一种钻井用气液转换井壁稳定液及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种钻井用气液转换井壁稳定液及其制备方法，属于石油工业钻井工程领域，稳定液包括组分按重量份配比：基础油：30～60；阳离子表面活性剂：5～10；非离子表面活性剂：2～5；聚二甲基硅氧烷：3～10；油溶性树脂：10～15；石油沥青：5～10；聚合醇：5～10；去离子水：5～20。制备方法包括以下步骤：反应釜中基础油及非离子表面活性剂升温搅拌，加入阳离子表面活性剂搅拌，加入聚二甲基硅氧烷搅拌，加入油溶性树脂、石油沥青搅拌，加入聚合醇和水继续搅拌，然后在搅拌条件下冷却至25±5℃放出包装即可。本发明解决粘度因素导致保护层覆盖不均匀、连续的问题，解决保护层单薄抗冲刷能力低的问题。
【专利说明】一种钻井用气液转换井壁稳定液及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种石油工业钻井工程中在实施气体钻井结束后，转换为常规钻井液 钻井前，为提高井壁稳定性而采取对井壁采取处理措施进行时所用的，具有使井壁表面疏 水及封堵、覆盖井壁功能的复合物，以及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 中国经济的快速发展带动能源消费量急剧增加。能源最重要的种类是石油和天然 气。钻井工程是油气资源获得的首要手段。
[0003] 为提高勘探开发速度，在陆相地层应用了气体钻井技术，钻井速度明显提高，为加 快勘探开发进程提供了强有力的技术支撑，经济效益和社会效益显著。但在气体钻井结束， 转换为钻井液钻井过程中，往往出现井壁失稳垮塌，轻则阻卡划眼，重则造成卡钻等钻井事 故，大大影响了气体钻井的实际应用效果。本申请发明人，通过实践、调查后，分析得出气液 转换过程中井壁失稳的主要因素有以下几点：
[0004] (1)气体钻井过程中，井筒内气柱压力低于地层压力，处于一种欠平衡状态；同时 由于空气锤或钻头的震动，引发井壁周围产生微裂缝或加剧原有地层微裂缝的发育，结果 使地层原生裂缝加大并产生大量的次生裂缝，整个井壁处于"酥松"状态。特别对于含泥页 岩和富含高岭石和伊利石等活度较高的地层，易沿着地层胶接面产生水化剥落掉块，引起 井壁坍塌，严重影响钻井施工进度。
[0005] (2)由于携带钻屑的干燥空气将近井壁周围岩石所含水分带出，使井壁处于干燥 状态，气体钻井后替入水基钻井液，水分因毛细管作用瞬间进入亲水"酥松"地层的三维网 状微裂缝产生膨胀压，导致地层剥落、掉块、甚至垮塌。
[0006] (3)替入的水基钻井液对井壁的冲刷也是导致井壁失稳的重要原因。
[0007] 针对上述原因，本申请发明人总结出解决气液转换过程中井壁失稳的主要措施 是采用具有合理密度的强抑制性、强封堵性钻井液体系或无渗透钻井液体系，在进行气液 转换时，提高钻井液的抑制性、封堵性，降低钻井液滤失量，从而防止井壁吸水膨胀、剥落掉 块。然而在现场施工过程中，钻井液需要一定的液柱高度才能与地层建立起力学平衡，即钻 井液液柱达到一定高度时，液柱压力才能使钻井液中的封堵材料进入井壁，阻止滤液的进 一步渗透，实现有效封堵。但由于气体钻井时干燥的井壁吸水性很强，与钻井液接触瞬间即 吸水，使得无渗透钻井液体系无法发挥最佳效果。因此，可在替入钻井液前先向井内泵入一 种前置液，由于该前置液含有能改变井壁润湿性的井壁稳定剂，因而大大减弱了井壁的瞬 时吸水性。
[0008] 中国专利申请号：200710100288.x，本发明提供了一种钻井施工过程中循环介质 由气体转换为液体时的前置液及其使用方法。该前置液中含有有机娃酸盐，在气液转换施 工时，首先注入前置液对井壁进行涂覆处理，使井壁表面呈疏水性，然后再注入钻井液，井 壁在与钻井液接触时，不会很快吸水，随着钻井液在环空中返高增加，液柱产生的压力使钻 井液中的抑制剂、封堵剂等处理剂充分发挥作用。该方法为钻井液与井壁间建立力学平衡 赢得了时间，提高了气液转换施工时井壁的稳定性。
[0009] 但现有井壁稳定剂存在以下缺陷：
[0010] 1)粘度不符合施工要求而影响涂覆，导致不易形成连续均匀的疏水层，钻井液极 易渗入"空白"地层，造成页岩吸水膨胀后掉块和坍塌；
[0011] 2)所形成的保护层单薄，经不起钻井液转换过程中钻井液对井壁的冲刷而导致井 壁所形成的疏水层脱离，进而导致井壁失稳。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的在于：针对现有技术存在的缺陷，提出一种石油工业钻井用气液转 换井壁稳定液，解决粘度因素导致保护层覆盖不均匀、连续的问题，解决保护层单薄抗冲刷 能力低的问题。
[0013] 本发明目的通过下述技术方案来实现：
[0014] 一种钻井用气液转换井壁稳定液，包括下列组分，下列各组分按重量份配比：
[0015] 基础油：30?60 ;阳离子表面活性剂：5?10 ;非离子表面活性剂：2?5 ;聚二甲 基硅氧烷：3?10 ;油溶性树脂：10?15 ;石油浙青：5?10 ;聚合醇：5?10 ;去离子水： 5 ?20。
[0016] 作为选择,所述基础油为0#柴油或5#白油。
[0017] 上述方案中所述井壁稳定液为油包水乳状液，与常规井壁稳定剂相比，具有粘度 低，流动性好，能在井壁表面涂覆均匀、连续等优点，因而在现场使用时可不经调配就能满 足施工要求，简化了施工程序，提高了施工进度。若井壁稳定液采用纯基础油作为液相，其 中的油溶性聚合物分子上的亲水基团之间具有缔合作用，会导致聚合物分子形成空间网络 结构，从而增大其流体力学体积，导致井壁稳定液粘度过高。而井壁稳定液采用油包水乳状 液作为液相，聚合物的亲水基团会优先排列在水滴的表面，从而取代了原有的缔合作用，破 坏了聚合物分子间的空间网络结构，使聚合物的流体力学体积大大减小，从而起到降低井 壁稳定液液相粘度的作用。
[0018] 作为选择，所述阳离子表面活性剂为双十二烷基二甲基氯化铵或/和双十六烷基 二甲基氯化铵。这类表面活性是一种阳离子润湿反转剂，它的阳离子亲水基团会在静电引 力作用下吸附于负电性粘土表面，在其表面覆盖一层憎水性亲油基团，使粘土表面由亲水 性变为疏水性，从而阻碍粘土的吸水，降低吸水膨胀压，大大减弱井壁的瞬时吸水性，为钻 井液液柱建立力学平衡赢得时间，使其中的抑制剂和封堵剂充分发挥作用。同时，由于这类 表面活性剂具有"双子"结构，分子的亲油端为两条长碳链，因此比常规润湿反转剂在粘土 表面所覆盖的亲油基团更加致密，使粘土表面的疏水性更强。
[0019] 作为选择，所述非离子表面活性剂为山梨醇单酐油酸酯或/和山梨醇单酐硬脂酸 酯。该类油溶性表面活性剂的HLB值为4?5,且其乳化性能优良，非常适合做油包水乳状 液的乳化剂。
[0020] 作为选择，所述聚二甲基硅氧烷的数均分子量为1000?5000,其结构式为：
[0021]
【权利要求】
1. 一种钻井用气液转换井壁稳定液，其特征在于包括下列组分，下列各组分按重量份 配比：基础油：30?60 ;阳离子表面活性剂：5?10 ;非离子表面活性剂：2?5 ;聚二甲基 硅氧烷：3?10 ;油溶性树脂：10?15 ;石油浙青：5?10 ;聚合醇：5?10 ;去离子水：5? 20 〇
2. 如权利要求1所述的钻井用气液转换井壁稳定液，其特征在于包括下列组分，下列 各组分按重量份配比：基础油：40?45 ;阳离子表面活性剂：6?9 ;非离子表面活性剂： 2?3 ;聚二甲基硅氧烷：5?8 ;油溶性树脂：12?15 ;石油浙青：8?10 ;聚合醇：6?8 ; 去离子水：1〇?15。
3. 如权利要求2所述的钻井用气液转换井壁稳定液，其特征在于由下述按重量百分比 的组分组成：基础油44% ;聚二甲基硅氧烷7% ;非离子表面活性剂3% ;阳离子表面活性剂 6% ;油溶树脂12% ;石油浙青8% ;聚合醇6% ;去离子水14%。
4. 如权利要求1、2或3所述的钻井用气液转换井壁稳定液，其特征在于：所述基础油 为〇#柴油或5#白油。
5. 如权利要求1、2或3所述的钻井用气液转换井壁稳定液，其特征在于：所述阳离子 表面活性剂选自双十二烷基二甲基氯化铵或/和双十六烷基二甲基氯化铵。
6. 如权利要求1、2或3所述的钻井用气液转换井壁稳定液，其特征在于：所述非离子 表面活性剂为山梨醇单酐油酸酯或/和山梨醇单酐硬脂酸酯。
7. 如权利要求1、2或3所述的钻井用气液转换井壁稳定液，其特征在于：所述油溶性 树脂为松香改性酚醛树脂。
8. 如权利要求1、2或3所述的钻井用气液转换井壁稳定液，其特征在于：所述聚合醇 为聚乙二醇，数均分子量为5000?20000。
9. 如权利要求1至9中任一权利要求所述的钻井用气液转换井壁稳定液的制备方法， 其特征在于包括以下步骤：反应釜中基础油及非离子表面活性剂升温至60±5°C后搅拌 30±5min，加入阳离子表面活性剂60±5°C下搅拌30±5min，加入聚二甲基娃氧烧60±5°C 下搅拌40±5min，加入油溶性树脂、石油浙青60±5°C下搅拌60±10min后，加入聚合醇和 水继续60 ± 5°C下搅拌60 ± lOmin，然后在搅拌条件下冷却至25 ± 5°C放出包装即可。
【文档编号】C09K8/035GK104312556SQ201410592693
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】操盛章, 周翰, 吴娇 申请人:成都得道实业有限公司