一种无固相压井液及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种油田化学及修井作业工程，尤其是一种无固相压井液及其制备方法。


背景技术：

2.近年来，我国油气开发一直面临着石油稳产的巨大压力，老油田进入开发后期，后续能量补充不足，能量亏空较大；未动用储量中一大部分是低渗、致密油气藏，该类油气藏开发后即使采取增产措施，但是因原始储层地质复杂、断块小，在投产后产量下降快。该类油田作业后产能受损严重，究其原因，与压井液侵入导致的孔喉缩小、液相圈闭、水锁损害以及其他的水敏、机杂堵塞、化学不配伍等综合损害有关。压井液在油田修井作业中用来平衡地层压力。作业后，当地层能量不足时，压井液很难排出地层孔隙通道，随着压井液滞留于储层、侵占或填充孔隙时，必然会减少储层有效连通空间，相对降低含油饱和度，增加油流阻力；甚至“卡”堵于喉道，造成严重水锁损害。不仅如此，压井液本身往往会与孔隙中胶结物发生反应，诱发水敏等多重损害；还可能与地层水不配伍，形成化学堵塞、固相堵塞等。无论是物理堵塞还是化学反应，均会严重影响地层的渗流能力，其最终后果是降低油井产能。调研发现，90％以上的油井在维护作业后减产，一般产能损失约10％到50％不等，极端情况可能完全停产。
3.针对低能、低渗透油气藏中的返排难题，我国大部分油田都开展了防漏和防水锁技术的研究，主要分为暂堵防漏修井液和防水锁修井液。
4.(1)暂堵防漏修井液，包括以屏蔽暂堵技术为主的防漏失修井液体系和低密度泡沫流体。屏蔽暂堵防漏失修井液主要是在体系中添加不同粒径的暂堵剂以达到屏蔽暂堵地层的目的。但是由于暂堵剂颗粒较规则很难与地层非均质性相匹配，难以高效封堵，而且对于含水较高的油层解堵是问题，对于电泵井还存在着固相颗粒堵塞井下工具的风险，因此该技术有一定局限性。此外目前针对低压修井作业所用的低密度微泡流体虽然解决了部分漏失问题，但深层条件下泡沫稳定性较差、抗压能力弱，而且对于某些充气泡沫流体还存在着配制成本高，现场使用不便等问题。
5.(2)防水锁修井液：包括表面活性剂类和低级醇类防水锁修井液。
6.表面活性剂类通过降低液相界面张力，改变岩石表面的润湿性，增大液相与岩石表面的润湿角，从而降低毛细管阻力，来达到防水锁的目的。但是随着油田开发，其不足之处也渐渐显露出来，比如浊点较低，抗温性低，对于中深层修井作业不能满足防水锁需求，而抗温较高的碳氟表面活性剂，由于成本太高而难以推广应用。另一方面，由于表面活性剂本身的吸附性能，和修井液中增粘降滤失剂存在配伍问题，在使用过程中会出现有效浓度递减，导致防水锁效果减弱或者不起作用。
7.低级醇类防水锁修井液：主要是利用醇能一定程度上通过和其他表面活性协同增效，降低液相表/界面张力，同时能和水互溶且易挥发，挥发时可将地层滞留水带出，达到防水锁的效果。但是其作用原理就决定了其时效性较短，只是暂时解除，如果外来滤液再次入
侵时需要再次采取措施。
8.其他体系包括将表面活性剂和低级醇复配使用，但是由于抗盐性能不足，会出现盐析现象或失效可能。


技术实现要素：

9.本发明所要解决的技术问题是，提供一种无固相压井液及其制备方法，用于油水井的修井作业中平衡地层压力、抑制地层岩石粘土膨胀、延缓岩石孔隙内成垢反应、改善近井地层渗透性。
10.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种无固相压井液，包括由质量计的以下组分:水56～94.55份、柠檬酸钾2～5份、氯化钠0～28份、磷酸二氢钾1～5份、渗透剂0.2～0.5份、咪唑啉衍生物0.5～2.0份、六偏磷酸钠0.1～0.5份、羧甲基淀粉钠0.1～0.5份、聚膦酸0.05～0.5份、减阻剂0.5～2.0份。
11.所述柠檬酸钾、氯化钠、磷酸二氢钾、咪唑啉衍生物、六偏磷酸钠的纯度大于98％。
12.所述渗透剂为聚醚多元醇，工业用级，含量98％以上。
13.所述羧甲基淀粉钠为工业用级，分子量800-1000，含量98％以上。
14.所述聚膦酸为工业用级，含量10％以上。
15.所述减阻剂为聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物，工业用级，含量95％以上。
16.所述无固相压井液密度1.01-1.19g/cm3，ph值在6～7之间，溶蚀率≥20％，界面张力≤1.0mn/m，90℃腐蚀速率≤0.076mm/a。
17.一种无固相压井液的制备方法，量取水56～94.55份作为基液；缓慢加入羧甲基淀粉钠0.1～0.5份搅拌至少30分钟；加入柠檬酸钾2～5份、氯化钠0～28份搅拌至少10分钟；再加入渗透剂0.2～0.5份、减阻剂0.5～2.0份、磷酸二氢钾1～5份、咪唑啉衍生物0.5～2.0份、六偏磷酸钠0.1～0.5份、聚膦酸0.05～0.5份，搅拌至少15分钟，均匀即可。
18.本发明的有益效果是：
19.(1)通过溶蚀解堵、螯合阻垢作用扩大孔隙有效空间。利用体系中的磷酸二氢钾和聚膦酸缓慢释放的氢离子，在弱酸性条件下，缓慢溶蚀岩石孔隙内固有的钙质和泥质成分，以及溶解外来固相中的碳酸钙垢，从而在孔内开拓/增大有效空间；添加的六偏磷酸钠还能络合钙镁离子，增强结着性，增加粘度，不仅协同体系中防膨剂强化缩膨效果，还能防止再生垢、外来垢占据孔隙有限空间，相对扩大孔隙体积。同时，添加的咪唑啉衍生物缓蚀剂、六偏磷酸钠与聚膦酸配套，具有成膜钝化作用，在管柱表面形成保护层，抑制酸性介质对钢材的电化学反应，有效防止管柱、设备产生腐蚀。
20.(2)通过缩膨及固化作用提高并保持有效孔隙度。添加的柠檬酸钾与羧甲基淀粉钠协同作用，不仅能控制体系酸度，保持体系具有稳定的溶蚀性能，而且能压缩储层岩石中固有的粘土层，缩小粘土层间距，扩大孔隙有效空间；另外，本体系中的高分子极性基团吸附在粘土表面，降低粘土层静电斥力，有效脱出扩散双电层间水分，压缩层间距，而且羧甲基淀粉钠中的葡萄糖基团受磷酸盐影响，经弱交联作用“架桥”形成网状，固定在粘土表面上，能够阻隔粘土与水分子，增加水分子再渗透进入粘土层的阻力，防止扩散双电层的再形成，从而固化缩膨后粘土状态，稳定保水，最终防止可逆吸水膨胀反应的再发生。
21.(3)添加的减阻剂通过改进孔道中原油中分子层的剪切力，减少流动消耗，减少堵
塞，改善原油的流动性，降低渗流阻力。
22.(4)添加的渗透剂聚醚多元醇，具有固定的亲水亲油基团，其醇类基团与油水互溶混溶，从而能有效侵入岩石表面粘附的有机组分，防止油包水大液块形成、分散清洗岩石表面粘附油块，起到渗透分散作用，达到剥离原油的目的；油块清洗后岩石表面充分暴露，表面活性剂与岩石有效接触面积显著增大，渗透剂中的亲水亲油基团在溶液的表面能定向排列，显著降低表界面张力；油块的清洗能够进一步提高体系对岩石溶蚀、缩膨、返排效率，具有良好的增效特点。本助剂属非离子表面活性剂，抗盐性好于常规的阴离子表面活性剂如十二烷基磺酸钠，因此在体系中含有高盐的情况下，也能保持较好的性能，同时，和减阻剂协同，发挥后者乳化、消泡、分散作用，减小液珠尺寸，降低液珠在喉道间变形阻力，预防贾敏效应，减轻水锁损害，改善储层渗流能力。实例表明，本发明的无固相压井液对煤油的界面张力0.18-0.65mn/m之间，大幅度降低界面张力，洗油效率可达60％-75％以上。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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。本领域普通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，均属于本发明的保护范围。
24.本发明的无固相压井液，包括由质量计的以下组分:水56～94.55份、柠檬酸钾2～5份、氯化钠0～28份、磷酸二氢钾1～5份、渗透剂0.2～0.5份、咪唑啉衍生物0.5～2.0份、六偏磷酸钠0.1～0.5份、羧甲基淀粉钠0.1～0.5份、聚膦酸0.05～0.5份、减阻剂0.5～2.0份。
25.所述柠檬酸钾、氯化钠、磷酸二氢钾、咪唑啉衍生物、六偏磷酸钠的纯度大于98％。
26.所述渗透剂为聚醚多元醇，工业用级，含量98％以上。
27.所述羧甲基淀粉钠为工业用级，分子量800-1000，含量98％以上。
28.所述聚膦酸为工业用级，含量10％以上。
29.所述减阻剂为聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物，工业用级，含量95％以上。
30.所述无固相压井液密度1.01-1.19g/cm3，ph值在6～7之间，溶蚀率≥20％，界面张力≤1.0mn/m，90℃腐蚀速率≤0.076mm/a。体系既能溶解岩石孔隙中泥质、钙质组分和侵入的固相组分，扩大孔隙间有效渗流面积，还能增强破乳减阻性能，最大限度提高压井液返排能力，减少由于液体滞留储层对储层渗透性的损害；同时，采用的特殊识别、释放、选择性钝化缓蚀技术，还能够有效防止井筒管柱因为腐蚀导致的损坏。
31.一种无固相压井液的制备方法，量取水56～94.55份作为基液；缓慢加入羧甲基淀粉钠0.1～0.5份搅拌至少30分钟；加入柠檬酸钾2～5份、氯化钠0～28份搅拌至少10分钟；再加入渗透剂0.2～0.5份、减阻剂0.5～2.0份、磷酸二氢钾1～5份、咪唑啉衍生物0.5～2.0份、六偏磷酸钠0.1～0.5份、聚膦酸0.05～0.5份，搅拌至少15分钟，均匀即可。
32.本发明的无固相压井液的技术原理是：
33.(1)根据多种添加剂之间的相互作用，三重机制提高储层渗流能力
34.机制一：通过溶蚀、缩膨、固化、阻垢作用，扩大储层岩石的有效孔隙体积来提高渗流能力。首先通过溶蚀作用扩大孔隙。利用体系中的磷酸二氢钾和聚膦酸缓慢释放的氢离子，在弱酸性条件下，缓慢溶蚀岩石孔隙内固有的钙质和泥质成分，以及溶解外来固相中的碳酸钙垢，从而在孔内开拓/增大有效空间。
35.其次通过缩膨固化作用提高并保持有效孔隙度。利用聚膦酸与添加的柠檬酸钾、羧甲基淀粉钠协同作用，不仅能控制体系酸度，保持体系具有稳定的溶蚀性能，而且能压缩储层岩石中固有的粘土层，从而使得粘土层体积缩小、使得有效孔隙体积扩大。具体机理为：经过长期开发过程，岩石中的粘土层在分子间引力、静电斥力和渗透压力的作用下吸附水，形成一层厚的水化膜，粘土层间距扩大形成扩散双电层；而本体系中的柠檬酸钾等增加了含盐量，减小了粘土层和溶液的浓度差，降低渗透压力，抑制了渗透水化作用，缩小粘土层间距；另外，本体系中的高分子极性基团吸附在粘土表面，降低粘土层静电斥力，有效脱出扩散双电层间水分，压缩层间距，而且羧甲基淀粉钠中的葡萄糖基团受磷酸盐影响，经弱交联作用“架桥”形成网状，固定在粘土表面上，能够阻隔粘土与水分子，增加水分子再渗透进入粘土层的阻力，防止扩散双电层的再形成，从而固化缩膨后粘土状态，稳定保水，最终防止可逆吸水膨胀反应的再发生。
36.最后通过络合阻垢作用扩大有效孔隙。添加的六偏磷酸钠能络合钙镁离子，增强结着性，增加粘度，不仅协同体系中防膨剂强化缩膨效果，还能防止再生垢、外来垢占据孔隙有限空间，相对扩大孔隙体积；特定比例的六偏磷酸钠、聚膦酸、柠檬酸钾组分，能稳定调节ph值在施工作业中相对稳定，即使有清水侵入压井液时，ph值也能维持在6至7之间，既避免了解堵失效，又能够防止地层水中的碳酸氢根离子、碳酸根离子等与钙离子发生成垢反应。
37.机制二：通过润滑、减阻机理，提高储层渗流能力。
38.体系中的减阻剂通过改进孔道中原油中分子层的剪切力，减少流动消耗，减少堵塞，改善原油的流动性，降低渗流阻力。
39.机制三：清洗油块、防止粘附，增效处理岩石，扩大空间，改善渗流能力
40.体系中的渗透剂聚醚多元醇，具有固定的亲水亲油基团，其醇类基团与油水互溶混溶，从而能有效侵入岩石表面粘附的有机组分，包括高凝高粘油块或油块与水混合物，防止油包水大液块形成、分散清洗岩石表面粘附油块，起到渗透分散作用，达到剥离原油的目的；油块清洗后岩石表面充分暴露，表面活性剂与岩石有效接触面积显著增大，渗透剂中的亲水亲油基团在溶液的表面能定向排列，显著降低表界面张力；油块的清洗能够进一步提高体系对岩石溶蚀、缩膨、返排效率，具有良好的增效特点。本助剂属非离子表面活性剂，抗盐性好于常规的阴离子表面活性剂如十二烷基磺酸钠，因此在体系中含有高盐的情况下，也能保持较好的性能，同时，和减阻剂协同，发挥后者乳化、消泡、分散作用，减小液珠尺寸，降低液珠在喉道间变形阻力，预防贾敏效应，减轻水锁损害，改善储层渗流能力。实例表明，本发明的无固相压井液对煤油的界面张力0.18-0.65mn/m之间，大幅度降低界面张力，洗油效率可达60％-75％以上。
41.(2)通过成膜钝化、缓速溶蚀机理，提高体系缓蚀性能，有效防止管柱腐蚀。
42.体系中的咪唑啉衍生物缓蚀剂与聚膦酸配套，具有成膜钝化作用，在管柱表面形成保护层，抑制酸性介质对钢材的电化学反应，有效防止管柱、设备产生腐蚀。不仅如此，上述组分的缓速机制和特殊配比，使得压井液体系能在作业后自动“转向”，返排过程与地层水在流动状态下快速融合，发生反应(该地层水一般为碳酸氢钠水型)，控制ph值接近7，避免无固相压井液的缓蚀组分因为返排过程地层水“涌入”稀释而失去对管柱的保护。
43.本发明产品具有的溶蚀解堵作用，与常规的酸化解堵/潜在酸解堵剂具有显著不
同：首先是应用目的不同，前者为压井液，呈弱酸性，防腐蚀性能符合压井液标准；后者为增产措施工作液，为强酸，ph值一般低于4，容易对管柱腐蚀；因此其施工工艺也不同，前者为常规修井作业，后者需要特殊的酸化工艺、配套专用的酸化管柱；相应的，两者性能不同，前者不仅能溶蚀解堵，缩膨、阻垢，还能洗油、助排，防止有机垢堵塞；后者溶解后容易酸敏、形成酸渣。
44.本发明产品具有抑制性能，相对于传统的氯化钾防膨抑制机理，柠檬酸钾不仅可以利用钾离子对粘土的晶格特殊稳定作用，防止粘土进一步渗透水化膨胀，而且还能和高分子基团协同作用，脱出晶格间的吸附水，从而达到缩膨目的；同时由高分子架桥吸附于晶格表面，隔离阻挡，起到固化粘土层的作用，最终能稳定保持缩膨效果，弥补了传统防膨剂如氯化钾、氯化铵等作用机理单一、反应可逆、性能不稳定的不足。
45.本发明产品具有的清洗、助排性能，与常规醇类处理剂的相同点是，均具有针对有机垢的润湿剥离作用；不同点是作用机理更进一步，其他处理剂针对的是有机垢，本发明在清洗有机垢的前提下，最终处理的目标是地层岩石。岩石表面粘附层被剥离之后，清洗剂中的非离子基团和减阻剂一起，抑制粘土膨胀、降低界面张力。
46.本发明产品体系的密度1.01-1.19(g/cm3)，ph值在6～7之间，溶蚀率≥20％，界面张力≤1.0mn/m，腐蚀速率(90℃)≤0.076mm/a。
47.主要性能如表1。
48.表1无固相压井液性能表
[0049][0050][0051]
实施例1配制100份无固相压井液
[0052]
向搅拌罐中加入91.8份清水，在搅拌的条件下依次中缓慢加入羧甲基淀粉钠0.3份搅拌30分钟，柠檬酸钾2份搅拌10分钟，均匀溶解后，再加入渗透剂0.3份、减阻剂0.5份搅拌均匀，最后加入磷酸二氢钾4份、咪唑啉衍生物0.5份、六偏磷酸钠0.2份；聚膦酸0.4份，搅拌15分钟，均匀即为成品。
[0053]
表2不同材质钢片腐蚀速率实验数据
[0054][0055]
注：实验温度：90℃；实验时间＝72小时；
[0056]
实施例2配制20吨无固相压井液
[0057]
向搅拌罐中加入18.2吨清水，在搅拌的条件下依次中缓慢加入羧甲基淀粉钠60kg搅拌30分钟，柠檬酸钾1吨搅拌10分钟，均匀溶解后，再加入渗透剂100kg、减阻剂200kg搅拌均匀，最后加入磷酸二氢钾240kg、咪唑啉衍生物150kg、六偏磷酸钠50kg、聚膦酸50kg，搅拌15分钟，均匀即为成品。
[0058]
表3 90℃钢片腐蚀速率实验数据
[0059][0060]
实施例3配制30吨无固相压井液
[0061]
向搅拌罐中加入24.8吨清水，在搅拌的条件下依次缓慢加入羧甲基淀粉钠100kg搅拌30分钟，柠檬酸钾1.2吨、氯化钠3吨，搅拌20分钟，均匀溶解后，再加入渗透剂120kg、减阻剂240kg搅拌均匀，最后加入磷酸二氢钾240kg、咪唑啉衍生物120kg、六偏磷酸钠60kg、聚膦酸90kg，搅拌15分钟，均匀即为成品。
[0062]
表4 90℃钢片腐蚀速率实验数据
[0063][0064]
注：实验温度：90℃；实验时间＝72小时；
[0065]
本发明的无固相压井液，既具备普通压井液平衡地层压力、防水敏、防水锁、防止固相侵入等常规防护作用，又可以溶蚀解堵、缩小已经被水化膨胀的粘土层、双重作用扩大孔喉，改善近井储层渗透能力，从根本上解决返排问题，强化“进攻型”油层保护效果。
[0066]
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。