[发明专利]一种无固相高密度完井液及其制备方法

说明书

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/cm³，溶液流动性好，表观黏度≤19.50mPa.s，200℃常压下对13Cr钢材挂片腐蚀速率≤0.0333mm/a，黏土防膨率≥87.0％，溶液透明无色、浊度≤28.5NTU，为超深高温油气井完井和修井提供有力的科技支撑。

技术领域

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。

背景技术

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。