CN101831282A - 一种固井用隔离剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固井用隔离剂，属于石油工业固井工程技术领域。本发明的隔离剂是由以下重量份的原料制备而成的共聚物：丙烯酰胺单体30-40份，甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵35-50份，乙醇20-25份，亚硫酸钠2-5份，其制备方法为：(1)在聚合槽中加入丙烯酰胺水溶液，升温至60-65℃，加入甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、亚硫酸钠，反应3-4h；(2)加入乙醇提纯，负压闪蒸，干燥、筛分、磨粉，得共聚物成品。本发明的隔离剂与钻井液和水泥浆相容性好、流变调节性能好、稠化时间可调的固井用隔离剂，本发明的固井用隔离剂在150℃的温度下流变性能的调节可达到紊流状态，并具有良好的悬浮稳定性能。

Description

一种固井用隔离剂

技术领域

本发明公开了一种固井用隔离剂，特别涉及一种水溶性的固井用隔离剂，属于石油工业固井工程技术领域。

背景技术

 固井是钻井过程中的重要作业，在固井作业时，为了防止钻井液与水泥浆互窜，引起水泥浆的污染和性能突变，特别是水泥浆的闪凝现象，导致固井作业无法进行，在固井过程中需要在水泥浆和钻井液之间使用隔离液进行隔离。在钻井工程开始，隔离液就发展起来了，最早的隔离液，是比较纯净的清水，但随着钻井液体系的发展，清水已经无法满足要求。现已逐渐发展起可加重的、抗污染的隔离液技术。目前的固井用隔离液可分为两类：

   一类是水溶性的隔离剂（液）。这类隔离液的分散介质以水为主，是由水、表面活性剂、加重材料和增粘剂等组成的混合物。这类隔离液的相容性、热稳定性较好，是目前使用较为广泛的一种。如专利CN200810137633.1水基隔离液。但现有的水溶性隔离液的仍存在以下不足：

   第一、由于钻井液和水泥浆的密度非常高，而这类隔离液的密度相对较低，在三方相接触的界面容易出现渗透膜，即出现置换现象，容易引起水泥浆的性能突变。

第二，由于钻井液的种类繁多，这类隔离液的配伍性受到影响，容易引起钻井液性能变化，也可导致水泥浆性能突变。

 第三，这类隔离液使用了大量的有机处理材料，导致其抗温、抗盐性差。

另一类是油溶性隔离液。这类隔离液主要以油相为分散介质，添加一些表面活性物质构成，在固井作业时，形成无渗透的渗透膜，完全能隔离钻井液与水泥浆的界面，有很好的隔离作用。现有的油溶性隔离液的不足之处在于：

     第一，由于是油相作为分散介质，导致其无法配制成高密度的隔离液，满足不了深井或超深井或高压油气层的固井要求。

第二，由于是油相作为分散介质，容易在大型的固井作业引起火灾。

第三，由于是油相作为分散介质，这类隔离液的使用成本非常高，不利于推广使用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种与钻井液和水泥浆不相容、流变性能可调节的固井用隔离剂，本发明的固井用隔离剂在150℃的温度以内流变性能的调节可达到紊流状态，并具有良好的悬浮稳定性能。

为了实现上述发明目的，本发明人经过一系列试验研究，提供了以下技术方案：

一种固井用隔离剂，它是由以下重量份的原料制备而成的共聚物：

丙稀酰胺单体30-40份，

甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵40-50份，

乙醇10-25份，

亚硫酸钠2-5份。

上述固井用隔离剂的制备方法包括以下步骤：

（1）、在聚合槽中加入丙烯酰胺单体的水溶液，搅拌，升温至60-65℃，加入甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，搅拌均匀，滴加亚硫酸钠，反应3-4h，得到固井用隔离剂水溶液；

（2）、向步骤（1）所得固井用隔离剂水溶液中加入乙醇，搅拌均匀，加热至80℃±5℃，负压闪蒸得共聚物粗品，负压闪蒸使乙醇中溶解的其它杂质随之带出，直到无气体为止；

（3）、得到的共聚物粗品继续升温至100±5℃进行干燥，干燥物经筛分、磨粉，得共聚物成品。

目前广泛使用的隔离剂为水溶性隔离剂，但现有的水溶性隔离剂是多种有机物组成的组合物，需要在现场使用时根据固井井深和水质动态调整配制隔离剂，使用不方便，使用范围较窄，不利于推广使用。并且由于现有的隔离剂为复配物，密度相对较低，界面容易出现渗透膜，其抗温、抗盐性较差。并且长期以来，隔离剂的粘度选择一直是本领域的技术难题，如果隔离剂的粘度较低，则其流动性较好，有利于水泥泵车的泵入需要，但粘度低又会导致对水泥浆和钻井液的隔离效果相对较差；如果隔离剂的粘度较高，则其对水泥浆和钻井液的隔离效果更好，但可泵性则相对较差。

本发明的隔离剂，是通过丙烯酰胺单体充分分散溶解后加入接枝聚合物（甲基）丙稀酰氧基乙基三甲基氯化铵，并加入引发剂亚硫酸钠充分分散接枝，在特定条件下共聚并经乙醇提纯而成的聚合物，它是一种单一的高分子聚合物（经检测，本发明的隔离剂分子量为1000万左右），属于水溶性隔离剂。由于在丙烯酰胺单体聚合时加入了接枝聚合物（甲基）丙稀酰氧基乙基三甲基氯化铵、引发剂亚硫酸钠，并严格控制反应条件，使得聚合得到的聚合物为阳离子型共聚物，使得隔离剂具有优越的抗盐性和抗高温性。本发明的共聚物隔离剂具有较高的粘弹性和剪切稀释性，在搅拌时会变稀，流动性好，有利于水泥泵车的泵入需要，在静止时变稠，有利于更好地对水泥浆和钻井液起到隔离作用。

本发明的固井用隔离剂的密度较高，可抗150℃的高温，抗盐性高，其具体检测技术指标如下：

细度（40目筛余）              ≤10.00%

表观粘度                       20.00～40.00mPa·s

失水量                         20～50.00mL

析水率                          0～2.00%

密度沉降差                      ≤0.08g/cm³

密度为                         1.20-2.50g/cm³

抗高温性                       150℃

抗盐性                         180000-250000mg/L。

上述主要检测项目的检测方法为：

1、细度：

称取试样10.0g（准确至0.1g）放入40目标准筛中，立即用手摇动、拍击标准筛直至试样不再下漏为止，称筛余物重量。

按下述公式进行计算：

式中：

  F—细度（40目筛余），%；

  m1—筛余物重量，g；

  m2—称取试样重量，g。

2、表观粘度

（1）隔离液制备

a)量取400mL蒸馏水，倒入瓦棱搅拌器浆杯中，在4000r/min搅拌15s的过程中加入试样20.0g，调至12000r/min搅拌35s，然后在转速4000r/min继续搅拌5min后停止搅拌。按上述方法配制两份备用。

b)量取400mL蒸馏水，倒入瓦棱搅拌器浆杯中，在4000r/min搅拌15s的过程中加入试样16.0g，调至12000r/min搅拌35s，然后在转速4000r/min继续搅拌5min后停止搅拌。用钛铁矿粉加重至2.4g/cm³后，在4000r/min继续搅拌10min,停止搅拌。按上述方法配制两份备用。

（2）测定

将（1）中制备的隔离液取出一份倒入常压稠化仪浆筒中，在90℃下搅拌20min后，用旋转粘度计测定表观粘度。

3、失水量

将2.1a)中制备的隔离液取出另一份倒入常压稠化仪浆筒中，在90℃下搅拌20min后，倒入42型高温高压失水仪中并在其滤网上加高温高压滤纸（HTP-1型），测定高温高压（90℃×3.5MPa×30min）失水量。

4、析水率

2.1b)中制备的隔离液取出一份倒入常压稠化仪浆筒中，在90℃下搅拌20min，取出迅速倒入250ml量筒中，在常温下静止6h，测定其析水量。

并按下述公式计算析水率：

式中:

    V—游离液的体积，mL；

    V₀—隔离液的体积，mL；

    FF—析水率，%。

5、密度沉降差

（1）将2.1b)中制备的隔离液取出另一份倒入常压稠化仪浆筒中，在90℃下搅拌20min，取出迅速倒入500ml量筒中，在常温下静置6h。从装2.4g/cm3隔离液的量筒上部取150ml、下部取150ml液体测定密度（量筒上部隔离液密度ρ1、量筒下部隔离液密度ρ2，密度沉降差△ρ）。

（2）按下述公式进行计算：

式中：△ρ—密度沉降差，g/cm3；

ρ1—量筒上部隔离液密度，g/cm³；

ρ2—量筒下部隔离液密度，g/cm³。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的固井用隔离剂是由丙稀酰胺单体充分分散溶解后加入接枝聚合物（甲基）丙稀酰氧基乙基三甲基氯化铵，并加入引发剂亚硫酸钠充分分散接枝，再加入乙醇提纯，得到的单一灰色粉末状共聚物。

（1）、本发明的隔离剂为单一的共聚物，不需要在现场使用时动态调整配制配方，使用方便；

（2）、本发明的隔离剂为阳离子型共聚物，具有很好的抗盐、抗温性能；

（3）、本发明的隔离剂为具有较好的剪切稀释性能，在搅拌时变稀，静止时变稠，可同时兼备良好的流动性和隔离性；

（4）、本发明的共聚物隔离剂，具有很好的包被作用，可以形成很好的液体界面无（低）渗透膜，不与其他流体截面产生互溶、互渗、互换的作用，完全能阻隔其它液体的污染，有很好的隔离作用，不会使水泥浆产生性能突变，提高了固井质量。

（5）、本发明的共聚物隔离剂具有很好的悬浮性能，可根据现场需求加入各种类型的加重材料，以满足不同密度下的水泥浆固井工程的需要。

（6）、本发明的生产工艺简便、质量便于控制。

   （7）、本发明提供的固井用隔离剂的制备方法，产率≥98%，质量≥98%，精度≥98%，效率≥98%，原材料节省、工序简单，能耗低，加工、控制、使用方便，环境污染程度低。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

一种固井用隔离剂，它是由以下原料制备而成的共聚物：

丙烯酰胺单体                           30份

甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵           40份

乙醇                                   25份

亚硫酸钠                               5份。

本实施例列举的固井用隔离剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）、在聚合槽中加入丙烯酰胺单体的水溶液，搅拌，升温至60-65℃，加入甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，继续搅拌均匀，再滴加亚硫酸钠，反应3h，得到固井用隔离剂水溶液；

（2）、向步骤（1）所得固井用隔离剂水溶液中加入乙醇搅拌均匀后提纯，加热控温80℃±5℃，负压闪蒸，得到共聚物粗品，使乙醇中溶解的其它杂质随之带出，直到无气体为止，回收挥发气体；

（3）、将得到的共聚物粗品继续升温至100±5℃进行干燥，直到共聚物干透为止，将所得共聚物粉碎至40目，得共聚物成品。

实施例2

一种固井用隔离剂，它是由以下原料制备而成的共聚物：

丙烯酰胺单体                           35份

甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵           40份

乙醇                                   20份

亚硫酸钠                               5份。

本实施例的固井用隔离剂的制备方法同实施例1。

实施例3

一种固井用隔离剂，它是由以下原料制备而成的共聚物：

丙烯酰胺单体                           40份

甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵           35份

乙醇                                   20份

亚硫酸钠                               5份。

本实施例的固井用隔离剂的制备方法同实施例1。

Claims (2)

1.一种固井用隔离剂，其特征在于它是由以下重量份的原料制备而成的共聚物：

丙稀酰胺单体30-40份，

甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵35-50份，

乙醇20-25份，

亚硫酸钠2-5份。

2.根据权利要求1所述的固井用隔离剂的制备方法包括以下步骤：

（1）、在聚合槽中加入丙烯酰胺单体的水溶液，搅拌，升温至60-65℃，加入甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，搅拌均匀，滴加亚硫酸钠，反应3-4h，得到固井用隔离剂水溶液；

（2）、向步骤（1）所得固井用隔离剂水溶液中加入乙醇，搅拌均匀，加热至80℃±5℃，负压闪蒸得共聚物粗品；

（3）、得到的共聚物继续升温至100±5℃进行干燥，干燥物筛分、磨粉，得共聚物成品。