一种无固相高密度完井液及其制备方法技术

一种无固相高密度完井液，包括：水、溴化钙、氯化锌和咪唑啉添加剂；所述水、所述溴化钙、所述氯化锌和所述咪唑啉添加剂的质量比为10:(22‑24):(21‑22):(0.1325‑0.14)。本申请通过溴化钙和氯化锌复合并加入咪唑啉添加剂，制备了密度大于溴化钙和氯化锌分别单独溶解于水达到饱和时的密度的抗高温高密度无固相完井液，使该完井液密度在(2.002‑2.037)g/cm

【技术实现步骤摘要】
一种无固相高密度完井液及其制备方法
本文涉及石油与天然气开采中完井领域，具体涉及一种无固相高密度完井液及其制备方法。
技术介绍
完井液主要用于石油和天然气开采中的完井和修井各项作业中，是一类用液量大、与储层性能保护及油层污染密切相关的生产用液，新井从钻开产层到正式投产前，由于作业需要而使用的任何接触产层的液体都称之为完井液，完井液广义上包括了修井液。从投产开始为维持或提高产能而进行的作业中使用的液体统称修井液。完井液最主要的功能是满足使用井的温度、压力要求，压住井，防止井下油气流发生井喷，因此首先的要求是完井液的密度和耐温性，同时要求对储层伤害小。无固相完井液是在水中加入可溶的盐加重得到高密度液体，来满足储层压力，这类的盐被称为加重剂。目前最常用的完井液加重剂为：NaCl、KCl、CaCl2、CaBr2、ZnCl2、ZnBr2、焦磷酸钾、HCOONa、HCOOK和HCOOCs(甲酸铯)等。在常温下，用NaCl、KCl、CaCl2和HCOONa作为加重剂可配制密度(1.05-1.39)g/cm3的水溶液；用HCOOK可配制密度≤1.57g/cm3的水溶液；用CaBr2可配制密度≤1.68g/cm3的水溶液；用焦磷酸钾可配制密度≤1.72g/cm3的水溶液；用ZnBr2可配制密度2.00-2.45g/cm3的水溶液；用甲酸铯可配制密度≤2.367g/cm3的水溶液，这些溶液均为透明溶液，再增加这些盐的加量则溶液浑浊成为半透明和不透明溶液。尽管https://www.chemicalbook.com资料介绍ZnCl2每100毫升水中的溶解克数：395g/20℃、432g/25℃，但实际上在常温下用GR级纯度为98％的ZnCl2仅仅可配制密度≤1.85g/cm3的透明水溶液，同样再增加这些盐的加量则溶液浑浊成为半透明淡白色和不透明乳白色溶液。现阶段对密度≤1.70g/cm3的完井液的研究已经成熟，然而对密度达到2.0g/cm3的完井液的研究较少，可加重到该密度的加重剂仅仅有ZnBr2、甲酸铯及其与有机盐的复配复合盐。ZnBr2虽然可加重水溶液到密度2.0g/cm3以上，但其由于对油管的腐蚀严重而未被广泛使用。甲酸铯则由于优良的加重性能、低腐蚀性得到了广泛关注，甲酸铯可配置最高密度2.367g/cm3的溶液(减伟伟,徐同台，赵忠举，王超，甲酸铯及其他甲酸盐水溶液的物理化学特性[J].油田化学,2010，27(1)：100-105)，使用密度大于(1.80-2.19)g/cm3的甲酸铯水溶液作为完井液已在北海地区，欧洲大陆，南美，墨西哥湾地区以及亚太地区等油田应用，效果良好。甲酸铯盐水为有机盐水溶液，对钻具和采油气管线等腐蚀性较小，但价格昂贵，使得应用受到限制。随着钻井技术的提高，深井、超深井得到开发，这些超深井要求完井液密度和耐温更高，然而对密度≥2.0g/cm3、耐温达到200℃的无固相完井液技术报道甚少。如果能够解决现有加重剂存在的上述问题，必将使其得到广泛的应用。
技术实现思路
本申请提供了一种由溴化钙、氯化锌和咪唑啉添加剂复合的一种抗高温高密度无固相完井液，克服了在常温下单一使用氯化锌溶解在水中加重到密度1.85g/cm3后不再溶解，再加入氯化锌溶液成为乳白色，溴化钙饱和水溶液密度仅仅1.68g/cm3、用单独的氯化锌和溴化钙均不能配制密度≥2.0g/cm3的透明完井液的问题。本申请提供了一种无固相高密度完井液，包括：水、溴化钙、氯化锌和咪唑啉添加剂；所述水、所述溴化钙、所述氯化锌和所述咪唑啉添加剂的质量比为10:(22至24):(21至22):(0.1325至0.14)；可选地，所述无固相高密度完井液由水、溴化钙、氯化锌和咪唑啉添加剂组成。所述咪唑啉添加剂中的咪唑啉的质量浓度为25.0wt.％至40.0wt.％，优选地，咪唑啉的质量浓度为35.0wt.％。在本申请实施例提供的无固相高密度完井液中，所述咪唑啉添加剂中的咪唑啉由油酸和多乙烯多胺为原料合成的油酸基咪唑啉；或，所述咪唑啉添加剂中的咪唑啉购买自四川省广汉市阜康化工科技开发有限公司，牌号为WD-72B。在本申请实施例提供的无固相高密度完井液中，所述油酸基咪唑啉的制备方法包括：a)在反应容器中加入携水剂、油酸和多乙烯多胺，混合搅拌均匀得到混合物；b)加热调节混合物的温度至140℃至180℃，反应时间为1.0h至2.0h；优选温度为160℃，优选反应时间为1.5h；c)加热调节混合物的温度至180℃至240℃，反应4.5h至7.5h；优选温度为220℃，优选反应时间为6.5h；d)将经步骤c)加热后的反应容器内的产物冷却至室温，即得油酸基咪唑啉。可选地，所述油酸基咪唑啉的制备方法由以上步骤组成。在本申请实施例提供的无固相高密度完井液中，所述油酸和多乙烯多胺的摩尔比为1.0:(1.2至1.3)，携水剂的用量为油酸质量的30wt.％。在本申请实施例提供的无固相高密度完井液中，所述反应容器包括冷凝器，所述冷凝器被配置成脱出反应生成的水和携水剂。在本申请实施例提供的无固相高密度完井液中，可选地，所述多乙烯多胺选自二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺中的一种或多种。在本申请实施例提供的无固相高密度完井液中，可选地，所述携水剂为二甲苯。在本申请实施例提供的无固相高密度完井液中，所述咪唑啉添加剂的溶剂选自甲醇、异丙醇和乙醇和中的一种或多种。在本申请实施例提供的无固相高密度完井液中，所述水为淡水；可选地，所述水的矿化度为≤1000mg/L。在本申请实施例提供的无固相高密度完井液中，所述完井液的密度范围为2.002g/cm3至2.037g/cm3；可选地，所述完井液表观粘度为7.50mPa.s至19.50mPa.s；可选地，防膨率为87.0％至91.9％；可选地，所述完井液浊度为5.7NTU至28.5NTU；可选地，200℃、常压下对13Cr挂片的腐蚀速率为0.0166mm/a至0.0333mm/a。又一方面，本申请提供了上述的无固相高密度完井液的制备方法，包括：1)在反应容器中加入所述水和所述溴化钙，搅拌至溴化钙完全溶解，形成溶液；2)将步骤1)得到的溶液与所述氯化锌混合至氯化锌完全溶解，形成溶液；3)将步骤2)得到的溶液与所述咪唑啉添加剂搅拌均匀，即得无固相高密度完井液。可选地，所述无固相高密度完井液的制备方法由以上步骤组成。在本申请实施例提供的制备方法中，待步骤1)的溴化钙完全溶解后，立即加入步骤2)的氯化锌。在本申请实施例提供的制备方法中，步骤1)中所述搅拌的搅拌速率为300-2000转/分钟，优选地，所述搅拌速率为1000转/分钟。在本申请实施例提供的制备方法中，步骤3)中所述溶液先冷却到室温再与咪唑啉添加剂搅拌均匀。在本申请实施例提供的制备方法中，步骤3)中所述搅拌的搅拌速率为300转/分钟至2000转/分钟，优选地，所述搅拌的速率为1000转/分钟。...

【技术保护点】
1.一种无固相高密度完井液，包括：水、溴化钙、氯化锌和咪唑啉添加剂；所述水、所述溴化钙、所述氯化锌和所述咪唑啉添加剂的质量比为10:(22至24):(21至22):(0.1325至0.14)；/n所述咪唑啉添加剂中的咪唑啉的质量浓度为25.0wt.％至40.0wt.％，优选地，咪唑啉的质量浓度为35.0wt.％。/n

【技术特征摘要】
1.一种无固相高密度完井液，包括：水、溴化钙、氯化锌和咪唑啉添加剂；所述水、所述溴化钙、所述氯化锌和所述咪唑啉添加剂的质量比为10:(22至24):(21至22):(0.1325至0.14)；
所述咪唑啉添加剂中的咪唑啉的质量浓度为25.0wt.％至40.0wt.％，优选地，咪唑啉的质量浓度为35.0wt.％。


2.根据权利要求1所述的无固相高密度完井液，其中，所述咪唑啉添加剂中的咪唑啉为由油酸和多乙烯多胺为原料合成的油酸基咪唑啉；
或，所述咪唑啉添加剂购买自四川省广汉市阜康化工科技开发有限公司，牌号为WD-72B。


3.根据权利要求2所述的无固相高密度完井液，其中，所述油酸基咪唑啉的制备方法包括：
a)在反应容器中加入携水剂、油酸和多乙烯多胺，混合搅拌均匀得到混合物；
b)加热调节混合物的温度至140℃至180℃，反应时间为1h至2h；优选温度为160℃，优选反应时间为1.5h；
c)加热调节混合物的温度至180℃至240℃，反应4.5h至7.5h；优选温度为220℃，优选反应时间为6.5h；
d)将经步骤c)加热后的反应容器内的产物冷却至室温，即得油酸基咪唑啉；
可选地，所述油酸和多乙烯多胺的摩尔比为1.0:(1.2至1.3)，携水剂的用量为油酸质量的30wt.％。


4.根据权利要求3所述的无固相高密度完井液，其中，所述多乙烯多胺选自二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺中的一种或多种；
可选地，所述携水剂为二甲苯。


5.根据权利要求1所述的无固相高密度完井液，其中，所述咪唑啉添加剂的溶剂选自甲醇、异丙醇和乙醇和中的一种或多种。


6.根据权利要求1所述的无固相高密度完井液，其中，所述水为淡水；可选地，所述水的矿化度为≤100...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冲敏，苗海龙，孙强，李自立，耿铁，罗鸣，张红生，胡永堂，陈波，张万栋，
申请(专利权)人：中国海洋石油集团有限公司，中海油田服务股份有限公司，天津中海油服化学有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11