纳米乳液及其制备方法、清洗液组合物、井下高密度清洗液及其制备方法和应用

1.本发明涉及井下清洗液技术领域，具体涉及一种纳米乳液及其制备方法、井下高密度清洗液组合物、清洗液及其制备方法和应用。


背景技术：

2.深水及超深水区域油气勘探开发是未来石油勘探开发的重点，并已在国内外初具规模，但是深水和超深水区域油气勘探开发中仍然存在一些技术难题亟需解决。
3.深水及超深水区域由于地层欠压实，地层破裂压力低，地层含泥岩多，导致井壁稳定问题突出；由于深水及超深水区域的环境温度低，如果有气体侵入钻井液，极易形成水合物而堵塞管道。合成基钻井液是解决上述问题的有效途径。
4.然而，合成基钻井液在钻探储层时，尤其是钻探裸眼完井的储层时，往往会存在几个技术瓶颈：1)盐水类完井液与合成基钻井液的配伍性差，钻探储层后进行完井时需要采用盐水类完井液，会与合成基钻井液的滤液形成乳化层而伤害储层；2)盐水类完井液会与合成基钻井液形成互混层，所述互混层的混浆量往往会非常大，返出钻井平台后，对其储存、运输以及处理都会造成非常大的资金和空间困难。
5.研究者们对合成基或油基钻井液的清洗液进行了大量的研究，在油基钻井液循环过程中，往往会出现混合沉积现象，黏附于管壁，形成阻塞物，由于阻塞物不溶于酸，采用常规的处理方法并不能完成清洗。随着结垢物的堆积，严重的影响开采进度，增大了勘探开发的成本。
6.因此，开发出一种对油基钻井液不易沉积结块且清洗效率高的清洗液，在页岩气勘探开发过程中具有重要意义。


技术实现要素：

7.本发明的目的是为了解决现有技术中清洗液存在容易沉积结块且对油基钻井液清洗效率低的问题。
8.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种制备纳米乳液的方法，该方法包括以下步骤：
9.将表面活性剂、助表面活性剂以及油相进行第一混合，得到混合溶液i，并将所述混合溶液i与水进行第二混合；
10.所述表面活性剂、所述助表面活性剂的总用量与所述油相的用量重量比为1
‑
10：1；
11.所述表面活性剂与所述助表面活性剂的用量重量比为1
‑
4:1；
12.所述水的用量使得所述纳米乳液的浓度为0.08
‑
2wt％。
13.本发明第二方面提供由第一方面所述的方法制得的纳米乳液。
14.本发明第三方面提供一种井下高密度清洗液组合物，该组合物中含有各自独立保
存或两者以上混合保存的以下组分：
15.加重剂、纤维和第二方面中所述的纳米乳液；
16.在所述井下高密度清洗液组合物中，所述纳米乳液、所述加重剂、所述纤维用量重量比为1：100
‑
1500：1
‑
15。
17.本发明第四方面提供一种制备井下高密度清洗液的方法，该方法包括：将第三方面所述的井下高密度清洗液组合物中的各组分进行混合。
18.本发明第五方面提供由第四方面所述的方法制得的井下高密度清洗液。
19.本发明第六方面提供第五方面所述的井下高密度清洗液在清洗井下含油污垢中的应用。
20.发明人发现，采用本发明方法制备得到的纳米乳液，配合纤维形成的井下高密度清洗液组合物，能够有效解决现有清洗液容易沉积结块且对油基钻井液清洗效率低的问题。
附图说明
21.图1是井下高密度清洗液用于清洗井下含油污垢前后的颜色对比图；
22.图2是井下高密度清洗液用于清洗井下含油污垢前后的粒径分析图；
23.图3是井下高密度清洗液用于清洗井下含油污垢清洗效率随时间变化曲线图。
具体实施方式
24.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
25.本发明中，未作相反说明的情况下，所述纳米乳液的浓度表示混合溶液i在水中的浓度。
26.如前所述，本发明的第一方面提供了一种制备纳米乳液的方法，该方法包括以下步骤：
27.将表面活性剂、助表面活性剂以及油相进行第一混合，得到混合溶液i，并将所述混合溶液i与水进行第二混合；
28.所述表面活性剂、所述助表面活性剂的总用量与所述油相的用量重量比为1
‑
10：1；
29.所述表面活性剂与所述助表面活性剂的用量重量比为1
‑
4:1；
30.所述水的用量使得所述纳米乳液的浓度为0.08
‑
2wt％。
31.优选地，所述表面活性剂、所述助表面活性剂的总用量与所述油相的用量重量比为2.33
‑
9：1。
32.优选地，所述表面活性剂与所述助表面活性剂的用量重量比为1
‑
2.5:1。发明人发现，在该优选情况下获得的纳米乳液能够形成清洗效率更高的井下高密度清洗液。
33.优选地，所述水的用量使得所述纳米乳液的浓度为0.5
‑
1.2wt％。发明人发现，采用该优选的具体实施方式制备得到的纳米乳液应用于井下高密度清洗液时，具有更高的清
洗效率。
34.优选地，所述油相中的溶剂选自正辛烷、正己烷、正庚烷、环己烷中的至少一种。
35.优选地，所述表面活性剂选自吐温40、吐温60、吐温80、聚乙烯、异十三醇聚氧乙烯中的至少一种。
36.根据一种特别优选的具体实施方式，所述表面活性剂为吐温60和/或吐温80。
37.优选地，所述助表面活性剂选自乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、1
‑
己醇、2
‑
己醇、1
‑
辛醇、2
‑
辛醇和杂醇油中的至少一种。
38.根据一种特别优选的具体实施方式，所述助表面活性剂选自正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇和正戊醇中的至少一种。
39.优选地，所述第一混合的条件至少包括：温度为25
‑
60℃，时间为6
‑
12min。更优选地，所述第一混合的条件至少包括：温度为25
‑
40℃，时间为6
‑
10min。
40.优选地，所述第二混合的条件至少包括：温度为25
‑
60℃，时间为6
‑
12min。更优选地，所述第二混合的条件至少包括：温度为25
‑
40℃，时间为6
‑
10min。
41.如前所述，本发明的第二方面提供了由第一方面所述的方法制得的纳米乳液。
42.如前所述，本发明的第三方面提供了一种井下高密度清洗液组合物，该组合物中含有各自独立保存或两者以上混合保存的以下组分：
43.加重剂、纤维和第二方面中所述的纳米乳液；
44.在所述井下高密度清洗液组合物中，所述纳米乳液、所述加重剂、所述纤维用量重量比为1：100
‑
1500：1
‑
15。
45.根据一种特别优选的具体实施方式，在所述井下高密度清洗液组合物中，所述纳米乳液、所述加重剂、所述纤维用量重量比为1：240
‑
840：10
‑
12。
46.本发明对所述纤维的形态没有特别的要求，示例性地，所述纤维可以为颗粒状，优选地，所述纤维的平均粒度为800
‑
1300目。
47.优选地，所述纤维选自聚丙烯晴纤维、纤维素纤维中的至少一种。
48.优选地，所述加重剂的平均粒度为200
‑
800目。
49.优选地，所述加重剂选自重晶石、超细钙、氧化铁中的至少一种。
50.如前所述，本发明的第四方面提供了一种制备井下高密度清洗液的方法，该方法包括：将第三方面所述的井下高密度清洗液组合物中的各组分进行接触混合。
51.本发明第四方面涉及的各个组分的用量与本发明第三方面所述的相应组分的含量相同，在此不再赘述，本领域技术人员不应理解为对本发明的限制。
52.优选地，所述接触混合的条件至少包括：搅拌速度为5000
‑
12000rpm，温度为25
‑
60℃，时间为30
‑
60min。更优选地，所述接触混合的条件至少包括：搅拌速度为10000
‑
12000rpm，温度为25
‑
40℃，时间为30
‑
50min。
53.如前所述，本发明的第五方面提供了由第四方面所述的方法制得的井下高密度清洗液。
54.如前所述，本发明的第六方面提供了第五方面所述的井下高密度清洗液在清洗井下含油污垢中的应用。
55.优选地，所述井下含油污垢为含硫酸钡的井下阻塞物。
56.以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实例中，在没有特别说明的情况
下，使用的各种原料和仪器均为市售品。
57.表面活性剂：吐温60，购自江苏省海安石油化工公司；
58.表面活性剂：吐温80，购自江苏省海安石油化工公司；
59.助表面活性剂：正丙醇，购自江苏省海安石油化工公司；
60.助表面活性剂：正戊醇，购自江苏省海安石油化工公司；
61.助表面活性剂：正丁醇，购自江苏省海安石油化工公司；
62.油相：正辛烷，购自上海澳锡实业有限公司；
63.加重剂：超细碳酸钙，平均粒度为800目，购自广西田东民泰实业有限责任公司；
64.加重剂：重晶石，平均粒度为600目，购自麦尔斯材料公司；
65.纤维：聚丙烯晴纤维，平均粒度为1300目，购自麦尔斯材料公司；
66.纤维：纤维素纤维，平均粒度为800目，购自麦尔斯材料公司。
67.实施例1
68.本实施例提供一种制备井下高密度清洗液的方法，该方法包括以下步骤：
69.(1)在40℃下，将140g的吐温60、100g的正丙醇、26.7g的正辛烷均匀混合，8min后加入53.3kg的水，然后均匀混合8min，得到浓度为0.5wt％的纳米乳液；
70.(2)在40℃下，将前述得到的所述纳米乳液0.5g和5g的聚丙烯晴纤维在12000rpm下搅拌10min，并加入393g的超细碳酸钙，在12000rpm下搅拌20min，得到密度为1.52g/cm3的井下高密度清洗液s1。
71.所得产品的性质如表1中所示。
72.实施例2
73.本实施例提供一种制备井下高密度清洗液的方法，该方法包括以下步骤：
74.(1)在25℃下，将100g的吐温80、40g的正丁醇、61g的正辛烷均匀混合，10min后加入20.1kg的水，然后均匀混合10min，得到浓度为1wt％的纳米乳液；
75.(2)在25℃下，将前述得到的所述纳米乳液1g和12g的纤维素纤维在10000rpm下搅拌15min，并加入840g的重晶石，在10000rpm下搅拌25min，得到密度为1.81g/cm3的井下高密度清洗液s2。
76.所得产品的性质如表1中所示。
77.实施例3
78.本实施例提供一种制备井下高密度清洗液的方法，该方法包括以下步骤：
79.(1)在30℃下，将120g的吐温80、60g的正戊醇、36g的正辛烷均匀混合，6min后加入18kg的水，然后均匀混合6min，得到浓度为1.2wt％的纳米乳液；
80.(2)在30℃下，将前述得到的所述纳米乳液2g和22g的聚丙烯晴纤维在11000rpm下搅拌20min，并加入515g的超细碳酸钙，在11000rpm下搅拌30min，得到密度为1.63g/cm3的井下高密度清洗液s3。
81.所得产品的性质如表1中所示。
82.实施例4
83.本实施例按照与实施例1相似的方法进行，所不同的是，在步骤(1)中，将140g的吐温60、35g的正丙醇、19.5g的正辛烷均匀混合，8min后加入38.9kg的水，然后均匀混合8min，得到浓度为0.5wt％的纳米乳液。
84.其余步骤与实施例1中的相同。
85.得到井下高密度清洗液s4。所得产品的性质如表1中所示。
86.实施例5
87.本实施例按照与实施例1相似的方法进行，所不同的是，在步骤(1)中，将140g的吐温60、100g的正丙醇、26.7g的正辛烷均匀混合，8min后加入13.3kg的水，然后均匀混合8min，得到浓度为2wt％的纳米乳液。
88.其余步骤与实施例1中的相同。
89.得到井下高密度清洗液s5。所得产品的性质如表1中所示。
90.实施例6
91.本实施例按照与实施例1相似的方法进行，所不同的是，在步骤(2)中，不加纤维。
92.其余步骤与实施例1中的相同。
93.得到井下高密度清洗液s6。所得产品的性质如表1中所示。
94.对比例1
95.本对比例按照实施例1相似的方法进行，不同的是，在步骤(1)中，将140g的吐温60、28g的正丙醇、18.7g的正辛烷均匀混合，8min后加入37.3kg的水，然后均匀混合8min，得到浓度为0.5wt％的纳米乳液。
96.其余步骤与实施例1中的相同。
97.得到井下高密度清洗液ds1。所得产品的性质如表1中所示。
98.对比例2
99.本对比例按照实施例1相似的方法进行，不同的是，在步骤(1)中，将140g的吐温60、100g的正丙醇、26.7g的正辛烷均匀混合，8min后加入8.9kg的水，然后均匀混合8min，得到浓度为3wt％的纳米乳液。
100.其余步骤与实施例1中的相同。
101.得到井下高密度清洗液ds2。所得产品的性质如表1中所示。
102.对比例3
103.本对比例按照实施例1相似的方法进行，不同的是，在步骤(1)中，将140g的吐温60、100g的正丙醇、26.7g的正辛烷均匀混合，8min后加入533.4kg的水，然后均匀混合8min，得到浓度为0.05wt％的纳米乳液。
104.其余步骤与实施例1中的相同。
105.得到井下高密度清洗液ds3。所得产品的性质如表1中所示。
106.对实施例和对比例制备得到井下高密度清洗液进行各项性能检测，包括密度、动切力/静切力、表观粘度、塑性粘度和动切力，并分别检测转速为600rpm、300rpm、200rpm、100rpm、6rpm和3rpm下的旋转粘度，具体检测结果见表1和表2。
107.其中，旋转粘度、表观粘度、塑性粘度和动切力均采用znn
‑
d6b型六速粘度仪进行检测。
108.表1
[0109][0110]
表2
[0111][0112]
测试例
[0113]
将实施例和对比例制得的井下高密度清洗液用于清洗井下含油污垢，其中，井下含油污垢为超深井下取出的阻塞物，主要成分为硫酸钡与油相混合物，具体成分组成如表3所示。
[0114]
具体清洗方法为：采用高搅杯、烘箱等仪器模拟室内模拟井下处理情况，称取m0的井下含油污垢，放置于高搅杯中，并称量清洗前含有井下含油污垢的高搅杯总重量m1，加入清洗液350ml，通过控制搅拌机转速来模拟井下清洗液剪切力，转速为4000r/min，搅拌时长为25min，处理后将清洗浆倒出，用清水将残留清洗浆缓慢冲出，然后烘干，称量清洗后高搅杯的重量为m2。计算清洗效率，具体结果见表4。
[0115]
其中，清洗效率的计算公式为：[(m2‑
m1)/m0]
×
100％；
[0116]
式中，m0表示油基阻塞物的重量，g；
[0117]
m1表示清洗前油基阻塞物和高搅杯的总重量，g；
[0118]
m2表示清洗并烘干后高搅杯的重量(干重)，g。
[0119]
表3
[0120]
[0121][0122]
表4
[0123] 清洗效率/％实施例187.6实施例280.4实施例375.0实施例471.6实施例574.3实施例651.8对比例138.9对比例237.0对比例337.5
[0124]
从表4中可以看出，将本发明方法制得的纳米乳液应用于井下高密度清洗液中，能够有效解决现有清洗液容易沉积结块的问题，还能够有效提高油基钻井液清洗效率。
[0125]
另外，本发明示例性地提供了采用实施例1制得的井下高密度清洗液用于清洗井下含油污垢前后的颜色对比图以及粒径分析图，分别见图1
‑
图3。
[0126]
图1为井下高密度清洗液用于清洗井下含油污垢前后的颜色对比图，图2为井下高密度清洗液用于清洗井下含油污垢前后的粒径分析图，图3为井下高密度清洗液用于清洗井下含油污垢清洗效率随时间变化曲线图。
[0127]
从图1中可以看出，随着清洗时间的延长，清洗浆颜色越深，颗粒粒径也越来越细。
[0128]
从图2中可以看出，清洗浆在一定处理时间后可以顺利返排至地面，并且含油阻塞物不会化学分解，造成二次污染。
[0129]
从图3中可以看出，随着清洗时间的延长，清洗效率逐渐提高，且清洗效率与清洗时间呈线性关系。
[0130]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。