一种环空机械座封油气井的环空保护液及其应用 |
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| 申请号 | CN201310551922.7 | 申请日 | 2013-11-08 | 公开(公告)号 | CN104629701A | 公开(公告)日 | 2015-05-20 |
| 申请人 | 中国石油天然气股份有限公司; | 发明人 | 李琼玮; 曾亚勤; 张书平; 郭钢; 孙雨来; 朱方辉; 李慧; 奚运涛; 杨全安; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种环空机械座封油气井的环空保护液及其应用；按 质量 100%计其组成为：乳化剂10～14%、起泡剂0.1～0.5%、稳泡剂0.1～0.3%、油相25～28%、缓蚀剂0.5～1.0%、其余为 水 ；将乳化剂、起泡剂、稳泡剂和缓蚀剂混合，再加入水和油相制成稳定乳液；再通入化学性质稳定气体形成稳定 泡沫 乳化液；将稳定泡沫乳化液注入油套环空；进入油套环空的稳定泡沫乳化液，在井筒环境 温度 、压 力 及不同组分的表面 张力 作用下，进行气、油、水的自动分层；本环空保护液，能保护油套环空，具有较好缓蚀速率，对井口不产生上顶压力，可防止老化封隔器，降低了环空保护液成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种环空机械座封油气井的环空保护液，其特征在于：按质量100%计其组成为：乳化剂10～14%、起泡剂0.1～0.5%、稳泡剂0.1～0.3%、油相25～28%、缓蚀剂0.5～1.0%、其余为水。 |
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| 说明书全文 | 一种环空机械座封油气井的环空保护液及其应用技术领域背景技术[0002] 国内外油气田开发过程中，为保护套管内壁和油管外壁免受H2S和CO2等腐蚀，主要采用油套管环空注入高效保护液的方法。当油气井完钻，把环空保护液注入到套管环空封隔器上方，填补油套环空，并将油套环空和生产流体隔离。 [0003] 环空保护液一般以水或油基烃作为基础的流体。其具体的功能是可用来给油气井套管内外提供稳定的平衡压力，并在环空对油管内的流体起到有效地导热保温作用；可以保护管柱和保证井筒的完整性；保护液形成的的静水压力可以降低封隔器工作压差，平衡地层的压力，从而降低作用于井下密封件或盖层的压力差，防止井筒内失压和损坏。 [0004] 目前常用的环空保护液有水基环空保护液和油基环空保护液。水基环空保护液主要由清水、缓蚀剂和杀菌剂、防垢剂等复配形成，根据地层的压力情况，可以控制其密度在1.00-1.6kg/L，主要适用于井底温度在150℃内的油气井。油基环空保护液主要由白油、粗柴油等稳定性烃类组成，其常规密度可在0.9-1.8kg/L，在150℃以上的更高温度环境下比水基体系性能更为稳定。 [0005] 中国的曾浩等人围绕普光高含硫气田开展的长效环空保护液的研究与应用（《西安石油大学学报（自然科学版）》2012年VOL27.No4,P87-90）和郑义等人所做的一种适用于含硫油气田环空保护液的室内评价（《钻井液与完井液》2010年VOL7.No2，P37-P49）在常规水基环空保护液的基础配方思路上加入了除硫剂和甲酸盐加重剂、pH调节剂等，以适应保护液的安全注入和长期稳定要求。 [0006] 中国发明专利申请号200410060240.7的泡沫保护液配方和工艺，其主要由水玻璃、烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇和化学清洁剂、盐类等组成，现场配制到预定粘度和密度后，将混合泡沫液泵入到井的地层内，起到保证安全作业施工的作用。对油气层低伤害，地层中的稳定性保证14天。 [0007] 中国发明专利申请号200410060240.7的泡沫保护液配方和工艺，其主要由水玻璃、烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇和化学清洁剂、盐类等组成，现场配制到预定粘度和密度后，将混合泡沫液泵入到井的地层内，起到保证安全作业施工的作用。对油气层低伤害，地层中的稳定性保证14天。 [0008] 中国发明专利申请号200910238207.1的一种注水井环空保护液及其应用，其主要是由胺化合物、复合磷酸盐、复合季铵盐阳离子表面活性剂和亚硫酸盐等组成的水溶液。用于油田注清水或污水回注井油套管的防腐、防垢和杀菌。 [0009] 美国专利U.S.Pat.No.5.607.901环空保护液中Toups Jr.等人发明了环境可接受的环空保护液。用具有触变作用液体组成的环保型且无腐蚀的非水相连续流体。这种混合物包含极性有机溶剂,亲水性粘土和不含水的液体，体系在施工前混合。该专利主要关心和解决井筒的保温问题，未考虑井口处理和排放时对人员和环境的危害。 [0010] 美国专利U.S.Pat.No.7，219735B2提供的环空保护液，其含有防腐剂、杀菌剂、除盐和除垢剂，以及防止井筒顶部冻结和热绝缘的盖层流体。环空保护液的添加剂特别选择能溶于水的添加剂，并且不与盖层流体混溶，从而防止添加后迁移到盖层流体，污染环境。 [0011] 综合分析国内外已有的专利和发表的相关文章，结合油气井及注水井环空座封条件下，现有的环空保护液主要的问题可分为两大类： [0012] 1、油气井采用水基环空保护液时，存在以下问题：（1）冬季气温较低时，井口部分的水基液体易冻堵，井口钢材在低温下脆性变大，可能影响井口装置的稳定性。（2）环空保护液加注满环空并座封封隔器，关闭井口阀门后，在关井状态下受到地层温度压力的传导作用或者在开井状态下，油管内流体流动的传热作用下，密闭环空内的环空保护液发生体积膨胀造成环空内憋压，对井口产生上顶力，必须人工定期打开阀门泄放压力。（3）当进行井口泄放环空保护液时，需要特定的容器和后续的液体处理，存在一定的安全和环保隐患。（4）水基保护液中一般含有氧、二氧化碳等溶解性气体，对碳钢油管、套管的腐蚀控制难度大。即使水基中加入缓蚀剂与阻垢剂、杀菌剂，在长期的无氧环境下，也会滋生硫酸盐还原菌（SRB）、铁细菌等腐蚀性细菌，造成油套环空静滞水质恶化。但因其成本相对油基环空保护液低，所以国内普遍采用。 [0013] 2、油气井采用油基环空保护液时，存在以下问题：（1）封隔器胶筒长时间浸泡油基中易老化、破损。（2）其主要成分白油、柴油。成本较高，一口井油基保护液体成本就达30～50万元/口。（3）加注满环空液后，也存在着密闭环空内的环空保护液体积膨胀憋压，对井口上顶和需要定期泄放压力等问题。 发明内容[0014] 本发明的目的是提供一种具有良好施工性能、能节约成本、保证环空长期高缓蚀效果的环空机械座封油气井的环空保护液及其施工工艺。 [0015] 本发明所述的环空机械座封油气井的环空保护液，以质量百分比计，其组成为：乳化剂10～14%、起泡剂0.1～0.5%、稳泡剂0.1～0.3%、油相25～28%、缓蚀剂0.5～1%、其余为水。 [0016] 本发明还提供了一种利用所述环空保护液环空机械座封油气井的施工工艺，包括如下步骤： [0017] 1）以质量百分比计，先向配液罐中加入10～14%的乳化剂、0.1～0.5%的起泡剂、0.1～0.3%的稳泡剂和0.5～1%的缓蚀剂；然后在搅拌状态下，轮流加入水和25～28%的油相，形成稳定乳液；再通入体积百分比为8～10%的化学性质稳定气体，持续搅拌，形成稳定泡沫乳化液； [0018] 2）将所述稳定泡沫乳化液通过油管和套管间的正循环或反循环通入油套环空；进入油套环空的稳定泡沫乳化液，在井筒环境的温度、压力及不同组分的表面张力作用下，进行气、油、水的自动分层。 [0019] 进一步地，所述泡沫乳化液自动分层后，以环空整体体积计，上部气相占8～10%，中部油基占40～60%，下部水基占20～50%。 [0020] 进一步地，所述泡沫乳化液自动分层不彻底时，可加入质量百分比为0.1～0.2%的分层调节剂。 [0021] 各种添加剂组成及来源 [0022] 所述乳化剂为低界面张力表面活性剂；所述起泡剂为非离子型表面活性剂；所述缓蚀剂为水基季铵盐类缓蚀剂；所述稳泡剂是能起增粘或增强泡沫强度的植物胶类，包含黄原胶、胍胶、香豆胶、部分水解聚丙烯酰胺HPAM、羟乙基纤维素HEC或羧甲基纤维素CMC；所述油相为白油、有机硅油或粗柴油。 [0023] 优选地，所述乳化剂为聚氧乙烯山梨糖醇三油酸酯Span85、氧乙烯山梨糖醇单油酸酯Span-80或氧乙烯山梨糖醇三硬油酸酯Span65；所述起泡剂为聚氧乙烯烷基醇醚或烷基酚聚氧乙烯醚； [0024] 所述缓蚀剂为炔氧甲基季铵盐，其主要结构式为R-NR″-(CHOR′)2●X，其中R、R″为烷基、芳基或环烷基，X是S或P等元素。平均分子量800-1500。 [0025] 进一步地,所述环空保护液还包括体积百分比为8～10%的化学性质稳定气体,包括氮气或氦气。 [0026] 进一步地,所述环空保护液还包括质量百分比为0.1～0.2%的为非离子聚醚的分层调节剂。 [0028] 有益效果： [0029] 1、该环空保护液进入环空井筒中，在井筒温度、压力及组分的表面张力等条件下能自动按比例分层，工艺简单，稳定性好。 [0030] 2、该环空保护液通入环空井筒中后能够自动分为气、油、水三层，上部气相可压缩程度大，不会对井口产生上顶力且泄压方便，亦不受冬季低温影响；中部油基有效保护油管外表面和套管内表面防止其腐蚀；下部水基隔开油基防止封隔器胶筒老化。 [0032] 图1为本发明实施例提供的一种环空保护液用于环空机械座封油气井的施工图。 [0033] 图2为本发明实施例提供的另一种环空保护液用于环空机械座封油气井的施工图 [0034] 图3为本发明实施例提供的环空保护液施工完成后环空保护液自动分层结构示意图。 具体实施方式[0035] 本发明提供的一种环空机械座封油气井的环空保护液，以质量百分比计，其组成包括：乳化剂10～14%、起泡剂0.1～0.5%、稳泡剂0.1～0.3%、油相25～28%、缓蚀剂0.5～1%、其余为清水；其中，乳化剂为低界面张力表面活性剂，优选聚氧乙烯山梨糖醇三油酸酯Span85、氧乙烯山梨糖醇单油酸酯Span-80或氧乙烯山梨糖醇三硬油酸酯Span65； 起泡剂为非离子型表面活性剂，优选聚氧乙烯烷基醇醚或烷基酚聚氧乙烯醚；所述稳泡剂是能起增粘或增强泡沫强度的植物胶类，包含黄原胶、胍胶、香豆胶、部分水解聚丙烯酰胺HPAM、羟乙基纤维素HEC或羧甲基纤维素CMC；油相为白油、有机硅油或粗柴油；缓蚀剂为水基季铵盐类缓蚀剂，优选炔氧甲基季铵盐。 [0036] 其中，环空保护液还包括体积百分比为8～10%的化学性质稳定气体,如氮气、氦气或其他化学性质稳定气体。 [0037] 其中，环空保护液还包括质量百分比为0.1～0.2%的为非离子聚醚的分层调节剂。 [0038] 本发明提供的环空保护液应用于环空机械座封油气井的施工工艺，包括如下步骤： [0039] 1）以质量百分比计，先向配液罐中加入10～14%的乳化剂、0.1～0.5%的起泡剂、0.1～0.3%的稳泡剂和0.5～1%的缓蚀剂；然后在搅拌状态下，轮流加入水和25～28%的油相，形成稳定乳液；再通入体积百分比为8～10%的化学性质稳定气体，持续搅拌，形成稳定泡沫乳化液； [0040] 2）将所述稳定泡沫乳化液通过油管和套管间的正循环或反循环通入油套环空；进入油套环空的稳定泡沫乳化液，在井筒环境的温度、压力及不同组分的表面张力作用下，在设定的时间范围内进行气、油、水的自动分层，以环空整体体积计，上部气相占8～10%，中部油基占40～60%，下部水基占20～50%。 [0041] 如果泡沫乳化液自动分层不彻底时，需加入质量百分比为0.1～0.2%的分层调节剂，分层调节剂是聚氧丙烯聚氧乙烯醚、环状烷基酚醛树脂-聚氧丙烯聚氧乙烯醚、聚甲基苯硅油-聚氧丙烯聚氧乙烯醚、酚胺树脂醚或联氨氧化烯烃聚醚。 [0042] 实施例1 [0043] 在一个容量为10L的配液罐中，以质量百分比计，顺序加入10%的乳化剂氧乙烯山梨糖醇单油酸酯span-80（江苏省海安石油化工厂），0.5%的耐盐耐高温起泡剂聚氧乙烯烷基醇醚（江苏省海安石油化工厂），0.3%的稳泡剂植物胶杂聚糖KD-03（扬州润达油田化学剂有限公司），0.1%的分层调节剂聚氧丙烯聚氧乙烯醚（江苏省海安石油化工厂），28%的26#工业级白油（上海倍特化工有限公司），0.5%的缓蚀剂炔氧甲基季铵盐IMC-80BH（沈阳中科铭阳腐蚀与防护有限公司），其余为水，3000rpm持续搅拌加药；再通入体积百分比为8-10%的氮气，3000rpm转速持续搅拌30min，形成相态均匀的泡沫乳状液。将泡沫乳状液置于室温25℃下，通过稳定性试验，结果显示其稳定时间>72hr。 [0044] 表1 环空保护液成分 [0045] [0046] [0047] 参见图1，用加药泵车7从加药口8按照配方在配液罐6配好液体，持续搅拌加药，形成泡沫乳状液，相态均匀（不分层）。清洗油管3及套管1之间的环空，接着将封隔器2座封。完成后用注液泵车5向油套环空注入环空保护液。稳定8小时后，自上而下气、油、水按比例分层，如图3所示，环空保护液从上到下依次自动分层为上部气相11、中部油基12和下部水基13。 [0048] 实施例2 [0049] 以质量百分比计，按组分配方配液：14%的乳化剂氧乙烯山梨糖醇三硬油酸酯span65（江苏省海安石油化工厂），0.1%的非离子表面活性剂起泡剂烷基酚聚氧乙烯醚（江苏省海安石油化工厂），0.1%的稳泡剂聚丙烯酰胺HPAM（河南怡清化工厂），0.2%的分层调节剂酚胺树脂醚（江苏省海安石油化工厂），25%的26#工业级白油（上海倍特化工有限公司），0.1%的缓蚀剂炔氧甲基季铵盐（沈阳中科铭阳腐蚀与防护有限公司），其余为水。 [0050] 表2 环空保护液成分 [0051] [0052] 参见图1，用加药泵车7从加药口8按照配方在配液罐6配好液体，持续搅拌加药，形成泡沫乳状液，相态均匀（不分层）。清洗油管3及套管1之间的环空，接着将封隔器2座封。完成后用注液泵车5向油套环空注入环空保护液。稳定8小时后，自上而下气、油、水按比例分层，如图3所示，环空保护液从上到下依次自动分层为上部气相11、中部油基12和下部水基13。 [0053] 实施例3 [0054] 以质量百分比计，按组分配方配液：12%聚氧乙烯山梨糖醇三油酸酯Span85（江苏省海安石油化工厂），0.5%起泡剂聚氧乙烯烷基醇醚（江苏省海安石油化工厂），0.2%羧甲基纤维素钠盐CMC稳泡剂（扬州润达油田化学剂有限公司），0.2%分层调节剂联胺氧化烯烃聚醚（江苏省海安石油化工厂），25%的市售粗柴油，0.8%缓蚀剂炔氧甲基季铵盐（沈阳中科铭阳腐蚀与防护有限公司），其余为水。 [0055] 表3环空保护液成分 [0056] [0057] 参见图2，用加药泵车7从加药口8按照配方在配液罐6配好液体，持续搅拌加药，形成泡沫乳状液，通入化学性质稳定气体，相态均匀。循环洗井，首先清洗油管3及套管1之间的环空，接着将封隔器2座封。从井口4油管投球落入球座9堵塞油管，此时打开侧通滑套10。完成后用注液泵车5向油套环空注入环空保护液。关闭侧通滑套10，等待反应完成。稳定8小时后，自上而下气、油、水按比例分层，如图3所示，环空保护液从上到下依次自动分层为上部气相11、中部油基12和下部水基13。 [0058] 本发明提供的一种环空机械座封油气井的环空保护液，通入环空井筒中后能够自动分为气、油、水三层，上部气相可压缩程度大，不会对井口产生上顶力且泄压方便，亦不受冬季气温影响；中部油基有效保护油管外表面和套管内表面，可减小对环空钢质油、套管的腐蚀性；下部水基隔开油基防止封隔器胶筒老化。 |
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