本發(fā)明涉及環(huán)保完井液技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無固相無污染低傷害高密度完井液及其制備方法。

背景技術(shù)：

在完井過程中，通常使用某些鹽液體作為壓井液(用于控制地層壓力的液體)，修井液(保養(yǎng)生產(chǎn)井的液體)，它們都屬于完井過程中的工作液。根據(jù)所需要的液體密度，來調(diào)整鹽水溶液基液的密度。

通常情況下，對(duì)于較低的液體密度，使用氯化物或甲酸鈉，對(duì)于較高的液體密度，使用溴化物或甲酸鉀等。比如，如果地層所需要的密度僅為1.20g/cm³以下，則使用氯化鉀或氯化鈉；如果地層所需密度在1.30g/cm³左右，則使用甲酸鈉；如果地層所需密度為1.40g/cm³左右，則使用氯化鈣；如果地層所需密度為1.50g/cm³左右，則使用溴化鈉；如果地層所需密度為1.60g/cm³以下，則使用甲酸鉀或中密度的有機(jī)鹽；如果地層所需密度高達(dá)1.80g/cm³左右，則使用溴化鈣；如果地層所需密度高達(dá)2.0g/cm³左右，則使用溴化鋅和溴化鈣的混合物。

目前，低密度區(qū)間由于都是一價(jià)金屬鹽，所以對(duì)儲(chǔ)層傷害和污染較小，因此現(xiàn)存問題比較?。欢呙芏葏^(qū)間存在問題較多，如使用鈣鹽配制完井液時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)配液困難，尤其是在冬季，析出很多固相的顆粒沉淀，很難滿足現(xiàn)配現(xiàn)用的施工要求，且由于溶解度較低導(dǎo)致了液體密度難達(dá)到要求；另外，二價(jià)鈣鹽、鋅鹽在井下地層中易結(jié)垢、沉淀，發(fā)生儲(chǔ)層堵塞現(xiàn)象，對(duì)儲(chǔ)層有污染；而溴化鈉雖然可以達(dá)到密度為1.50g/cm³左右，但價(jià)格昂貴；甲酸鉀的飽和溶液雖然能加重到接近1.60g/cm³的密度，它是通過1噸水加入3噸以上甲酸鉀來實(shí)現(xiàn)的，加量大導(dǎo)致價(jià)格昂貴。綜述上述問題，有必要研發(fā)一種無固相無污染對(duì)儲(chǔ)層低傷害的高密度完井液來代替二價(jià)鹽完井液和價(jià)格昂貴的有機(jī)鹽完井液。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種采用多種一價(jià)鉀鹽復(fù)配形成的能夠替代目前慣用的二價(jià)鹽完井液和價(jià)格昂貴的有機(jī)鹽完井液的無固相無污染低傷害高密度完井液。

本發(fā)明的另一目的是提供一種制備上述無固相無污染低傷害高密度完井液的制備方法。

為此，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種無固相無污染低傷害高密度完井液，包括以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)的1～5％的氫氧化鉀、5～10％的磷酸二氫鉀、15～40％的磷酸一氫鉀、1～5％的甲酸鉀、10～30％的焦磷酸鉀、5～12％的甲酸銫、0.2～0.8％的增粘劑、1～2％的降濾失劑和余量的水。

其中，完井液的無機(jī)鹽部分通過選用按一定比例混合的多種鉀鹽配制成在水中具有高溶解度和高密度的完井液。

所述增粘劑為黃原膠、田菁膠、瓜膠或香豆膠；其通過采用天然增稠劑以提高完井液的體系粘度。

所述降濾失劑為cmc-amps-aa交聯(lián)共聚物；其中，聚合反應(yīng)中，羧甲基纖維素鹽(cmc)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(amps)和丙烯酸鹽(aa)三個(gè)單體的投料質(zhì)量比為(1～3):(5～15):(10～40)；具體地，該降濾失劑的配方和制備方法參見已公開專利cn201510227471.0中。

一種無固相無污染低傷害高密度完井液的制備方法，步驟如下：

將以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)的水、5～10％的磷酸一氫鉀、15～40％的磷酸二氫鉀、1～5％的甲酸鉀、10～30％的焦磷酸鉀和5～12％甲酸銫加入反應(yīng)瓶中，攪拌至完全溶解，配制成無機(jī)鹽水溶液基液；向基液中加入0.2～0.8％的增粘劑，攪拌，混合均勻后再加入1～2％的降濾失劑，攪拌，混合均勻；最后加入1～5％的氫氧化鉀，使溶液ph在10～12之間，同時(shí)增加液體體系中鹽的溶解度，繼續(xù)攪拌至溶液混合均勻；其中，水、磷酸一氫鉀、磷酸二氫鉀、甲酸鉀、焦磷酸鉀、甲酸銫、增粘劑、降濾失劑和氫氧化鉀的加入總量為100％。

其中，將按照一定比例配制的鉀鹽進(jìn)行優(yōu)先溶解，以防止無機(jī)鹽溶于水中釋放的熱量導(dǎo)致由于無機(jī)鹽溶解過程中的放熱不完全攪拌時(shí)增粘劑產(chǎn)生大量的氣泡。因此為了避免起泡，先充分的溶解無機(jī)鹽，形成濃鹽水溶液，然后加入增粘劑和降濾失劑等。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的無固相無污染低傷害高密度完井液全部采用一價(jià)堿金屬鉀鹽進(jìn)行復(fù)配作為無機(jī)鹽配制成了密度為1.7～1.9g/cm³的高密度完井液，其水溶解性即使在低溫、常溫、高溫狀態(tài)下溶解性均呈現(xiàn)良好表現(xiàn)，可適用溫度寬，真正實(shí)現(xiàn)了完井液中的無固相；另外，一價(jià)堿金屬鉀鹽在井下地層不產(chǎn)生化學(xué)沉淀和污垢，對(duì)儲(chǔ)層污染小、傷害小，不會(huì)堵塞儲(chǔ)層，避免了與儲(chǔ)層中的碳酸根、硫酸根相遇生成沉淀，堵塞孔隙；同時(shí)，該完井液腐蝕性輕微，使用過程中不會(huì)對(duì)金屬設(shè)備及橡膠器件產(chǎn)生腐蝕和硬化。另外，該完井液制備方法簡(jiǎn)單，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)用現(xiàn)配。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，但下述實(shí)施例絕非對(duì)本發(fā)明有任何限制。

實(shí)施例1

將23份的水、38份的磷酸一氫鉀、8份的磷酸二氫鉀、3份的甲酸鉀、10份的焦磷酸鉀、11份的甲酸銫加入反應(yīng)瓶中，攪拌至完全溶解，配制成無機(jī)鹽水溶液基液；向基液中加入0.5份的黃原膠，混合均勻；再加入1.5份的降濾失劑，再次混勻，最后加入ph調(diào)節(jié)劑：2份的氫氧化鉀，增加液體體系中鹽的溶解度，配制成無固相無污染低傷害高密度完井液。

實(shí)施例2

將25份的水、29份的磷酸一氫鉀、5份的磷酸二氫鉀、2份的甲酸鉀、24份的焦磷酸鉀、10份的甲酸銫加入反應(yīng)瓶中，攪拌至完全溶解，配制成無機(jī)鹽水溶液基液；向基液中加入0.8份的田菁膠，混合均勻；再加入1.2份的降濾失劑，再次混勻，最后加入ph調(diào)節(jié)劑：3份的氫氧化鉀，增加液體體系中鹽的溶解度，配制成無固相無污染低傷害高密度完井液。

實(shí)施例3

將29份的水、25份的磷酸一氫鉀、10份的磷酸二氫鉀、4份的甲酸鉀、20份的焦磷酸鉀、6份的甲酸銫加入反應(yīng)瓶中，攪拌至完全溶解，配制成無機(jī)鹽水溶液基液；向基液中加入0.2份的瓜膠，混合均勻；再加入1.8份的降濾失劑，再次混勻，最后加入ph調(diào)節(jié)劑：4份的氫氧化鉀，增加液體體系中鹽的溶解度，配制成無固相無污染低傷害高密度完井液。

實(shí)施例4

將26份的水、15份的磷酸一氫鉀、6份的磷酸二氫鉀、5份的甲酸鉀、29份的焦磷酸鉀、12份的甲酸銫加入反應(yīng)瓶中，攪拌至完全溶解，配制成無機(jī)鹽水溶液基液；向基液中加入0.4份的黃原膠，混合均勻；再加入1.6份的降濾失劑，再次混勻，最后加入ph調(diào)節(jié)劑：5份的氫氧化鉀，增加液體體系中鹽的溶解度，配制成無固相無污染低傷害高密度完井液。

其中，上述實(shí)施例1～4中的氫氧化鉀、磷酸一氫鉀、磷酸二氫鉀、甲酸鉀、焦磷酸鉀、甲酸銫可直接購買自市售產(chǎn)品。

所述降濾失劑通過下述制備方法制得：將3g的羧甲基纖維素鈉加入到反應(yīng)器中，再向反應(yīng)器中加入25ml水，攪拌并升溫至60℃糊化20min，加入10g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、30g丙烯酸鈉水溶液攪拌均勻，依次加入0.4g的過硫酸鉀引發(fā)劑，0.010gn,n-亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑，70℃恒溫反應(yīng)2.5小時(shí)，分別用乙醇和蒸餾水洗滌兩次，烘干、粉碎、造粒得到白色粉末狀產(chǎn)品。

由于該無固相無污染低傷害高密度完井液旨在替代目前慣用的二價(jià)鹽完井液和價(jià)格昂貴的有機(jī)鹽完井液，因此進(jìn)一步對(duì)實(shí)施例1～4制備的無固相無污染低傷害高密度完井液的ph值、溶液密度、巖心滲透率恢復(fù)值實(shí)驗(yàn)、巖心傷害率和腐蝕度進(jìn)行相應(yīng)測(cè)試，以評(píng)價(jià)其是否能夠在滿足高密度需求的同時(shí)能夠最大限度減少對(duì)油氣層的損害。

其中，巖心滲透率恢復(fù)值是評(píng)價(jià)完井液對(duì)儲(chǔ)層的損害程度或?qū)?chǔ)層保護(hù)效果的最直觀的方法；其采用天然巖心在流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置上，測(cè)量實(shí)驗(yàn)巖心污染前后的滲透率，所得比值即為滲透率恢復(fù)值。滲透率恢復(fù)值能夠直觀反映儲(chǔ)層巖心的損害程度。完井液的滲透率恢復(fù)值越大，說明對(duì)儲(chǔ)層損害越小，一般滲透率恢復(fù)值應(yīng)不小于75％(具體方法可參照《砂巖儲(chǔ)層敏感性評(píng)價(jià)：巖心流動(dòng)試驗(yàn)程序》的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))。

巖心傷害率的測(cè)定方法：取若干塊已洗油、洗鹽處理的巖心做平行實(shí)驗(yàn)，首先用煤油測(cè)試每塊巖心的原始滲透率，然后使用配制的無污染低傷害堿性完井液對(duì)巖心進(jìn)行污染，再測(cè)試污染后的巖心滲透率，通過污染前后的滲透率的比值來評(píng)價(jià)巖心傷害率。

完井液體系腐蝕度通過測(cè)定完井液體系的腐蝕速率進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體方法為：采用p110鋼為測(cè)試對(duì)象，參考標(biāo)準(zhǔn)-sy/t0026-1999測(cè)試。當(dāng)腐蝕速率低于0.075mm/a時(shí)，即可認(rèn)定為輕度腐蝕。

測(cè)試結(jié)果如下表1所示。

表1：

從上表1的測(cè)試結(jié)果可以看出，實(shí)施例1～4制備的無固相無污染低傷害高密度完井液采用多種一價(jià)鉀鹽進(jìn)行復(fù)配無機(jī)鹽的方式溶解于水配制成無機(jī)鹽基液后，配以增粘劑和降濾失劑制備而成，其溶液ph為10～12，溶液密度可達(dá)到1.7～1.9g/cm³，該溶液密度完全滿足底層所需的高密度要求。

在巖心滲透率恢復(fù)值、巖心傷害率和腐蝕性測(cè)試中，實(shí)施例1～4制備的無固相無污染低傷害高密度完井液的巖心滲透率恢復(fù)值超過78，巖心傷害率控制在24％以下；對(duì)p110鋼的腐蝕速率低于0.02mm/a，為輕度腐蝕，使用過程中對(duì)套管腐蝕性??；可見，其也能夠滿足最大限度減少對(duì)油氣層損害的要求。

另外，對(duì)實(shí)施例1～4制備的無固相無污染低傷害高密度完井液進(jìn)行溫度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明其在90～160℃的是溫度使用條件下均無固體析出，性能保持良好，適用溫度寬。