泡沫钻井液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及石油工业的钻井领域，公开了泡沫钻井液及其制备方法和应用。所述泡沫钻井液含有纤维素微米纤维稳泡剂和有机硅类阴离子发泡剂；其中，所述纤维素微米纤维稳泡剂与所述有机硅类阴离子发泡剂的含量之比为100mL：(30

【技术实现步骤摘要】
泡沫钻井液及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及石油工业的钻井领域，具体涉及泡沫钻井液及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，随着油气资源的深度开采，低压及超低压油气层，枯竭层和较为敏感的储层越来越多，这类油气井有一个共同特点，其地层压力普遍较低，常规水基钻井液或油基钻井液的使用会导致非常严重的漏失问题。泡沫钻井液是一种以水作连续相，气体作分散相，发泡剂和稳泡剂作为处理剂的钻井液体系。其具有低密度，高粘度，高润滑和低损伤的优良特性，可以很好地解决以上问题。
[0003]但是从热力学和动力学角度考虑，泡沫本质上属于不稳定体系，加之地层高温高矿化度的严苛环境，使其更加难以稳定存在。发泡剂和稳泡剂作为泡沫钻井液体系的核心处理剂发挥着重要的作用。泡沫钻井液的使用主要面临着两方面的难点：高温和高矿化度。体系中处理剂受到高温影响发生热降解而失去原有结构，从而导致性能变差甚至失效，进而使体系性能变差或失去作用；高温环境下，处理剂可能会发生分散或聚并现象，导致其在泡沫液膜上的附着和排列状态发生变化，这可能会导致泡沫稳定性降低，使体系的作用大幅度削弱。针对抗高温泡沫钻井液体系的研究开始较早，时至今日，已经有众多学者和专家研发出性能较好的抗高温发泡剂和稳泡剂，王腾达等发现纳米硅酸镁铝作为稳泡剂的泡沫体系可以抗温达320℃。在钻采过程中，地层矿化度亦是必须要考虑的一个问题。地层中的钠离子和钙离子会中和体系所带电荷，使泡沫液膜吸附电荷浓度减小，两侧斥力减弱，进而导致双电子层结构被破坏，液膜厚度变薄，排液速度加快，使泡沫稳定性大大降低；此外地层的盐离子与发泡剂分子发生化学反应，生成不溶或难溶盐，使发泡剂分子结构遭到破坏，活性不同程度变差甚至失活，进而影响到泡沫钻井液体系的性能。通过发泡剂的复配可以提高体系耐盐性，如将阴离子发泡剂和两性离子发泡剂复配可一定程度上提高泡沫体系的抗盐抗钙性能，但是效果有限。Du.Eric Dickinson用二氯二甲硅烷对纳米二氧化硅颗粒进行疏水改性，改性后的疏水型二氧化硅颗粒用作体系的泡沫稳定剂，该体系可抗1.8
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2.0wt％NaCl；Bernard P.Binks等采用纳米二氧化硅颗粒作为稳泡剂，表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)作为发泡剂，该体系仅可耐0.8wt％NaCl。现有针对抗盐抗钙性的研究很难同时满足抗盐钙效果、环保性和成本低廉的条件。
[0004]纤维素是世界上储量最大的天然高分子材料，它来源丰富、价格低廉、可再生、环保、强度高、具有良好的生物相容性，而且它具有丰富的极性羟基(
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OH)活性基团，其主链骨架又是疏水的，因而其本身具有两亲性，这对于稳定泡沫具有天然优势。此外，其丰富的羟基和分子间范德华力有利于纤维素形成三维网状结构，这对于稳泡同样起到促进作用。近年来，利用纤维素及其衍生物用于稳定泡沫和乳液的研究有很多报道。蔚云平等研究了水溶液体系中疏水改性羟乙基纤维素(HMHEC)与SDS、CTAB的相互作用，并考察了二者复配体系对乳状液稳定性的影响，并且对比了与两个体系的性质。提出了HMHEC/表面活性剂协同稳定乳液的机理。用HMHEC与表面活性剂复配体系制备乳状液可以大大减少表面活性剂的
用量，具有低毒环保的优点；Zhen Hu等研究发现纤维素纳米晶体(CNC)的加入会大大提高甲基纤维素(MC)稳定水性泡沫的性能，并得出在2.0wt％CNC和0.5wt％MC互相混合时，泡沫密度达到最低，稳定性最好。
[0005]但是上述现有技术仍然存在工艺复杂、成本过高或改性用化学试剂造成环境污染等问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的泡沫钻井液的抗盐抗钙性能不佳且制备方法不够环保的问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种泡沫钻井液，所述泡沫钻井液含有纤维素微米纤维稳泡剂和有机硅类阴离子发泡剂；
[0008]其中，所述纤维素微米纤维稳泡剂与所述有机硅类阴离子发泡剂的含量之比为100mL：(30
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50)g；所述纤维素微米纤维稳泡剂中含有木材纤维和水；所述木材纤维的平均长度不大于50μm；所述纤维素微米纤维稳泡剂中水的含量使得所述木材纤维的质量浓度为0.5
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2wt％。
[0009]本专利技术第二方面提供一种制备第一方面所述的泡沫钻井液的方法，所述方法包括：
[0010](1)将纤维素微米纤维稳泡剂与有机硅类阴离子发泡剂接触进行低速搅拌，得到发泡基液；
[0011](2)将所述发泡基液进行高速搅拌。
[0012]本专利技术第三方面提供第一方面所述的泡沫钻井液在地热井钻探中的应用。
[0013]通过上述技术方案，本专利技术提供的泡沫钻井液含有纤维素微米纤维稳泡剂和有机硅类阴离子发泡剂；其中，所述纤维素微米纤维稳泡剂与所述有机硅类阴离子发泡剂的含量之比为100mL：(30
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50)g；所述纤维素微米纤维稳泡剂中含有木材纤维和水；所述木材纤维的平均长度不大于50μm；所述纤维素微米纤维稳泡剂中水的含量使得所述木材纤维的质量浓度为0.5
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2wt％。该纤维素微米纤维稳泡剂中含有的木材纤维可以较好地分散于水中，其本身仅带有微弱的电负性，配合有机硅类阴离子发泡剂，在泡沫钻井液中展现出良好的稳泡性能，且具有较好的抗盐钙能力以及抗温能力，抗盐可达6.0wt％，抗钙可达0.25wt％，抗温可达120℃。
[0014]此外，该纤维素微米纤维稳泡剂由天然的木材纤维原料结合粉碎、打浆、均质处理等而得，该制备方法绿色环保。
[0015]总之，本专利技术提供的泡沫钻井液不含任何有毒有害元素，完全满足绿色环保的要求以及高温高矿化度条件下的泡沫钻井需求，并且其配制工序简单、成本较低，有利于工业化应用。
附图说明
[0016]图1是本专利技术制备例2得到的纤维素微米纤维稳泡剂的显微镜照片。
具体实施方式
[0017]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。
[0018]除非另外明确说明，否则在本专利技术中，所用的术语“任选地”是指进行或者不进行该操作，或者是指加入或者不加入该物料。
[0019]本专利技术中，未作相反说明的情况下，所述常温或室温均表示25
±
2℃。
[0020]本专利技术第一方面提供一种泡沫钻井液，所述泡沫钻井液含有纤维素微米纤维稳泡剂和有机硅类阴离子发泡剂；
[0021]其中，所述纤维素微米纤维稳泡剂与所述有机硅类阴离子发泡剂的含量之比为100mL：(30
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50)g；所述纤维素微米纤维稳泡剂中含有木材纤维和水；所述木材纤维的平均长度不大于50μm；所述纤维素微米纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泡沫钻井液，其特征在于，所述泡沫钻井液含有纤维素微米纤维稳泡剂和有机硅类阴离子发泡剂；其中，所述纤维素微米纤维稳泡剂与所述有机硅类阴离子发泡剂的含量之比为100mL：(30
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50)g；所述纤维素微米纤维稳泡剂中含有木材纤维和水；所述木材纤维的平均长度不大于50μm；所述纤维素微米纤维稳泡剂中水的含量使得所述木材纤维的质量浓度为0.5
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2wt％。2.根据权利要求1所述的泡沫钻井液，其中，所述木材纤维的平均长度为30
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50μm；优选地，所述有机硅类阴离子发泡剂为AD300。3.一种制备权利要求1或2所述的泡沫钻井液的方法，其特征在于，所述方法包括：(1)将纤维素微米纤维稳泡剂与有机硅类阴离子发泡剂接触进行低速搅拌，得到发泡基液；(2)将所述发泡基液进行高速搅拌。4.根据权利要求3所述的方法，其中，制备步骤(1)中的所述纤维素微米纤维稳泡剂的方法包括：(a)将木材纤维原料进行粉碎，得到纤维素粉末；所述纤维素粉末中的木材纤维的平均长度不超过0.5cm；(b)将所述纤维素粉末与水接触进行打浆，得到浆液；所述浆液中的木材纤维的平均长度小于0.5mm；所述浆液的表观粘度为70
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80mPa
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s；(c)将所述浆液进行均质处理；任选地，进行所述均质处理之前，步骤(c)还包括将所述浆液进行稀释。5.根据权利要求4所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丽丽，何现波，蒋官澄，董腾飞，邱士鑫，刘瀚卿，姚如刚，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：