降低地層傷害的鉆井液和煤層氣開發(fā)鉆井中使用的鉆井液的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了降低地層傷害的鉆井液和煤層氣開發(fā)鉆井中使用的鉆井液。該降低地層傷害的鉆井液包括:100單位質(zhì)量的淡水、1.5~4.5單位質(zhì)量的降濾失劑、1單位質(zhì)量的防塌劑、2單位質(zhì)量的聚合醇、1.5單位質(zhì)量的無機(jī)鈉膨潤(rùn)土、1單位質(zhì)量的氟碳表面活性劑和3單位質(zhì)量的無機(jī)堿。本發(fā)明的鉆井液能夠有效降低儲(chǔ)層液體的表面張力,從而產(chǎn)生潤(rùn)濕或者反潤(rùn)濕,同時(shí)降低儲(chǔ)存的毛細(xì)管阻力,從而極大地降低了鉆井過程所產(chǎn)生的水鎖效應(yīng)。本發(fā)明的鉆井液尤其適合在煤層氣開發(fā)鉆井中使用。
【專利說明】降低地層傷害的鉆井液和煤層氣開發(fā)鉆井中使用的鉆井液
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及煤層氣開發(fā)中的鉆井領(lǐng)域,特別涉及一種降低底層傷害的鉆井液及煤 層氣開發(fā)中使用的鉆井液。
【背景技術(shù)】
[0002] 鉆井液是鉆探過程中,孔內(nèi)使用的循環(huán)沖洗介質(zhì)。鉆井液是鉆井的血液,又稱鉆孔 沖洗液。鉆井液按組成成分可分為清水、泥漿、無粘土相沖洗液、乳狀液、泡沫和壓縮空氣 等。清水是使用最早的鉆井液,無需處理,使用方便,適用于完整巖層和水源充足的地區(qū)。泥 漿是廣泛使用的鉆井液,主要適用于松散、裂隙發(fā)育、易坍塌掉塊、遇水膨脹剝落等孔壁不 穩(wěn)定巖層。
[0003] 鉆井液的作用有:攜帶巖屑,清潔井底;冷卻和潤(rùn)滑鉆頭及鉆柱;平衡井壁巖石側(cè) 壓力,在井壁形成濾餅,封閉和穩(wěn)定井壁;懸浮巖屑和加重劑;平衡(控制)地層壓力;在地 面能沉除砂子和巖屑;有效傳遞水力功率;提供所鉆地層的大量資料;承受鉆桿和套管的 部分重力;水力破碎巖石。
[0004] 依據(jù)基液和主要處理劑的不同,鉆井液可以分為油基鉆井液,水基鉆井液,氣體鉆 井流體等,比較常用的是前兩種。鉆井液主要由液相、固相和化學(xué)處理劑組成。液相可以是 水(淡水、鹽水)、油(原油、柴油)或乳狀液(混油乳化液和反相乳化液)。固相包括有用 固相(膨潤(rùn)土、加重材料)和無用固相(巖石)?;瘜W(xué)處理劑包括無機(jī)、有機(jī)及高分子化合 物。
[0005] 水基鉆井液是一種以水為分散介質(zhì),以粘土(膨潤(rùn)土)、加重劑及各種化學(xué)處理劑 為分散相的溶膠懸浮體混合體系。其主要組成是水、粘土、加重劑和各種化學(xué)處理劑。它在 實(shí)際應(yīng)用中一直占據(jù)著主導(dǎo)地位。其主要的體系有分散鉆井液、鈣處理鉆井液、鹽水鉆井 液、聚合物鉆井液、正電膠鉆井液和抗高溫深井水基鉆井液。
[0006] 油連續(xù)相鉆井液(習(xí)慣稱為油基鉆井液)是一種以油(主要是柴油或原油)為分 散介質(zhì),以加重劑、各種化學(xué)處理劑及水等為分散相的溶膠懸浮混合體系。其主要組成是原 油、柴油、加重劑、化學(xué)處理劑和水等。它基本經(jīng)歷了原油鉆井液、油基鉆井液、油包水鉆井 液等三個(gè)階段。
[0007] 水鎖效應(yīng)是在開采油氣田的過程中,當(dāng)鉆井液、完井液等外來流體侵入儲(chǔ)層后,造 成近井壁處油氣相滲透率降低的現(xiàn)象。水鎖效應(yīng)在煤層氣鉆井中也比較常見,在鉆井的一 系列過程中都不同程度的存在水鎖效應(yīng),導(dǎo)致油井、氣井減產(chǎn)甚至停產(chǎn)。因此,找到水鎖效 應(yīng)的影響因素,以及抑制和解除水鎖傷害的方法,對(duì)于改善煤層氣開發(fā)效果的意義重大。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)中解決水鎖效應(yīng)的途徑主要有以下幾種:
[0009] 一是注氮?dú)?,氮?dú)饪梢赃M(jìn)入水不能進(jìn)入的低滲地段,可以將低滲帶的處于束縛態(tài) 的原油軀體成可以流動(dòng)的原油,對(duì)于原油產(chǎn)生"抽提"或"攜帶的"作用。
[0010] 二是水力壓裂,此方法可以減小進(jìn)井地層的流動(dòng)壓降,擴(kuò)大有效地流入范圍,讓氣 井保持較高的井底壓力生產(chǎn),推遲井眼附近凝析液的聚集。該方法可有效解除水鎖傷害, 但成本較高。 toon] 三是預(yù)熱地層,此方法是經(jīng)過一種專用的井底傳輸油管加熱工具注入氣體,由此 來直接加熱井底近井地帶目標(biāo)層。從而使井筒附近的溫度達(dá)到500°C,從而使反滲吸水超 臨界抽提。
[0012] 四是注混相水溶劑,此工藝的機(jī)理為:在溫度小于油氣藏溫度時(shí),向近井地帶注入 混相水溶劑,然后燜井一段時(shí)間,當(dāng)近井溫度與油氣藏溫度相同時(shí)打開油井,此時(shí)釋放的壓 力會(huì)對(duì)溶劑和水產(chǎn)生閃蒸作用,使束縛水得以解除,從而降低了水鎖效應(yīng)。
[0013] 利用現(xiàn)有技術(shù)中的上述方法解決水鎖效應(yīng)存在成本過高或者效果不理想的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0014] 本發(fā)明提供一種降低地層傷害的鉆井液,以解決現(xiàn)有技術(shù)中解決水鎖效應(yīng)的方法 存在的成本過高或者效果不理想的問題。
[0015] 為達(dá)到上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0016] 本發(fā)明提供了一種降低地層傷害的鉆井液,所述鉆井液包括:
[0017] 100單位質(zhì)量的淡水、1. 5?4. 5單位質(zhì)量的降濾失劑、1單位質(zhì)量的防塌劑、2單 位質(zhì)量的聚合醇、1. 5單位質(zhì)量的無機(jī)鈉膨潤(rùn)土、1單位質(zhì)量的氟碳表面活性劑和3單位質(zhì) 量的無機(jī)堿。
[0018] 可選地,所述1. 5?4. 5單位質(zhì)量的降濾失劑為1?2. 5單位質(zhì)量的丙烯酸、丙烯 酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸三元共聚物和0. 5?2單位質(zhì)量的聚陰離子纖維素 的混合物。
[0019] 可選地,所述淡水為氯化鈉礦化度低于10000mg/L的天然淡水。
[0020] 可選地,所述防塌劑為乳化浙青、氯化鉀或氯化銨。
[0021] 可選地,所述聚合醇為聚乙二醇或聚乙烯醇。
[0022] 可選地,所述無機(jī)堿為碳酸鈉、碳酸氫鈉或氫氧化鈉。
[0023] 可選地,所述鉆井液還包括:1單位質(zhì)量的十六烷基三甲基溴化銨。
[0024] 本發(fā)明還提供了一種煤層氣開發(fā)鉆井中使用的鉆井液,該煤層氣開發(fā)鉆井中使用 的鉆井液為上述任意一種鉆井液。
[0025] 由上述可見,本發(fā)明的這種包括100單位質(zhì)量的淡水、1. 5?4. 5單位質(zhì)量的降濾 失劑、1單位質(zhì)量的防塌劑、2單位質(zhì)量的聚合醇、1. 5單位質(zhì)量的無機(jī)鈉膨潤(rùn)土、1單位質(zhì)量 的氟碳表面活性劑和3單位質(zhì)量的無機(jī)堿的降低地層傷害的鉆井液,能夠有效降低儲(chǔ)層液 體的表面張力,從而產(chǎn)生潤(rùn)濕或者反潤(rùn)濕,同時(shí)降低儲(chǔ)存的毛細(xì)管阻力,從而極大地降低了 鉆井過程所產(chǎn)生的水鎖效應(yīng),進(jìn)而降低對(duì)底層的傷害。并且,本發(fā)明的鉆井液尤其適合在煤 層氣開發(fā)鉆井中使用。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚,下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一 步地詳細(xì)描述。
[0027] 本發(fā)明的核心思想是,針對(duì)現(xiàn)有的鉆井液由于水鎖對(duì)地層傷害比較嚴(yán)重,使地層 滲透率大大降低的問題,在鉆井液中加入表面活性劑,從而有效降低儲(chǔ)層液體的表面張力, 從而產(chǎn)生潤(rùn)濕或者反潤(rùn)濕,同時(shí)降低儲(chǔ)存的毛細(xì)管阻力,最終更好地解除水鎖,減小對(duì)地層 的傷害。
[0028] 表面活性劑的特點(diǎn)是:
[0029] (1)、少量的加入便能大大降低溶液的表面張力或界面張力,改變體系界面狀態(tài), 使表面呈活化狀態(tài),從而產(chǎn)生潤(rùn)濕或反潤(rùn)濕。
[0030] (2)、表面活性劑是一種易揮發(fā)的極性物質(zhì),可加速侵入液的蒸發(fā),這有利于近井 地層滯留液以蒸發(fā)方式被驅(qū)走,更好地解除水鎖。
[0031] 本發(fā)明的降低地層傷害的鉆井液中所添加的表面活性劑為氟碳表面活性劑。氟碳 表面表面活性劑是特種表面活性劑里面最重要的品種,指碳?xì)浔砻婊钚詣┑奶細(xì)滏溨袣湓?子全部或者部分被氟原子所取代,即氟碳鏈代替了碳?xì)滏?,因此表面活性劑中非極性基不 僅有疏水性質(zhì)而且獨(dú)具疏油的性能,它能以極低的濃度顯著地降低溶劑的表面張力。
[0032] 在加入了表面活性劑之后,表面活性劑可以改變體系界面狀態(tài),使表面呈活化狀 態(tài),從而產(chǎn)生潤(rùn)濕或反潤(rùn)濕并解決鉆井過程尤其是煤層氣開發(fā)鉆井過程中產(chǎn)生的水鎖問 題。同時(shí),因?yàn)閮?chǔ)層尤其是煤層氣儲(chǔ)層的孔隙喉道直徑很小,它的毛細(xì)管阻力就很大,表面 活性劑的加入降低了界面張力,從而降低毛細(xì)管阻力。并且表面活性劑是一種極性物質(zhì),這 樣就加速了侵入液的蒸發(fā),這有利于近井地層滯留液以蒸發(fā)方式被驅(qū)走,更好地解除水鎖。 由于表面活性劑具有以上特有的性質(zhì),使得氣相和液相的界面張力降低,提高氣相相對(duì)滲 透率,從而使采氣過程中克服水鎖效應(yīng)所需的啟動(dòng)壓力降低。
[0033] 更進(jìn)一步地,在本發(fā)明的鉆井液中,在加入氟碳表面活性劑的同時(shí),可以加入一定 量的十六烷基三甲基溴化銨,十六烷基三甲基溴化銨是一種陽(yáng)離子表面活性劑,加入十六 烷基三甲基溴化銨能夠降低氟碳表面活性劑的用量,節(jié)省成本。同時(shí)不影響降低地層液體 表面張力的效果。并且加入十六烷基三甲基溴化銨能夠使本發(fā)明鉆井液的防塌性能明顯增 加。
[0034] 本發(fā)明的降低地層傷害的鉆井液包括:100單位質(zhì)量的淡水、1. 5?4. 5單位質(zhì)量 的降濾失劑、1單位質(zhì)量的防塌劑、2單位質(zhì)量的聚合醇、1. 5單位質(zhì)量的無機(jī)鈉膨潤(rùn)土、1單 位質(zhì)量的氟碳表面活性劑和3單位質(zhì)量的無機(jī)堿。
[0035] 在本發(fā)明實(shí)施例的鉆井液中,降濾失劑可以只使用丙烯酸、丙烯酰胺和2-丙烯酰 胺基-2-甲基丙磺酸三元共聚物或聚陰離子纖維素中的一種,但是為了取得更好的降濾失 效果,最好是將丙烯酸、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸三元共聚物和聚陰離子 纖維素混合在一起使用。當(dāng)然,使用丙烯酸、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸三 元共聚物和聚陰離子纖維素之外的常規(guī)降濾失也能解決本發(fā)明要解決的技術(shù)問題。
[0036] 由于配制鉆井液所使用的淡水的高礦化度容易污染水基鉆井液,維護(hù)處理不當(dāng) 時(shí),會(huì)導(dǎo)致井下復(fù)雜情況的發(fā)生,增加鉆井費(fèi)用,并且當(dāng)配制鉆井液的淡水礦化度較高時(shí), 鉆遇造漿地層前還要調(diào)整鉆井液性能。因此,在本發(fā)明實(shí)施例的鉆井液中,為了使配制的鉆 井液達(dá)到更好的技術(shù)效果,配制鉆井液所使用的淡水優(yōu)選采用氯化鈉礦化度低于l〇〇〇〇mg/ L的天然淡水。
[0037] 在本發(fā)明實(shí)施例的鉆井液中,防塌劑可以采用乳化浙青、氯化鉀或氯化銨。
[0038] 在本發(fā)明實(shí)施例的鉆井液中,聚合醇可以采用聚乙二醇或聚乙烯醇。
[0039] 在本發(fā)明實(shí)施例的鉆井液中,無機(jī)堿可以采用碳酸鈉、碳酸氫鈉或氫氧化鈉。
[0040] 特別地,本發(fā)明的鉆井液尤其適合于在煤層氣開發(fā)鉆井中使用。
[0041] 為了檢驗(yàn)本發(fā)明鉆井液的性能,發(fā)明人配制了本發(fā)明鉆井液的以下五個(gè)實(shí)施例的 鉆井液并進(jìn)行了性能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。
[0042] 下列實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無特殊說明,均為常規(guī)方法。
[0043] 下列實(shí)施例中的所用的材料試劑等,如無特殊說明,均可從商業(yè)途徑得到。
[0044] 實(shí)施例1
[0045] 配方為:淡水800g、丙烯酸、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸三元共聚 物(下稱HYJ-l)8g、聚陰離子纖維素(下稱PAC-LV)4g、乳化浙青8g、聚乙二醇16g、無機(jī)鈉 膨潤(rùn)土 12g、氟碳表面活性劑8g、碳酸鈉24g。各組分的質(zhì)量配比為水:HYJ-1 :PAC-LV :乳化 浙青:聚乙二醇:無機(jī)鈉膨潤(rùn)土 :氟碳表面活性劑:碳酸鈉=100 :1 5 :1 :2 :1. 5 :1 :3。
[0046] 實(shí)施例2
[0047] 配方為:淡水800g、HYJ_18g、PAC_LV16g、乳化浙青8g、聚乙二醇16g、無機(jī)鈉膨潤(rùn) 土 12g、氟碳表面活性劑8g、碳酸鈉24g。各組分的質(zhì)量配比為水:HYJ-1 :PAC-LV :乳化浙 青:聚乙二醇:無機(jī)鈉膨潤(rùn)土 :氟碳表面活性劑:碳酸鈉=100 :1 :2 :1 :2 :1. 5 :1 :3。
[0048] 實(shí)施例3
[0049] 配方為:淡水800g、HYJ-120g、PAC-LV4g、乳化浙青8g、聚乙二醇16g、無機(jī)鈉膨潤(rùn) 土 12g、氟碳表面活性劑8g、碳酸鈉24g。各組分的質(zhì)量配比為水:HYJ-1 :PAC-LV :乳化浙 青:聚乙二醇:無機(jī)鈉膨潤(rùn)土 :氟碳表面活性劑:碳酸鈉=100 :2. 5 5 :1 :2 :1. 5 :1 :3
[0050] 實(shí)施例4
[0051] 配方為:淡水80(^、冊(cè)]-12(^、?4〇1^168、乳化浙青88、聚乙二醇168、無機(jī)鈉膨潤(rùn) 土 12g、氟碳表面活性劑8g、碳酸鈉24g。各組分的質(zhì)量配比為水:HYJ-1 :PAC-LV :乳化浙 青:聚乙二醇:無機(jī)鈉膨潤(rùn)土 :氟碳表面活性劑:碳酸鈉=100 :2. 5 :2 :1 :2 :1. 5 :1 :3。
[0052] 按照上述配方,在攪拌條件下,向淡水中依次加入HYJ-1、PAC-LV、乳化浙青、聚乙 二醇、無機(jī)鈉膨潤(rùn)土、氟碳表面活性劑、碳酸鈉,即得本發(fā)明的鉆井液的實(shí)施例1?4。
[0053] 在本發(fā)明的鉆井液中,在表明活性劑的使用上,加入氟碳表面活性劑的同時(shí),可以 加入一定量的十六烷基三甲基溴化銨。以上述實(shí)施例1為例,在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上加入一 定量的十六烷基三甲基溴化銨,得到實(shí)施例5。
[0054] 實(shí)施例5
[0055] 配方為:淡水80(^、冊(cè)]-188、?4〇1^48、乳化浙青88、聚乙二醇168、無機(jī)鈉膨潤(rùn)土 12g、氟碳表面活性劑8g、十六烷基三甲基溴化銨8g、碳酸鈉24g。各組分的質(zhì)量配比為水: HYJ-1 :PAC-LV :乳化浙青:聚乙二醇:無機(jī)鈉膨潤(rùn)土:氟碳表面活性劑:十六烷基三甲基溴 化銨:碳酸鈉=100 :1 :〇. 5 :1 :2 :1. 5 :1 :1 :3。
[0056] 按照實(shí)施例5的配方,在攪拌條件下,向淡水中依次加入HYJ-1、PAC-LV、乳化浙 青、聚乙二醇、無機(jī)鈉膨潤(rùn)土、氟碳表面活性劑、十六烷基三甲基溴化銨、碳酸鈉,即得本發(fā) 明的鉆井液的實(shí)施例5。
[0057] 在本發(fā)明的鉆井液配方中,上述五個(gè)實(shí)施例中的乳化浙青還可以用氯化鉀或氯化 銨代替;上述五個(gè)實(shí)施例中的聚乙二醇還可以用聚乙烯醇代替;上述五個(gè)實(shí)施例中的碳酸 鈉還可以用碳酸氫鈉或氫氧化鈉代替。
[0058] 為了說明本發(fā)明鉆井液配方降低鉆井液表面張力的技術(shù)效果,下面使用十六烷基 三甲基溴化銨來代替實(shí)施例1中的氟碳表面活性劑得到對(duì)比配方1,并將上述五個(gè)實(shí)施例 與對(duì)比配方1的性能進(jìn)行對(duì)比。
[0059] 對(duì)比配方1,配方為:淡水80(^、冊(cè)]-188、?4〇1^48、乳化浙青88、聚乙二醇168、無 機(jī)鈉膨潤(rùn)土 12g、十六烷基三甲基溴化銨8g、碳酸鈉24g。各組分的質(zhì)量配比為水:HYJ-1 : PAC-LV :乳化浙青:聚乙二醇:無機(jī)鈉膨潤(rùn)土 :十六烷基三甲基溴化銨:碳酸鈉=100 :1 : 0· 5 :1 :2 :1· 5 :1 :3〇
[0060] 按照對(duì)比配方1的配方,在攪拌條件下,向淡水中依次加入HYJ-UPAC-LV、乳化浙 青、聚乙二醇、無機(jī)鈉膨潤(rùn)土、十六烷基三甲基溴化銨、碳酸鈉,即得對(duì)比配方1的鉆井液。
[0061] 對(duì)上述實(shí)施例1?5以及對(duì)比配方1的鉆井液進(jìn)行性能測(cè)試,測(cè)試的指標(biāo)包括:
[0062] (1)密度,用鉆井液測(cè)密度專用的液體密度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。
[0063] (2)表觀粘度,測(cè)量方法為:將樣品倒進(jìn)容器中,使轉(zhuǎn)筒剛好浸入至刻度線,開啟 儀器,待讀數(shù)恒定后,分別記錄轉(zhuǎn)速在600rpm和300rpm時(shí)的讀數(shù)值。
[0064] (3)pH值,測(cè)量方法:用潔凈玻璃棒蘸取鉆井液滴于pH試紙上,對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)色階讀 數(shù)。
[0065] ⑷API濾失量,測(cè)量方法:將鉆井液置于漿杯,裝入濾紙,倒置失水儀上,分別打 開氮?dú)夥?,記錄?. 5min和30min時(shí)的讀數(shù)。
[0066] (5)表面張力,測(cè)量方法:收集測(cè)量API濾失量時(shí)所得濾液,將其放在表面張力儀 下測(cè)得其張力。
[0067] 對(duì)上述六種鉆井液的性能測(cè)試的結(jié)果參見表1。表1為本發(fā)明鉆井液實(shí)施例性能 與常規(guī)鉆井液性能對(duì)比表。
[0068]
【權(quán)利要求】
1. 一種降低地層傷害的鉆井液,其特征在于, 所述鉆井液包括:100單位質(zhì)量的淡水、1. 5?4. 5單位質(zhì)量的降濾失劑、1單位質(zhì)量的 防塌劑、2單位質(zhì)量的聚合醇、1. 5單位質(zhì)量的無機(jī)鈉膨潤(rùn)土、1單位質(zhì)量的氟碳表面活性劑 和3單位質(zhì)量的無機(jī)堿。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井液,其特征在于, 所述1. 5?4. 5單位質(zhì)量的降濾失劑為1?2. 5單位質(zhì)量的丙烯酸、丙烯酰胺和2-丙 烯酰胺基-2-甲基丙磺酸三元共聚物和0. 5?2單位質(zhì)量的聚陰離子纖維素的混合物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井液,其特征在于, 所述淡水為氯化鈉礦化度低于l〇〇〇〇mg/L的天然淡水。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井液,其特征在于, 所述防塌劑為乳化浙青、氯化鉀或氯化銨。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井液,其特征在于, 所述聚合醇為聚乙二醇或聚乙烯醇。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井液,其特征在于, 所述無機(jī)堿為碳酸鈉、碳酸氫鈉或氫氧化鈉。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井液,其特征在于,該鉆井液還包括: 1單位質(zhì)量的十六烷基三甲基溴化銨。
8. -種煤層氣開發(fā)鉆井中使用的鉆井液,其特征在于, 所述鉆井液為權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的鉆井液。
【文檔編號(hào)】C09K8/22GK104046339SQ201410242884
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月3日
【發(fā)明者】毛志新, 張?zhí)? 全紅平, 彭宏釗, 陳東, 鄧鈞耀, 紀(jì)元, 張毅, 田天 申請(qǐng)人:中聯(lián)煤層氣國(guó)家工程研究中心有限責(zé)任公司, 西南石油大學(xué), 中石油煤層氣有限責(zé)任公司