CN105670581A - 一种油气层保护剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油气层保护剂及其制备方法。所述油气层保护剂包含：瓜尔胶、有机硅酸盐、磺化酚醛树脂、白油、钙盐、烷基酚聚氧乙烯醚、失水山梨醇脂肪酸酯、水解聚丙烯晴胺盐和水。所述制备方法包括(1)将水、瓜尔胶、白油、烷基酚聚氧乙烯醚和失水山梨醇脂肪酸酯加热并混合均匀后，得到第一混合物；(2)将磺化酚醛树脂、钙盐、甲基硅酸盐和水解聚丙烯晴胺盐添加到所述第一混合物中并搅拌，得到所述油气层保护剂。本发明所述油气层保护剂具有很强的抑制泥页岩水化膨胀、分散能力，同时不影响钻井液的流变性能，可以有效地阻止或延缓钻井液滤液进入地层，阻止或延缓地层空隙压力增加，起到延长井壁坍塌周期的作用。

Description

一种油气层保护剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及钻井技术，尤其是涉及油气保护剂。

背景技术

在钻井过程中，由于钻井液所产生的正压差的存在很难避免对所钻油气层造成伤害，为了降低油气层损害的程度，最终实现零伤害钻井，所以需要开展油气层保护钻井完井液体系的研究。目前国内外正在研究与应用的体系主要有：无侵入、正电胶(MMH)、硅酸盐、甲基葡萄糖(MEG)、甲酸盐、全油基、合成基钻井完井液体系等。

现有的油气层保护技术中最常用也是很重要的一项就是屏蔽暂堵技术。但所用的暂堵剂必须与油气层的孔喉直径严格匹配，以达到架桥的目的。一方面由于准确且完整的油气层孔径资料不易获得，选择粒径就带有盲目性；另一方面由于油气层的非均质性较强，油气层的孔喉直径分布范围较宽，往往导致所选暂堵剂只能对某一井段达到较好的暂堵效果，因而不能有效保护整个油气层。

现有的油层保护剂存在以下问题：①阳离子乳化沥青类的油层保护剂对钻井液性能影响大，可变形性大，弹性及刚性差，封堵性能较差，承压能力低；②聚合醇类的油层保护剂的封堵效果差，部分产品起泡；③无渗透或超低渗透类的油层保护剂的封堵性能虽然较好，但是增粘效果显著，抑制性差。

因此，针对现有屏蔽暂堵技术的特点，研发出一种不受油气层的孔喉直径影响的油气层保护剂是十分必要的。

发明内容

为了解决上述的一个或者多个问题，本发明提供了如下技术方案。

第一方面，本发明提供了本发明提供了一种油气层保护剂，所述油气层保护剂包含：

(1)瓜尔胶；

(2)有机硅酸盐；

(3)磺化酚醛树脂；

(4)白油；

(5)钙盐；

(6)烷基酚聚氧乙烯醚；

(7)失水山梨醇脂肪酸酯；

(8)水解聚丙烯晴胺盐；和

(9)水。

第二方面，本发明提供了一种一种制备油气层保护剂的方法，所述方法包括：

(1)将水、瓜尔胶、白油、烷基酚聚氧乙烯醚和失水山梨醇脂肪酸酯加热混合均匀，得到第一混合物；

(2)将磺化酚醛树脂、钙盐、有机硅酸盐和水解聚丙烯晴胺盐添加到所述第一混合物中并混合均匀，得到所述油气层保护剂。

申请人基于水基钻井液成膜理论研制的一种新的油气层保护剂，该产品原料采用具有高成膜效能的有机硅酸盐聚合物。具有很强的抑制泥页岩水化膨胀、分散能力，同时不影响钻井液的流变性能。该产品的主要机理是通过成膜效应及尺寸分布较宽的有机硅酸粒子经吸附、扩散等途径，结合到粘土晶层端面，堵塞粘土层片之间的缝隙，抑制粘土的水化，从而稳定了粘土。该产品与粘土进行化学反应产生无定形的胶结力，使粘土等矿物颗粒凝结成牢固的整体。同时与地层多价离子反应，在井壁表面形成分子膜，该分子膜类似化学“封固层”，可以封堵微裂缝，从而有效地阻止或延缓钻井液滤液进入地层，阻止或延缓地层空隙压力增加，起到延长井壁坍塌周期的作用。

具体实施方式

如上所述，本发明在第一方面提供了一种油气层保护剂，所述油气层保护剂包含：

(1)瓜尔胶；

(2)有机硅酸盐；

(3)磺化酚醛树脂；

(4)白油；

(5)钙盐；

(6)烷基酚聚氧乙烯醚；

(7)失水山梨醇脂肪酸酯；

(8)水解聚丙烯晴胺盐；和

(9)水。

在一些实施方式中，所述瓜尔胶的用量为1重量份至2重量份。所述瓜尔胶可以为磺酸基羟丙基瓜尔胶、磺酸基甜菜碱两性瓜尔胶或磺酸羧甲基瓜尔胶。在本发明中，所述瓜尔胶的主要作用是辅助甲基硅酸盐成膜作用，改善产品流变性；如果用量过大，则钻井液和产品流变性增稠；如果用量过小，则导致油气层保护剂成膜差，黏土层缝隙不能完全封堵。

在一些实施方式中，所述有机硅酸盐可以为C1至C6烷基硅酸盐，优选的是C1至C6烷基硅酸的碱金属盐，例如甲基硅酸钾盐或钠盐，优选的是钾盐，最优选的是所述有机硅酸盐为甲基硅酸钾。C1至C6烷基例如为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或己基。优选的是，所述甲基硅酸盐的用量可以为1重量份至3重量份，例如1重量份、2重量份或3重量份。本发明人发现，有机硅酸盐的具有尺寸分布较宽的特点，与本发明油气层保护剂的油气保护剂组合使用时，经吸附、扩散等途径，能够结合到粘土晶层端面，堵塞粘土层片之间的缝隙，抑制粘土的水化，从而稳定了粘土。如果用量过大，则影响钻井液流变性；如果用量过小，则不能完全堵塞土层之间的缝隙。

在一些实施方式中，所述磺化酚醛树脂的用量可以为10重量份至13重量份，例如为10重量份、11重量份、12重量份或13重量份。在本发明中，所述磺化酚醛树脂的主要作用是降失水作用；如果用量过大，则影响钻井液流变性；如果用量过小，则钻井液失水增大，破坏油气层。

本发明对所述白油没有特别的限制，例如所述白油可以为工业级白油，但是在一些实施方式中，所述白油优选为5#白油。

在一些实施方式中，所述烷基酚聚氧乙烯醚的用量可以为2重量份至4重量份，例如为2重量份、3重量份或4重量份；所述烷基酚聚氧乙烯醚的所述烷基部分可以是碳原子数小于或者等于16的直链或者支链烷基，更优选的是碳原子数为8或9的支链或者支链烷基，例如辛基、壬基。在本发明中，所述烷基酚聚氧乙烯醚的主要作用是乳化作用，将油相和水相充分结合；如果用量过小，则乳化不充分，产品分层。

在一些实施方式中，所述失水山梨醇脂肪酸酯的用量可以为2重量份至4重量份，例如2重量份、3重量份或4重量份。在一些实施方式中，所述失水山梨醇脂肪酸酯的脂肪酸部分为碳原子数为18的脂肪酸，优选的脂肪酸为(Z)-单-9-十八烯酸。在本发明中，所述失水山梨醇脂肪酸酯的主要作用是乳化作用，使水相和油相充分结合；如果用量过小，则乳化不充分，产品分层。

在一些实施方式中，所述水解聚丙烯晴胺盐的用量为2重量份至4重量份，例如为2重量份、3重量份或4重量份。在本发明中，所述水解聚丙烯晴胺盐的主要作用是降失水作用；如果用量过大，则影响钻井液流变性；如果用量过小，则钻井液失水增大，破坏油气层。

在一些优选的实施方式中，所述水的含量为35重量份至38重量份，例如为35重量份、36重量份、37重量份或38重量份。在本发明中，如果水的含量过大，则产品有效物质用量降低，影响性能；如果水的含量过低，则产品溶解不充分，影响使用。

在一些更优选的实施方式中，所述油气层保护剂包含1重量份至2重量份的瓜尔胶，1重量份至3重量份的有机硅酸钾，10重量份至13重量份的磺化酚醛树脂，10重量份至13重量份的5#白油，30重量份至33重量份的碳酸钙，2重量份至4重量份的烷基酚聚氧乙烯醚，2重量份至4重量份的失水山梨醇脂肪酸酯，2重量份至4重量份的水解聚丙烯晴胺盐，以及35重量份至38重量份的水。

在一些进一步优选的实施方式中，所述油气层保护剂包含37重量份的水、1重量份的瓜尔胶、11重量份的白油、3重量份的烷基酚聚氧乙烯醚、3重量份的失水山梨醇脂肪酸酯、11重量份的磺化酚醛树脂、32重量份的碳酸钙、1.5重量份的有机硅酸钾和3.5重量份的水解聚丙烯晴胺盐。

本发明在第二方面还提供了一种制备油气层保护剂的方法，所述方法包括：

(1)将水、瓜尔胶、白油、烷基酚聚氧乙烯醚和失水山梨醇脂肪酸酯加热混合均匀后，得到第一混合物；

(2)将磺化酚醛树脂、钙盐、有机硅酸盐和水解聚丙烯晴胺盐添加到所述第一混合物中并搅拌，得到所述油气层保护剂。

在一些实施方式至，步骤(1)的加热温度为60℃至80℃。在一些实施方式中，步骤(1)的加热温度为70℃。在另外一些实施方式中，步骤(2)中的搅拌时间为1至5小时，更优选为2小时。

如果没有特别说明，本文中提及的百分比和份分别表示重量百分比和重量份。

下文将通过实施例的方式对本发明进行进一步的说明，但是本发明的不限于这些实施例。

实施例1：

取1份(重量份，下同)作为瓜尔胶的磺酸羧甲基瓜尔胶、11份作为白油的5#白油、3份作为烷基酚聚氧乙烯醚的烷基酚聚氧乙烯醚-10、3份作为失水山梨醇脂肪酸酯的山梨醇酐油酸酯溶于37份的水中。加热至70℃搅拌均匀。再加入11份作为磺化酚醛树脂的磺甲基酚醛树脂粉-I(粉剂)、32份粒度为600-1000目的碳酸钙、1.5份甲基硅酸钾、3.5份水解聚丙烯晴胺盐(购自成都市龙宇化工有限公司)，搅拌2小时。即可制取“油气层保护剂”。

测量所制得的油气层保护剂的基浆砂床浸入深度、样浆砂床浸入深度、空白岩心线膨胀量和样品岩心线膨胀量，结果列于下表2中。

实施例2：

取0份磺酸羧甲基瓜尔胶、11份5#白油、3份烷基酚聚氧乙烯醚-10、3份山梨醇酐油酸酯溶于37份水中。加热至70℃搅拌均匀。再加入11份磺甲基酚醛树脂粉-I(粉剂)、32份粒度为600-1000目的碳酸钙、1.5份甲基硅酸钾、3.5份水解聚丙烯晴胺盐(购自成都市龙宇化工有限公司)，搅拌2h。即可制取“油气层保护剂”。

实施例3：

取0.5份磺酸羧甲基瓜尔胶、11份5#白油、3份烷基酚聚氧乙烯醚-10、3份山梨醇酐油酸酯溶于37份水中。加热至70℃搅拌均匀。再加入11份磺甲基酚醛树脂粉-I(粉剂)、32份粒度为600-1000目的碳酸钙、1.5份甲基硅酸钾、3.5份水解聚丙烯晴胺盐(购自成都市龙宇化工有限公司)，搅拌2h。即可制取“油气层保护剂”。

实施例4至11

除了表1及其后注的内容之外，采用与实施例1相同的方式进行实施例4至11。

表1

注：

a：使用硅酸钾代替甲基硅酸钾；

b：使用乙基硅酸钾代替甲基硅酸钾；

c：使用甲基硅酸钠代替甲基硅酸钾；

表2

测量方法：

砂床浸入深度

基浆：按每杯400mL蒸馏水加16.0g钠膨润土，0.8g碳酸钠的比例，高速搅拌20min，在(25±3)℃密闭养护24h。

样浆：量取400mL基浆，加入8mL样品，高速搅拌20min。

砂床浸入深度：将200cm³砂子(过0.28mm标准筛)倒入FA型无渗透滤失仪，再分别量取250mL基浆，测量30min、0.7MPa下滤液浸入砂床的深度。

岩心线膨胀量

岩心制备：称取在(105±3)℃干燥2h并冷却至室温的钙膨润土10g，装入压模内，在压力机上保持压力4MPa并稳压5min制得岩心。

样浆：称取50g样品，慢慢加到20mL蒸馏水中，边加边搅拌，使之分散均匀后，继续搅拌10min，在25℃左右密闭养护2h。

岩心线膨胀量：采用NP—01型常温膨胀量测定仪，测定常温常压下蒸馏水和样浆岩心8h的线膨胀量。

由以上可以看出：实施例1效果最好；实施例2和实施例3：减少或取消瓜尔胶，导致砂床浸入深度和岩心线膨胀量增大；实施例4和实施例5：减少了甲基硅酸钾，导致砂床浸入深度和岩心线膨胀量增大；实施例6和实施例8：因甲基硅酸钾或磺甲基酚醛树脂粉加量过大，导致产品无流动性，已经不具实验条件；实施例7：减少了磺甲基酚醛树脂粉加量，导致砂床浸入深度增加；实施例9、实施例10和实施例11：选用其余硅酸盐替代甲基硅酸钾，具有相似的效果，但是效果不是最佳。

Claims (13)

1.一种油气层保护剂，所述油气层保护剂包含：

瓜尔胶；

有机硅酸盐；

磺化酚醛树脂；

白油；

钙盐；

烷基酚聚氧乙烯醚；

失水山梨醇脂肪酸酯；

水解聚丙烯晴胺盐；和

水。

2.根据权利要求1所述的油气层保护剂，其中，所述油气层保护剂包含：

1重量份至2重量份的瓜尔胶；

1重量份至3重量份的有机硅酸盐；

10重量份至13重量份的磺化酚醛树脂；

10重量份至13重量份的白油；

30重量份至33重量份的钙盐；

2重量份至4重量份的烷基酚聚氧乙烯醚；

2重量份至4重量份的失水山梨醇脂肪酸酯；

2重量份至4重量份的水解聚丙烯晴胺盐；和

35重量份至38重量份的水。

3.根据权利要求2所述的油气层保护剂，其中，所述油气层保护剂包含：

1重量份的瓜尔胶；

1.5重量份的有机硅酸盐；

11重量份的磺化酚醛树脂；

11重量份的白油；

32重量份的碳酸钙；

3重量份的烷基酚聚氧乙烯醚；

3重量份的失水山梨醇脂肪酸酯；

3.5重量份的水解聚丙烯晴胺盐；和

37重量份的水。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的油气层保护剂，其中，所述瓜尔胶选自由磺酸基羟丙基瓜尔胶、磺酸基甜菜碱两性瓜尔胶或磺酸羧甲基瓜尔胶组成的组。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的油气层保护剂，其中，所述白油为5#白油。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的油气层保护剂，其中，所述钙盐为碳酸钙。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的油气层保护剂，其中，所述烷基酚聚氧乙烯醚为烷基酚聚氧乙烯醚-10。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的油气层保护剂，其中，所述失水山梨醇脂肪酸酯为山梨醇酐油酸酯。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的油气层保护剂，其中，所述有机硅酸盐为C1至C6烷基硅酸盐，更优选为C1至C6烷基硅酸的碱金属盐，最优选甲基硅酸钾。

10.一种制备油气层保护剂的方法，所述方法包括：

(1)将水、瓜尔胶、白油、烷基酚聚氧乙烯醚和失水山梨醇脂肪酸酯加热混合均匀后，得到第一混合物；

(2)将磺化酚醛树脂、钙盐、甲基硅酸盐和水解聚丙烯晴胺盐添加到所述第一混合物中并搅拌，得到所述油气层保护剂。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤(1)的加热温度为60℃至80℃。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤(1)的加热温度为70℃。

13.根据权利要求10至12至任一项所述的方法，其中，步骤(2)中的搅拌时间为1至5小时，更优选为2小时。