一种适用于油基钻井液的微乳液型冲洗液体系及制备方法
【专利摘要】一种适用于油基钻井液的微乳液型冲洗液体系及制备方法，主要解决现有冲洗液存在的冲洗效率低、润湿反转能力弱、界面胶结质量差等不足。该冲洗液体系由微乳液型冲洗剂和基液组成。微乳液型冲洗剂各组份及重量比例为：清水100份、阴离子表面活性剂4～6份、非离子表面活性剂3～6份、助表面活性剂6～10份、盐7～15份。基液为含有一定质量百分浓度加重剂、聚合物的水溶液。该冲洗液与油基钻井液中油相接触时能够自发形成微乳液，可以高效清除残留的油基钻井液，润湿反转能力强，保证水泥环与环空界面的胶结，应用前景广阔。
【专利说明】
一种适用于油基钻井液的微乳液型冲洗液体系及制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及油气井固井领域，尤其涉及一种适用于油基钻井液的微乳液型冲洗液 体系及制备方法，特别适用于固井前对油基钻井液进行冲洗，提高固井界面胶结质量。
【背景技术】
[0002] 油基钻井液性能稳定、润滑性好、抑制性强，有利于保持井壁稳定，在泥页岩、盐膏 层等复杂地层和深井、大位移井等特殊钻井施工中应用逐年增加。由于油基钻井液与固井 水泥浆是理化性质不同的两种工作液，如果固井前无法将井壁上的油基钻井液清除干净， 残留井壁上的油基钻井液会掺混入水泥浆中，使水泥石抗压强度、胶结强度大幅度降低、孔 隙度和渗透率升高，残留井壁上的油基钻井液滤饼因不具有固结能力而在井眼环空界面处 形成微环隙，严重影响固井二界面胶结质量和水泥环封隔能力。多年来，如何有效清除残留 油基钻井液及滤饼、保证套管及井壁的水润湿性，是油基钻井液完钻后固井面临的关键难 题。
[0003] 国内外就适用于油基钻井液的冲洗液进行了大量的研究。如CN1174075C公开的油 基钻井液固井用冲洗液，主要由聚乙二醇酯、水润湿剂烷基酚聚氧乙烯醚及基础油相组成， 该冲洗液能有效冲洗残留油基钻井液及滤饼，同时对油基钻井液具有较好的稀释降粘作 用。CN1405265A公开的油基钻井液冲洗液及其制备方法，主要用于解决二界面胶结强度低 的问题，其主要作用成分为螯合剂乙二胺四乙酸二钠、表面活性剂十二烷基硫酸钠和烷基 脂肪醇聚氧乙烯醚。CN103555306A公开的一种适用于高温高盐环境的油基钻井液冲洗液， 主要作用成分为离子型表面活性剂AES和非离子表面活性剂月桂醇聚氧乙烯醚，该体系具 有较高的盐浓度，且能耐较高温度。岳前升等研制出一种油基钻井液滤饼解除液HCF，它是 一种相对稳定的水包油乳液体系，其中水相有混合酸、清洗渗透剂、粘土稳定剂、缓蚀剂、乳 化剂及防垢剂等组成。美国专利6686323公开的一种冲洗液，其作用机理是利用烷基聚葡萄 糖苷类表面活性剂及酯类溶剂的混合溶液进行冲洗。哈里伯顿公司的Ryan等人、贝克休斯 公司的Jonathan等人均提出将微乳液技术应用到固井冲洗液中，用于清洗井眼中残留的油 基钻井液，并初步取得了一定成果。
[0004] 有机溶剂和表面活性剂型冲洗液对油基钻井液具有较好的冲洗效果，但因其润湿 反转能力弱、增溶能力小等不足，依然制约着油基钻井液条件下固井质量。因此，研究适用 于油基钻井液的高效固井冲洗液具有显著的市场效益。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了克服现有固井冲洗液对油基钻井液冲洗效率低、界面胶结质 量差的缺点和不足，依据"表面活性剂+助表面活性剂+盐"的水溶液复合体系与油基钻井液 中油相接触时能够自发形成微乳液的原理，提出了一种适用于油基钻井液的微乳液型冲洗 液体系及制备方法。该冲洗液具有与油界面张力低，对油增溶能力强的特点，接触残留油基 钻井液油相后，能增溶油相并自发形成微乳液，对油基钻井液具有较强的清洗能力。所形成 微乳液同样与油间界面张力极低，能进一步对油基钻井液进行清洗。冲洗液密度及流变性 可调。
[0006] 为实现上述发明目的，本发明的微乳液型冲洗液体系，由微乳液型冲洗剂和基液 组成。
[0007] 所述微乳液型冲洗剂，按照质量份数其组成为：
[0008] 清水 1〇〇 份；
[0009] 阴离子表面活性剂 4~6份；
[0010] 非离子表面活性剂 3~6份；
[0011] 助表面活性剂 6~10份；
[0012]盐 7 ~15 份。
[0013]所述阴离子表面活性剂可以是琥珀酸二(2-乙基己酯)磺酸钠、α-烯烃磺酸钠中的 一种。
[0014]所述非离子表面活性剂可以是异构十三醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯醚Span20、 Span40、Span60 中的一种。
[0015] 所述助表面活性剂可以是正丙醇、正丁醇、正戊醇、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚、乙二 醇丁醚中的一种或几种组合。
[0016] 所述盐可以是氯化钾、氯化钠、氯化铵中的一种。
[0017] 所述基液为含有一定质量百分浓度加重剂、聚合物的水溶液。
[0018] 所述加重剂可以是重晶石、石英砂、铁矿粉中的一种或几种组合，所述重晶石粒径 介于25~48μηι，所述石英砂粒径介于58~106μηι，所述铁矿粉粒径介于10~37μηι，所述加重 剂占基液质量的〇~30 %。
[0019]所述聚合物可以是黄原胶、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)与丙烯酰胺(AM)聚 合物、羧甲基羟乙基纤维素（CMHEC)、聚乙烯醇(PVA)中的一种或几种组合，占基液质量的 0.1% ~1%〇
[0020] 所述适用于油基钻井液的微乳液型冲洗液体系制备及使用方法，步骤如下：将盐 溶于清水中，制备浓度为7%~10%的盐水溶液;依次将阴离子表面活性剂、非离子表面活 性剂、 助表面活性剂加入到盐水中，搅拌均匀，制备出微乳液型冲洗剂;按照基液质量分数的 10 %~20 %加入微乳液型冲洗剂，制备出微乳液型冲洗液。
[0021] 本发明的优点：（1)本发明中的助表面活性剂能同时溶于油相及水相中，对油相及 水相具有一定程度改性作用，有助于冲洗液与油接触时自发形成微乳液；（2)冲洗液与油相 间界面张力极低，有利于提高冲洗效率；（3)阴-非离子表面活性剂的复配体系具有更高的 表面活性及对油的增溶能力；（4)所形成微乳液与油界面张力极低，且具有较好的增溶能 力， 能进一步对残留油基钻井液进行清洗，提高清洗效率。（5)所形成微乳液粒径极小，可 有效防止乳液阻塞。
【具体实施方式】
[0022] 实施例1: 一种适用于油基钻井液的微乳液型冲洗液体系的组成
[0023] -种适用于油基钻井液的微乳液型冲洗液体系由微乳液型冲洗剂和基液组成。微 乳液型冲洗剂可由以下物质组成，各物质的质量份数具体为:清水100份、阴离子表面活性 剂琥珀酸二（2-乙基己酯)磺酸钠4份、非离子表面活性剂异构十三醇聚氧乙烯醚3份、助表 面活性剂正丁醇6份、氯化钠7份。基液中黄原胶质量浓度0.1%，加重剂重晶石质量浓度 3%，按照基液质量分数的15%加入冲洗剂，制备出微乳液型冲洗液。采用旋转滴界面张力 仪测定冲洗液与油的界面张力，并计算其对油的增溶参数，依照中华人民共和国石油天然 气行业标准SY/T 5374-2000"油气井注水泥前置液使用方法"评价冲洗效率，转速为1400 转/分钟，冲洗时间为5分钟，结果列于表1。采用的油基钻井液配方组成为：白油+1.5%VG-69有机土+0.5 % LCR-0 ID主乳化剂+3 %降滤失剂+25 %水+5 %氯化钙+0.5 %辅助乳化剂，钻 井液密度为1.30g/cm3〇
[0024] 实施例2:-种适用于油基钻井液的微乳液型冲洗液体系的组成
[0025] -种适用于油基钻井液的微乳液型冲洗液体系由微乳液型冲洗剂和基液组成。微 乳液型冲洗剂可由以下物质组成，各物质的质量份数具体为:清水100份、阴离子表面活性 剂琥珀酸二（2-乙基己酯)磺酸钠6份、非离子表面活性剂异构十三醇聚氧乙烯醚5份、助表 面活性剂正丁醇9份、氯化钠10份。基液中黄原胶质量浓度0.5%，加重剂石英砂质量浓度 25%份，按照基液质量分数的10%加入冲洗液，测定冲洗液与油的界面张力，计算其对油的 增溶参数，测定冲洗效率，结果列于表1。
[0026] 表1微乳液型冲洗液基本性能评价
[0027]
其中，增溶参数为单位质量表面活性剂增溶油的体积。
[0028] 实施例3:冲洗液体系对胶结面润湿反转性能评价
[0029] 以实施例1冲洗液体系为测试对象，首先配制冲洗液。对固井界面污染实验方法如 下:采用模拟井筒法，根据国家标准GB/T 16783.2-2012 "钻井液现场测试第2部分：油基钻 井液"，在一定温度、3.5MPa条件下进行油基钻井液30分钟污染实验，用油基钻井液对套管 (固井第一界面)和岩芯（固井第二界面)进行污染。对固井界面冲洗实验方法如下:采用模 拟井筒法，在一定温度、3.5MPa条件下使用固井冲洗液体系对套管、岩芯进行冲洗，根据中 华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 5374-2000"油气井注水泥前置液使用方法"，冲洗 液返排速度为〇.5m/s，冲洗时间为5min。采用光学接触角测量仪测定润湿角。界面胶结强度 测定方法:将套管和岩芯放入模具中，注入水泥浆，在70°C的水浴中养护24h后，用压力机测 定界面胶结强度。实验结果见表2。
[0030]表2微乳液型冲洗液体系对胶结面润湿反转性能
[0031]
[0032]
[0033] 图1给出了实施例1制备冲洗液冲洗油基钻井液后形成微乳液液滴粒径。
[0034] 从表1、表2和图1中可以看出，本发明的冲洗液体系与油相间界面张力极低，且对 油具有较好的增溶性能，因此具有较高的冲洗效率及润湿反转能力，对固井第一、第二界面 冲洗后，两界面均为亲水性，为水泥浆胶结提供了合适的环境，保证界面胶结强度。增溶残 留油基钻井液后形成微乳液，粒径极小，能有效防止乳液阻塞。
[0035] 当然，以上所述仅是本发明的一种实施方式而已，应当指出本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰 均属于本发明权利要求的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种适用于油基钻井液的微乳液型冲洗液体系，其特征在于由微乳液型冲洗剂和基 液组成。2. 根据权利要求1所述的微乳液型冲洗剂，其特征在于各组份W及重量比例如下： 清水 ！〇〇份； 巧离予泰面活性剂 4~6份； 非离子表面活性剂 3~6份; 妨表面活性剂 6~10份;： 盛 7~15份。3. 根据权利要求2所述的微乳液型冲洗剂，其特征在于所述阴离子表面活性剂可W是 班巧酸二(2-乙基己醋)横酸钢、α-締控横酸钢中的一种。4. 根据权利要求2所述的微乳液型冲洗剂，其特征在于所述非离子表面活性剂可W是 异构十Ξ醇聚氧乙締酸、聚氧乙締酸Span20、Span40、Span60中的一种。5. 根据权利要求2所述的微乳液型冲洗剂，其特征在于所述助表面活性剂可W是正丙 醇、正下醇、正戊醇、丙二醇下酸、丙二醇甲酸、乙二醇下酸中的一种或几种组合。6. 根据权利要求2所述的微乳液型冲洗剂，其特征在于所述盐可W是氯化钟、氯化钢、 氯化锭中的一种。7. 根据权利要求1所述的基液，其特征是含有一定质量百分浓度加重剂、聚合物的水溶 液。8. 根据权利要求7所述基液，其特征在于所述加重剂是重晶石、石英砂、铁矿粉中的一 种或几种组合，所述重晶石粒径介于25~4祉m，所述石英砂粒径介于58~106μπι，所述铁矿 粉粒径介于10~37μηι，所述加重剂占基液质量的0~30%。9. 根据权利要求7所述基液，其特征在于所述聚合物是黄原胶、2-丙締酷胺-2-甲基丙 横酸(AMPS)与丙締酷胺(AM)聚合物、簇甲基径乙基纤维素(CMHEC)、聚乙締醇(PVA)中的一 种或几种组合，占所述基液质量的0.1 %~1 %。10. 根据权利要求1所述的适用于油基钻井液的微乳液型冲洗液体系，其特征在于制备 方法为:将盐溶于清水中，制备出盐水溶液;依次将阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、 助表面活性剂加入到盐水中，揽拌均匀，制备出微乳液型冲洗剂;按照基液质量分数的10% ~20%加入微乳液型冲洗剂，揽拌均匀，即可得到适用于油基钻井液的微乳液型冲洗液。
【文档编号】C09K8/536GK106085395SQ201610438760
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月20日
【发明人】王成文, 孟仁洲, 杨馥蔓
【申请人】中国石油大学(华东)