CN101037592A - 一种高密度泥浆转水泥浆固井液 - Google Patents

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张兴国
许树谦
李跃明
王云
宋会光
徐阿莉
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Abstract

一种密度在2.2～2.7g/cm3之间的高密度MTC固井液，主要由100份矿渣微粉、50～600份加重料、3～10份稳定剂、0.5～5份悬浮剂、15～55份钻井液、35～130份水、3～15份分散剂、0.5～3份缓凝剂或促凝剂、1.5～15份pH值调节剂按重量份配比而成。所用矿渣微粉的比表面积在200～800m2/kg之间，用200目或325目的铁矿粉或其混合物做加重料。本发明与钻井液相容，混浆后不会形成黏附物质而利于提高顶替效率；且抗钻井液污染的能力强；可利用高密度钻井液中的降失水材料控制体系的稳定性，降低体系的成本。本发明在高温下强度发展良好，高温下不脆裂，具备良好的长期密封性能。

Description

一种高密度泥浆转水泥浆固井液
技术领域
本发明涉及油气井用固井液，特别是高密度固井技术的MTC固井液。
背景技术
高压油气井固井需要使用高密度的固井液。用高密度水泥浆固高压油气井，存在高密度水泥浆顶替高密度钻井液时水泥浆与钻井液难以良好相容、顶替效率难以得到充分保证的问题，从而严重影响高压油气井的固井质量，给高压油气井的后续作业造成一系列困难。另外，为保证高密度水泥浆的综合工程性能，多用进口处理剂配浆，使得体系的成本偏高，如新疆某油田一口重点探井固井，其一种进口处理剂的费用就高达140余万元，严重影响了高压油气的勘探开发效益。
所谓MTC技术，也称泥浆转化水泥浆技术，就是在已经过处理的钻井液中加入可固化的胶凝材料、使不可固化的钻井液转变为可固化的、能用于油气井固井的“类水泥浆”的技术。用该技术对钻井液进行处理所得到的“类水泥浆”就是MTC。用MTC进行固井的技术，就是泥浆转水泥浆固井技术。
与常规油井水泥浆相比，MTC可利用钻井液中的降失水材料控制体系的稳定性而降低体系的成本；与常规油井水泥浆固井技术相比，MTC固井技术可利用MTC与钻井液相容(接触混浆不稠化)的特点提高MTC对钻井液的顶替效率、提高MTC对地层和套管的界面胶结质量，同时，用部分钻井液做配浆材料可减少废弃钻井液对环境的污染，因此，自上世纪90年代以来，该技术在国内外都重新受到重视，并得到了较快的发展。
要配制超高密度MTC，必须要在体系中加入大量的加重材料，同时，要尽可能地减少配浆水的用量，但是，不论是加入加重材料还是减少配浆水的用量，均会使体系严重增稠而降低体系的流动能力，甚至根本配不成浆。此外，高密度MTC在常温下浆体较稠，难以进行有效的分散，但是，在井内的高温条件下，其浆体会在一定程度上变稀，而高密度材料与MTC之间又存在较大的密度差，因此，候凝过程中加重材料很容易在MTC内下沉、体系沉降失稳而使体系组分不均，进而影响体系的综合工程性能，轻者性能达不到设计要求，重者引发固井质量事故。还有，加重材料本身无任何胶结作用，因此，其大量加入必然会降低体系胶结组分的百分含量，进而显著降低体系的抗压强度，使抗压强度难以满足层间封隔的要求。再有，与常规密度的水泥浆和MTC相比，超高密度MTC在综合工程性能的相互匹配上更为困难。MTC的密度越高，上述问题越严重，因此，至今还难以见到关于密度可达2.2g/cm3以上的超高MTC的报道。
为利用MTC的技术优势提高高压油气井的固井质量，利用MTC的经济优势降低高压油气井的固井成本，进行了大量的理论及实验研究工作，解决了超高密度MTC面临的系列技术难题：合适的矿渣粒度，加重材料的组分、粒度及加量范围，固相颗粒的粒度级配，液灰比、浆水比，分散剂、促凝剂、缓凝剂的组分及加量范围，低温下的高效分散问题，体系与多种高密度钻井液的相容性问题，高温下的沉降稳定性控制问题，稠化时间和强度相匹配的问题，体系在候凝过程中的压稳防窜性能，体系在后续生产过程中的长期密封性能等，研制出密度可高达2.7g/cm3的综合工程性能良好的超高密度MTC。
发明内容
本发明的目的在于提供一套密度可高达2.7g/cm3且可在2.2～2.7g/cm3之间灵活调节的高密度MTC固井液体系。
本发明所述的高密度MTC固井液主要由矿渣微粉、加重料、钻井液、水以及配套的处理剂按一定比例混合配制而成，其特征组成含有：100份矿渣微粉、50～600份加重料、3～10份稳定剂、0.5～5份悬浮剂、15～55份钻井液、35～130份水、3～15份分散剂、0.5～3份缓凝剂或促凝剂和1.5～15份PH值调节剂。
本发明所述的高密度MTC固井液所用矿渣微粉的比表面积在200～800m2/kg之间，在高温下选用低比表面积的矿渣微粉，其原因在于：温度越高、矿渣比表面积越大，体系的水化反应速度越快、稠化时间越短，那么，在高温下，使用粗颗粒矿渣微粉，可减少缓凝剂的用量而降低体系的成本；反之，在低温下，则应选用高比表面积的矿渣微粉，以减少促凝剂的用量而降低体系的成本。
本发明所述的高密度MTC固井液所用的加重材料可以是200目或325目的铁矿粉，也可以是二者的混合物，以利用颗粒的粒度级配原理，提高体系的密实程度，同时，改善体系的流变性。
本发明所述的高密度MTC固井液，其pH值调节剂可以是氢氧化钠、碳酸钠等碱性材料或其混合物。
本发明所述的高密度MTC固井液，其缓凝剂可以是硼酸、硼砂、酒石酸、柠檬酸等或其混合物；其促凝剂可以是碳酸盐、硅酸盐、明矾等或其混合物。
本发明所述的高密度MTC固井液，还可以进一步含有水泥、防气窜剂、膨胀剂、纤维类增强剂、胶乳类增韧剂等其它材料，以进一步改善体系的综合工程性能。
本发明所述的高密度MTC固井液，其配制方法如下：
a、将称量好的分散剂、促凝剂或缓凝剂、pH值调节剂等溶于称量好的水中，并充分搅拌、形成均匀溶液；
b、在上述均匀溶液中加入所需重量的钻井液，并充分搅拌，形成均匀的配浆液；
c、将称量好的矿渣微粉、加重材料以及其它干混材料混拌均匀，形成均匀干灰；
d、在高速搅拌配浆液的情况下，向其中加入称量好的干灰，所得的均匀混合物即为本发明所述的高密度MTC固井液。
与高密度水泥浆相比，本发明的优势在于：
a、与钻井液相容，与钻井液接触、混浆不会形成黏附物质而利于提高顶替效率，利于平衡注水泥；
b、与钻井液相容，因此，体系抗钻井液污染的能力强，不会出现高密度水泥浆受钻井液污染后强度大幅度下降的情况；
c、可充分利用高密度钻井液中的降失水材料控制体系的稳定性，从而降低体系的材料成本。
与常规MTC相比，本发明的优势在于：
a、密度可高达2.7g/cm3，并可在2.2～2.7g/cm3之间灵活调节，从而满足高密度油气井固井的需要。
b、高温下强度发展良好，如表1所示
c、高温下不脆裂，具备良好的长期密封性能，见附图1。
     表1高密度MTC的强度发展情况(常压、80℃)
 密度(g/cm3)   24hr抗压强度(MPa)   48hr抗压强度(MPa)
  2.2   14.2   23.6
  2.7   9.8   14.4
附图说明
图1本发明在90℃下养护5个月的强度发展变化
具体实施例
配方1：100份矿渣微粉、600份加重料、9份稳定剂、2.7份悬浮剂、50份钻井液、117份水、13.5份分散剂、2.3份促凝剂、10份PH值调节剂。
             表2  2.7g/cm3超高密度MTC的部分性能参数
  密度  流变性读值   流动度  稠化时间   80℃抗压强度MPa
  g/cm3  φ600  φ300  φ200  φ100   φ6   φ3   cm  65℃80MPa   24hr   48hr
  2.7  /  /  168   18   13   17.5  210min   9.8   14.4MPa
配方2：100份矿渣微粉、53份加重料、3份稳定剂、0.6份悬浮剂、17份钻井液、40份水、2.4份分散剂、0.3份促凝剂、3.1份PH值调节剂。
                表3  2.2g/cm3超高密度MTC的部分性能参数
  密度  流变性读值   流动度  稠化时间   80℃抗压强度MPa
  g/cm3  φ600  φ300  φ200  φ100   φ6   φ3   cm  65℃80MPa   24hr   48hr
  2.2  252  143  104  81   9   7   19.5  226min   14.2   23.6MPa

Claims (6)

1、一种密度可在2.2～2.7g/cm3之间灵活调节的高密度MTC固井液，主要由矿渣微粉、加重料、钻井液、水以及配套的处理剂按一定重量份混合配制而成，其特征组成含有：100份矿渣微粉、50～600份加重料、3～10份稳定剂、0.5～5份悬浮剂、15～55份钻井液、35～130份水、3～15份分散剂、0.5～3份缓凝剂或促凝剂和1.5～15份PH值调节剂。
2、根据权利要求1所述的高密度MTC固井液，其特征在于：所用矿渣微粉的比表面积在200～800m2/kg之间。
3、根据权利要求1所述的高密度MTC固井液，其特征在于：其加重料可以是200目、325目的铁矿粉或其混合物。
4、根据权利要求1所述的高密度MTC固井液，其PH值调节剂可以是氢氧化钠、碳酸钠等碱性材料或其混合物。
5、根据权利要求1所述的高密度MTC固井液，其缓凝剂可以是硼酸、硼砂、酒石酸、柠檬酸等或其混合物；其促凝剂可以是碳酸盐、硅酸盐、明矾等或其混合物。
6、根据权利要求1所述的高密度MTC固井液，还可以进一步含有水泥、防气窜剂、膨胀剂、纤维类增强剂、胶乳类增韧剂等其它材料。
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