CN101135237A - 井下冻胶阀制备方法及其施工方法 - Google Patents

Abstract

井下冻胶阀制备方法及其施工方法，应用于油田井下施工中。特征是：基液、交联液和破胶液的体积比为：40－60％∶20－35％∶20－35％。其中：基液、交联液和破胶液的原材料组分体积比为：A.基液：瓜胶0.5－2.5％；片碱0.1－2％；甲醛0.2－0.6％；其余为水。B.交联液：硼砂0.02－0.05％；其余为水。C.破胶液：双氧水0.001％－0.005％；其余为水。在现场制备，并注入井下形成井下冻胶阀。效果是：实现钻井、完井、修井过程中的安全钻井、完井、压井作业；将泥浆、压井液与储层有效分开，有效阻止上部压井液进入地层，同时也能够阻止地层中的硫化氢等气体向外逸出；替代套管阀等技术装备，避免钻井完井、修井作业过程的储层污染。

Description

井下冻胶阀制备方法及其施工方法

技术领域：

本发明涉及油田化学应用领城和井下施工技术领域，特别涉及一种油气井施工过程中使用的井下冻胶阀及其制备和使用方法。具体讲是一种利用胶体阀将泥浆或压井液与油井储层有效暂时分隔开，保护油气层、方便施工作业的方法。

背景技术：

目前，油气井钻井完井和压井作业过程中，使用的压井介质是钻井泥浆或压井液，以及采用与其配套的常规压井施工方法。常规的压井施工方法伤害储层，施工费用昂贵，施工作业复杂。油气井在钻井完井修井过程中，经常要进行起下管柱作业，为了确保作业安全，必须要用泥浆、压井液等高密度液体进行压井。高密度泥浆或压井液接触储层后，会引起地层水敏、水锁、固相颗粒堵塞储层等伤害，导致施工作业后单井产量低或者产能大幅度下降。另外，在地层大量产气的油井进行完井、修井作业过程中，存在气体向外逸出的危险。而在保护储层的欠平衡、气体钻井施工中，必须使用昂贵的套管阀设备来封堵井下气体，确保施工安全。

中国专利公告号CN1042848C，提供了一种油田配注作业施工的暂堵工艺。暂堵剂由氢氧化钠或氢氧化钙、瓜胶、环氧树脂、810水下环氧固化剂、邻苯二甲酸二丁脂、丙酮和石英砂组成。将配方中的各组份混合后，搅拌均匀，在模具中砸制成圆柱体，在恒温箱内恒温后即可使用。使用方法：将暂堵剂装入配水器的堵塞器内随配水器下入井内，待封隔器座封后，暂堵剂全部分散溶解，起到暂堵作用。优点是在配注作业施工中免去投、捞堵塞器的工序，降低了作业工人的劳动强度，提高作业施工效率。为注水井配注施工作业提供了一种新工艺。但是泥浆或压井液仍然接触储层，对储层仍然造成危害。

发明内容

本发明的目的是提供一种井下冻胶阀制备方法及其施工方法，在井下制备井下冻胶阀，在储层中部和油管管柱底部之间的井筒内形成一段强度很高的胶体段，实现钻井、完井和修井过程中，安全封隔井筒；而且能将泥浆、压井液与储层有效分开，有效阻止压井液进入地层，同时也能够阻止地层中的硫化氢等气体向外逸出。克服目前常规的压井施工方法伤害储层，施工费用昂贵的不足。

本发明采用的技术方案是：

一、井下冻胶阀由基液、交联液和破胶液组成，基液、交联液和破胶液的体积比为：40-60％：20-35％：20-35％。

其中：井下冻胶阀的基液、交联液和破胶液的原材料组分体积比为：

A、基液：主剂为瓜胶(羟丙基瓜尔胶粉)，0.5-2.5％；酸碱调节剂为片碱(氢氧化钠)，0.1-2％；杀菌剂为甲醛，0.2-0.6％；其余为水。

B、交联液：交联剂为硼砂，0.02-0.05％；其余为水。

C、破胶液：破胶剂为双氧水，0.001％-0.005％；其余为水。

基液、交联液和破胶液的体积比为：0.4-0.6：0.2-0.3：0.2-0.3。

井下冻胶阀属于聚合物凝胶体系。瓜胶为主剂，硼砂为交联剂，片碱为酸碱调节剂，基液和交联液在碱性条件下发生化学反应，生成具有一定强度的冻胶，甲醛为杀菌剂，主要作用是防止生成的冻胶在高温条件下腐烂、变质。破胶液的作用是施工结束后将胶体破胶。

所述的交联剂硼砂包括：五水四硼酸钠(Na₂B₄O₇·5H₂O)或十水四硼酸钠(Na₂B₄O₇·10H₂O)。

硼砂、瓜胶(羟丙基瓜尔胶粉)和片碱，在北京宝丰春石油技术有限公司有销售。

二、现场制备井下冻胶阀的方法：

配制设备：搅拌器、罐车和水池。基液的制备量根据井下需要井下冻胶阀段塞的体积进行制备。一般现场需要井下冻胶阀堵塞井段长度在200-500米范围内，根据井筒环空面积和长度换算出施工需要井下冻胶阀的体积。基液体积、交联液体积与破胶液体积之和为井段塞体积，即井下冻胶阀的体积。本领域技术人员熟知段塞体积的计算方法，不详细叙述。

A、基液的配制，基液体积为井下冻胶阀体积的40-60％。按将主剂瓜胶、酸碱调节剂片碱和杀菌剂甲醛在搅拌的条件下加入水中，配成均匀的溶液。

B、交联液的配制，交联液体积为井下冻胶阀体积的20-35％。将交联剂硼砂在搅拌的条件下加入水中，配成均匀的溶液。

C、破胶液的配制，破胶液体积为井下冻胶阀体积的20-35％。将破胶剂双氧水在搅拌的条件下加入水中，配成均匀的溶液。

三、注入方法

第一种注入方法：

1、注入设备：水泥车，高压比例泵，水池，三通。

2、注入过程：将水泥车和高压比例泵通过管线和三通连接，三通出口端与作业井环空或油管连接。管线试压合格后，用水泥车和高压比例泵同时将基液、交联液和破胶液混合并连续注入井下，然后注入压井液或清水或泥浆，将基液、交联液和破胶液的混合液顶替至井筒预定位置。注入的基液、交联液和破胶液在30-60分钟形成粘度较高的井下冻胶阀。井下冻胶阀将长达150-500米井段堵塞。在10-96小时后，井下冻胶阀自动破胶，形成粘度较低的液体。在形成井下冻胶阀至破胶的这段时间内，井下冻胶阀将施工人员有足够长的时间，在不需要注入压井液的条件下，顺利完成井下作业施工。

井下冻胶阀的性能如下：

1、基液粘度：50-60mPa.s。

2、成胶时间：30-60分钟。成胶时间长短可以通过基液、交联液和破胶液的配比进行调。

3、下冻胶阀的粘度：2000-30000mPa.s(1.5s-1)，400-6000mPa.s(170s-1)。

4、破胶时间：60-80℃条件下，10-96小时。破胶时间长短可以通过基液、交联液和破胶液的配比进行调。

5、破胶后的粘度：1-5mPa.s。

第二种注入方法：

注入设备主要有：水泥车，高压比例泵，水池，三通。

注入过程：将水泥车和高压比例泵通过管线和三通连接，三通出口端与作业井环空或油管连接。管线试压合格后，用水泥车和高压比例泵同时将基液和交联液混合并连续、均匀注入井下，然后注入压井液或清水或泥浆，将基液、交联液和破胶液的混合液顶替至井筒预定位置。注入的基液和交联液破胶液在30-60分钟形成粘度较高的井下冻胶阀。井下冻胶阀将长达150-500米井段堵塞。

当需要破胶时，通过用水泥车将破胶液注入粘度较高的井下冻胶阀中，井下冻胶阀破胶，形成粘度较低的液体。

井下冻胶阀应用范围

井下冻胶阀具备油管、钻杆等穿过的特性，并且井下冻胶阀与插入物之间具有良好的密封性。当插入物被拔出，井下冻胶阀自动恢复闭合状态。井下冻胶阀在一定时间内自行破胶。破胶后采用自喷、抽汲方法将其排出，也可通过气举等强排手段将未破胶的胶塞排出井筒。所以井下冻胶阀应用范围大。

1、对安全性要求高、储层保护要求高的油水井修井施工中；

2、在欠平衡钻井中不使用套管阀的钻井作业；

3、储层裂缝发育、溶孔发育、地层漏失严重、需进行压井作业的油井压井作业；

4、储层水敏性强、普通压井液对地层伤害大、需进行压井作业的油井压井作业；

5、地层产气的油井，尤其适用于含有H2S等有害气体的油井压井作业：

6、特别适用于同时具有高压层、低压层的多层压井作业。

本发明的有益效果：本发明井下冻胶阀制备方法及其施工方法，应用于钻井、完井或修井过程中。使用井下冻胶阀具有明显的效果：1、实现钻井、完井、修井过程中的安全钻井、完井、压井作业；2、将泥浆、压井液与储层有效分开，有效阻止上部压井液进入地层，同时也能够阻止地层中的硫化氢等气体向外逸出；3、替代套管阀等技术装备，实现欠平衡钻井等过程中的低成本封闭井筒要求。利用具有强度高、与油水不相溶并具有封隔能力的井下冻胶阀封闭井筒，打破了长期以来采用压井液压井的传统做法。应用井下冻胶阀压井技术方案，为钻井、修井作业过程中的油气层保护提供了新的思路和技术手段。应用井下冻胶阀压井技术方案可以避免钻井完井、修井作业过程的储层污染，而且上部泥浆、压井液比重可以进一步提高，实现安全钻井完井、修井的目的。同时，应用胶体压井技术方案为欠平衡钻井提供了安全、低成本的井筒密闭技术手段。应用井下冻胶阀成本降低，单井可节约费用200万元以上，从而为欠平衡钻井尤其是空气钻井发展提供了可靠的技术支持。

附图说明

图1是本发明基液、交联液和破胶液通过油管注入井下，形成井下冻胶阀的结构剖面示意图。

图中，1.套管，2.油管，3.井下冻胶阀，4.储层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：本发明井下冻胶阀，在玉门油田鸭940井氮气欠平衡钻井施工中试用。

2007年6月15日，玉门油田鸭940井氮气欠平衡钻井在起钻、下筛管完井过程中成功试用了井下冻胶阀技术，共注入胶体4.6m³，在井筒内形成240米长的井下冻胶阀(俗称：段塞)。作业后在起钻作业、下筛管、套管的16个小时内井口未发现有油气溢出，压井作业结束后通过气举排液顺利将胶体全部举出，一次点火成功，实现了完井过程中的油层保护目标，并且单井节约套管阀等工具费用220万元。

具体做法是：井下冻胶阀由基液、交联液和破胶液组成。基液、交联液和破胶液的体积比为：50％：25％：25％。

其中：井下冻胶阀的基液、交联液和破胶液的原材料组分体积比为：

A、基液：主剂为北京宝丰春石油技术有限公司生产的瓜胶(羟丙基瓜尔胶粉)，1.5％；酸碱调节剂为北京宝丰春石油技术有限公司生产的片碱(氢氧化钠)，0.9％；杀菌剂为甲醛，0.4％；水为97.2％。

B、交联液：交联剂硼砂为十水四硼酸钠，0.035％；水为99.965％。

C、破胶液：破胶剂为双氧水，0.003％；水为99.997％。

现场制备井下冻胶阀的方法：

配制设备：搅拌器、罐车和水池。基液的制备量根据井下需要井下冻胶阀段塞的体积进行制备。现场需要井下冻胶阀堵塞井段长度240米，根据井筒环空面积和长度换算出施工需要井下冻胶阀的体积为4.6m³。

A、基液的配制，基液体积为井下冻胶阀体积的50％，即2.3m³。按将主剂瓜胶、酸碱调节剂片碱和杀菌剂甲醛在搅拌的条件下加入水中，配成均匀的溶液。

B、交联液的配制，交联液体积为井下冻胶阀体积的25％，即1.15m³。将交联剂硼砂在搅拌的条件下加入水中，配成均匀的溶液。

C、破胶液的配制，破胶液体积为井下冻胶阀体积的25％，即1.15m³。将破胶剂双氧水在搅拌的条件下加入水中，配成均匀的溶液。

采取的注入方法：

注入设备：水泥车，高压比例泵，水池，三通。

注入过程：参阅附图1。将水泥车和高压比例泵通过管线和三通连接，三通出口端与作业井油管柱2连接。管线试压(25MPa)合格后，用水泥车和高压比例泵(10MPa)。同时通过油管柱2将基液、交联液和破胶液混合并连续、均匀注入井下，然后注入压井液或清水或泥浆，将基液、交联液和破胶液的混合液顶替至井筒预定位置。在预定位置的套管1内有240米长注入液体。注入的基液、交联液和破胶液在35分钟左右形成粘度较高的井下冻胶阀3。将储层4的上部井段封堵。井下冻胶阀3将长达240米井段堵塞。经16小时后井下冻胶阀自动破胶，形成粘度较低的液体。

实施例2：井下冻胶阀由基液、交联液和破胶液组成。基液、交联液和破胶液的体积比为：45％：33％：22％。具体制备量，在现场计算。

其中：井下冻胶阀的基液、交联液和破胶液的原材料组分体积比为：

A、基液：主剂为北京宝丰春石油技术有限公司生产的瓜胶(羟丙基瓜尔胶粉)，2.1％；酸碱调节剂为北京宝丰春石油技术有限公司生产的片碱(氢氧化钠)，1.1％；杀菌剂为甲醛，0.5％；水为96.3％。

B、交联液：交联剂为北京宝丰春石油技术有限公司生产的五水四硼酸钠，0.025％；水为99.975％。

C、破胶液：破胶剂为双氧水，0.004％；水为99.996％。

现场制备井下冻胶阀的方法和注入方法与实施例1相同。

实施例3：井下冻胶阀由基液、交联液和破胶液组成。基液、交联液和破胶液的体积比为：55％：21％：24％。具体制备量，在现场计算。

其中：井下冻胶阀的基液、交联液和破胶液的原材料组分体积比为：

A、基液：主剂为北京宝丰春石油技术有限公司生产的瓜胶(羟丙基瓜尔胶粉)，1.1％；酸碱调节剂为北京宝丰春石油技术有限公司生产的片碱(氢氧化钠)，0.6％；杀菌剂为甲醛，0.35％；水为97.95％。

B、交联液：交联剂为北京宝丰春石油技术有限公司生产的五水四硼酸钠，0.045％；水为99.955％。

C、破胶液：破胶剂为双氧水，0.003％；水为99.997％。

现场制备井下冻胶阀的方法与实施例1相同。

采用的注入方法与实施例1不同点是：

管线试压合格后，用水泥车和高压比例泵同时将基液和交联液混合并连续、均匀注入井下，然后注入压井液或清水或泥浆，将基液、交联液和破胶液的混合液顶替至井筒预定位置。注入的基液和交联液破胶液在35分钟形成粘度较高的井下冻胶阀。井下冻胶阀将长达400米井段堵塞。

当需要破胶时，通过用水泥车将破胶液注入钻井管柱内，破胶液从管柱下端排出后，上提管柱。一边上提管柱，一边注入破胶液。井下冻胶阀破胶，形成粘度较低的液体。

Claims (6)

1.一种井下冻胶阀，由基液、交联液和破胶液组成，其特征在于：基液、交联液和破胶液的体积比为：40-60％∶20-35％∶20-35％，

其中：井下冻胶阀的基液、交联液和破胶液的原材料组分体积比为：

A、基液：主剂为瓜胶，0.5-2.5％；酸碱调节剂为片碱，0.1-2％；杀菌剂为甲醛，0.2-0.6％；其余为水；

B、交联液：交联剂为硼砂，0.02-0.05％；其余为水；

C、破胶液：破胶剂为双氧水，0.001％-0.005％；其余为水。

2.根据权利要求1所述的井下冻胶阀，其特征是：所述的交联剂为十水四硼酸钠。

3.根据权利要求1所述的井下冻胶阀，其特征是：所述的交联剂为五水四硼酸钠。

4.根据权利要求1或2或3所述的井下冻胶阀，其特征是：现场制备井下冻胶阀的方法是：

配制设备：搅拌器、罐车和水池，井下冻胶阀需要量根据井下段塞的体积进行制备，现场需要井下冻胶阀堵塞井段长度在150-500米以内，根据井筒环空面积和长度换算出施工需要井下冻胶阀的体积，其中：

A、基液的配制，基液体积为井下冻胶阀体积的40-60％，按将主剂瓜胶、酸碱调节剂片碱和杀菌剂甲醛在搅拌的条件下加入水中，配成均匀的溶液；

B、交联液的配制，交联液体积为井下冻胶阀体积的20-35％，将交联剂硼砂在搅拌的条件下加入水中，配成均匀的溶液；

C、破胶液的配制，破胶液体积为井下冻胶阀体积的20-35％，将破胶剂双氧水在搅拌的条件下加入水中，配成均匀的溶液。

5.根据权利要求4所述的井下冻胶阀，其特征是：采取的注入方法是：

注入设备主要有：水泥车，高压比例泵，水池，三通，

注入过程：将水泥车和高压比例泵通过管线和三通连接，三通出口端与作业井环空或油管连接，管线试压合格后，用水泥车和高压比例泵同时将基液、交联液和破胶液混合并连续、均匀注入井下，然后注入压井液或清水或泥浆，将基液、交联液和破胶液的混合液顶替至井筒预定位置，注入的基液、交联液和破胶液在30-60分钟形成粘度较高的井下冻胶阀，井下冻胶阀将长达150-500米井段堵塞，在10-96小时后，井下冻胶阀自动破胶，形成粘度较低的液体。

6.根据权利要求4所述的井下冻胶阀，其特征是：采取的注入方法是：

注入设备主要有：水泥车，高压比例泵，水池，三通，

注入过程：将水泥车和高压比例泵通过管线和三通连接，三通出口端与作业井环空或油管连接，管线试压合格后，用水泥车和高压比例泵同时将基液和交联液混合并连续、均匀注入井下，然后注入压井液或清水或泥浆，将基液、交联液和破胶液的混合液顶替至井筒预定位置，注入的基液和交联液破胶液在30-60分钟形成粘度较高的井下冻胶阀，井下冻胶阀将长达150-500米井段堵塞，

当需要破胶时，通过用水泥车将破胶液注入粘度较高的井下冻胶阀中，井下冻胶阀破胶，形成粘度较低的液体。

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