CN102031097B - 一种增强油井水泥浆的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种增强石油天然气固井用油井水泥浆的方法，其主要特征是在油井水泥浆中加入固相总质量为0.1％～3％、粒径为40～320目的吸油树脂等吸油膨胀组分并充分搅拌均匀，利用吸油膨胀组分在遇油、吸油后能发生体积膨胀的特性，提高其封堵微裂缝、微环空间隙进而减少环空窜流的能力。本发明所述的方法简单，无需额外设备，利于现场实施，且主要材料来源广、成本低，能够有效解决由于初始固井质量不好、固井质量受后续作业影响以及井筒内温度压力变化，导致水泥石内部出现微裂缝和/或固井二界面上出现微环空间隙，油气水在地下层间窜流或窜至地面的问题。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气固井中用于增强油井水泥浆的方法，特别是通过在油井水泥浆中加入吸油树脂类等吸油膨胀组分，利用吸油膨胀组分在遇油、吸油后能发生体积膨胀的特性，提高油井水泥浆封堵微裂缝、微环空间隙的能力、进而减少环空窜流问题的油井水泥浆增强方法。
背景技术
固井的主要目的，就是要在待封隔地层之间实现良好的层间封隔，以防止油气水层间窜流或窜至地面。
但是，固井是一项隐蔽性强、不确定因素多、影响因素多的地下系统工程，且随着石油工业的发展，固井所面临的工况也越来越复杂，初始固井质量越来越难以得到充分的保证，加之大规模运用的强化开采措施对固井质量的严重影响，以及生产过程中井筒内的温度压力与固井时相比已发生较大甚至是显著的变化，从而形成窜流通道、导致环空窜流，给油气田的正常生产、安全生产造成严重的影响。
如何解决由于初始固井质量不好、固井质量受后续作业影响以及井筒内温度压力变化，导致水泥石内部出现微裂缝、固井二界面上出现微环空间隙而造成环空窜流的问题，以确保油气井正常生产、安全生产，已成为国内外各大油田都急待解决的固井技术难题。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种增强油井水泥浆的方法，通过在油井水泥浆中加入吸油树脂类等吸油膨胀组分，利用吸油膨胀组分在遇油、吸油后能发生体积膨胀的特性，提高其封堵微裂缝、微环空间隙、减少环空窜流的能力。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：在油井水泥浆中加入一定量的吸油膨胀组分并搅拌混合均匀，利用吸油膨胀组分在遇油、吸油后能发生体积膨胀的特性，提高其封堵微裂缝、微环空间隙进而减少环空窜流的能力。
其中吸油膨胀组分可以是吸油树脂类材料或/和添加有吸油树脂类材料的吸油膨胀橡胶类材料，比如以甲基丙烯酸酯和苯乙烯为单体、丙烯酸乙二醇酯为交联剂并采用悬浮聚合法合成的高吸油树脂。
吸油膨胀组分的有效加量为油井水泥浆固相总质量的0.1％～4％。
吸油膨胀组分的粒径为40～320目。
本发明的有益效果是：所述的方法简单，无需额外设备，利于现场实施，且主要材料来源广、成本低，通过在油井水泥浆中加入一定量的吸油膨胀组分，提高了油井水泥浆封堵微裂缝、微环空间隙的能力，从而在一定程度上解决了由于初始固井质量不好、固井质量受后续作业影响以及井筒内温度压力变化，导致水泥石内部出现微裂缝和/或固井二界面上出现微环空间隙，油气水在地下层间窜流或窜至地面的问题。
附图说明
附图1为在渗流排量20ml/hr不变的情况下，三个实施例中微裂缝窜流阻力随时间的变化情况。
具体实施例
本发明不受下述实施例的限制，可依据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
本发明所述的油井水泥浆增强方法，其具体实施方式如下：
将称量好的吸油膨胀组分混入油井水泥浆中，再搅拌均匀，即形成能够封堵微裂缝、微环空间隙的水泥浆。
上述吸油膨胀组分可以是吸油树脂类材料或/和添加有吸油树脂类材料的吸油膨胀橡胶类材料，比如以甲基丙烯酸酯和苯乙烯为单体、丙烯酸乙二醇酯为交联剂并采用悬浮聚合法合成的高吸油树脂。
吸油膨胀组分的有效加量为油井水泥浆固相总质量的0.1％～4％。
吸油膨胀组分的粒径为40～320目。
本发明另一种实施方式是将有效加量的吸油膨胀组分与各种干混的外加剂一起混入水泥干灰中，再加入湿混的外加剂和配浆水，搅拌均匀，形成能够封堵微裂缝、微环空间隙的油井水泥浆。
室内实验方法如下：将用本发明增强的油井水泥浆，制形成φ25.4mm×25.4mm高的圆柱形水泥石块，然后，过中心线对称地剖开成两瓣，再将两瓣用透明胶以外绕的方式重新粘在一起，从而在两瓣间形成人造裂缝，最后，装入岩心渗透率测试仪，观测清水和煤油分别以20ml/hr的排量通过裂缝时遇到的渗流阻力随时间的变化，以测定用本发明增强的油井水泥浆对煤油窜流的封堵能力。
实施例1：
实验所使用的水泥浆体系如下：
800g新疆G级油井水泥+1.5％ST300C+7％ST300L+0.4％SXY-2+45％水
配方中外加剂具体为：ST300C为交联剂、ST300L为降失水剂、SXY-2为分散剂。
上述水泥浆体系中采用的是各外加剂与水泥的质量百分比，水泥浆密度为1.89g/cm3。
在高速搅拌的情况下，将占水泥固相总质量为1％、粒径为80目的吸油树脂混入上述水泥浆中并搅拌均匀，本实施例中吸油树脂是以甲基丙烯酸酯和苯乙烯为单体、丙烯酸乙二醇酯为交联剂，并采用悬浮聚合法合成的高吸油树脂。
表1实施例1的窜流封堵试验数据(试验温度24℃)
实施例2：
实验所使用的水泥浆体系如下：
800g新疆G级油井水泥+3％WG+1.2％LT-2+0.6％SXY-2+0.2％ST200R+45％水
配方中外加剂具体为：WG为微硅、LT-2为降失水剂、SXY-2为分散剂、ST200R为缓凝剂。
上述水泥浆体系中采用的是各外加剂与水泥的质量百分比，水泥浆密度为1.89g/cm3。
在高速搅拌的情况下，将占水泥固相总质量百分比为2％、粒径为80目的吸油树脂混入上述水泥浆中，本实施例中的吸油树脂也是以甲基丙烯酸酯和苯乙烯为单体、丙烯酸乙二醇酯为交联剂，并采用悬浮聚合法合成的高吸油树脂。
表2实施例2煤油窜流封堵试验数据(测试温度27℃)
| 累计时间(min) | 窜流阻力MPa | 围压(mPa) | 备注 |
| 0 | 0.20 | 2.1 | |
| 20 | 0.40 | 2.5 | |
| 30 | 0.95 | 3.0 | |
| 36 | 2.00 | 4.0 | |
| 40 | 3.30 | 5.3 | |
| 50 | 4.5 | 6.5 | |
| 60 | 5.0 | 7.0 | 围压太大，中止试验 |
实施例3：
实验所使用的水泥浆体系如下：
800g新疆G级油井水泥+105％Fe2O3+3％WG+(25％D600G+1.5％D080A+2％D701+0.5％D175)+57％水
配方中外加剂具体为：WG为微硅、D600G为降失水剂、D080A为分散剂、D701为稳定剂、D175为消泡剂。
上述水泥浆体系中采用的是各外加剂与水泥的质量百分比，水泥浆密度为2.40g/cm3。
在高速搅拌的情况下，将占水泥固相总质量百分比为3％、粒径为80目的吸油树脂混入上述水泥浆中，本实施例中的吸油树脂也是以甲基丙烯酸酯和苯乙烯为单体、丙烯酸乙二醇酯为交联剂，并采用悬浮聚合法合成的高吸油树脂。
表3实施例3煤油窜流封堵试验数据(测试温度27℃)
| 累计时间(min) | 窜流阻力(MPa) | 围压(mPa) | 备注 |
| 0 | 0.10 | 2.1 | |
| 20 | 2.50 | 4.5 | |
| 30 | 3.00 | 5.0 | |
| 36 | 7.00 | 9.0 | 围压太大，中止试验 |
上述配方实验效果具体见附图1，从图中可以看出，对清水而言，水泥石内的人造裂缝为其窜流提供了通道，发生了窜流，且随着时间的推移，由于水泥石内的吸油树脂未接触并吸收油类物质，未进行体积膨胀，作为窜流通道的人造裂缝，只是在围压的作用下有一定的压缩，但并未得到有效的封堵，因此，窜流情况基本不变；
对煤油而言，尽管试验初期由于水泥石内存在人造裂缝而有一定的窜流，但随着时间的推移，人造裂缝面上的吸油膨胀组分不断吸油膨胀，抢占位于裂缝面之间的窜流通道的空间，致使窜流通道越来越小、窜流阻力在流量不变的情况下越来越大，并最终堵塞窜流通道、消除窜流而恢复了对模拟地层的层间封隔作用，且随着吸油树脂加量的增加，封堵速度迅速增加，封堵效果更加明显。
本发明中加入吸油膨胀组分的粒径选择原则为稠度高的水泥浆可以选择粒径较大的吸油膨胀组分，也可以选择较细的吸油膨胀组分；对于较稀的水泥浆一般采用粒径较细的吸油膨胀组分。
现场具体实施时，按油井水泥浆固相总质量的0.1％～3％称取粒径为40～320目的吸油膨胀组分并加入高速搅拌的水泥浆中充分混合均匀，之后，按注水泥浆的方法将上述水泥浆注入井内进行固井；如果初始固井质量好，后续作业以及生产过程中井筒内温度、压力的变化对固井质量的影响也不大，没有在水泥石内部形成微裂缝、在固井二界面上形成微环空间隙，那么，将不会出现油气窜流，均匀分散于其凝结后所形成水泥石中的吸油膨胀组分，由于接触不到油类物质，无需也不会发生作用而维持原状；如果初始固井质量不好，后续作业以及生产过程中井筒内温度、压力的变化对固井质量的影响较大，导致其水泥石内部出现微裂缝和/或在固井二界面上出现微环空间隙，那么，油气将通过这些微裂缝和/或微环空间隙发生窜流，但是，一旦油气窜流，微裂缝面和/或微环空间隙面上的吸油膨胀组分，即可通过吸收油类物质(包括凝析气中的凝析油)、发生体积膨胀，封堵油气窜流波及的微裂缝和/或微环空间隙，从而切断窜流通道、消除窜流而恢复对所封固地层的层间封隔。
Claims (3)
1.一种增强油井水泥浆的方法，其特征在于：在油井水泥浆中加入油井水泥浆固相总质量的0.1％～4％的吸油膨胀组分并搅拌混合均匀，吸油膨胀组分可以是吸油树脂类材料或/和添加有吸油树脂类材料的吸油膨胀橡胶类材料，其中吸油树脂类材料是以甲基丙烯酸酯和苯乙烯为单体、丙烯酸乙二醇酯为交联剂，并采用悬浮聚合法合成的高吸油树脂，利用吸油膨胀组分在遇油、吸油后能发生体积膨胀的特性，形成能够封堵微裂缝、微环空间隙、减少环空窜流的油井水泥浆。
2.根据权利要求1所述的一种增强油井水泥浆的方法，其特征在于：吸油膨胀组分的粒径为40～320目。
3.根据权利要求2所述的一种增强油井水泥浆的方法，其特征在于：吸油膨胀组分的最佳粒径范围为80～120目。
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