法包括以下步驟①將水加熱到6095°C;②然后邊攪拌邊按所述量加入所述的高分子增粘劑、高溫穩(wěn)定劑、頁巖穩(wěn)定劑和表面活性劑；③將所有的材料混合均勻，保溫?cái)嚢钑r(shí)間4090分鐘，得到所述的抗高溫油氣井固井用基液。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基液的制備方法，其中所述步驟①中加熱溫度在8090°C范圍內(nèi)；所述步驟③的保溫?cái)嚢钑r(shí)間為4060分鐘。11.一種根據(jù)權(quán)利要求18之任一項(xiàng)所述的抗高溫油氣井固井用基液以與水1:(510)的重量比例稀釋制備的抗高溫油氣井固井用沖洗液。12.—種根據(jù)權(quán)利要求18之任一項(xiàng)所述的一種抗高溫油氣井固井用基液以與水1:(510)重量比例稀釋，并加入加重劑制備的抗高溫油氣井固井用隔離液。全文摘要本發(fā)明涉及一種抗高溫油氣井固井用基液，屬于石油鉆井領(lǐng)域。所述基液包含有100重量份數(shù)水、6～20份高分子增粘劑、1～8份表面活性劑、1～8份頁巖穩(wěn)定劑和2～15份高溫穩(wěn)定劑。所述高分子增粘劑選自生物膠、高分子纖維類聚合物中的至少一種；表面活性劑為陰離子表面活性劑；頁巖穩(wěn)定劑為堿土金屬鹽；高溫穩(wěn)定劑為粘土礦物。將水加熱，邊攪拌邊投入所述各組分，之后保溫?cái)嚢杓吹玫絧H值為6～9，粘度為40～180mPa·s的基液。將基液與水按1∶(5～10)重量比例稀釋，可得沖洗液；將沖洗液加入加重劑可得隔離液。由此得到的隔離液體系耐高溫，抗鹽性能良好且密度可任意調(diào)節(jié)，有很廣泛的應(yīng)用范圍和前景。文檔編號(hào)C09K8/035GK101775273SQ20091007612公開日2010年7月14日申請(qǐng)日期2009年1月9日優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日發(fā)明者丁士東,周仕明,周體秋,王其春,趙艷申請(qǐng)人:中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院