CN102181274B - 触变性化学封窜剂 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种触变性化学封窜剂，该封窜剂的原料组成包括：富铁低碳硫铝酸盐40～55重量份，钠基膨润土0.2～5.0重量份，降失水剂0.5～2.0重量份，白炭黑0.2～5.0重量份，环糊精和/或淀粉0.5～4.0重量份，水30～50重量份。本发明的化学封窜剂具有较强的粘接性和热稳定性、耐久性好、抗裂能力突出等特点，线性膨胀率达到0.2％以上，抗压强度达到30MPa以上，抗剪切强度达到10MPa以上；通过添加分散剂、降低失水剂、触变调节剂，使封窜剂具有高触变性和抗漏失能力。

Description

触变性化学封窜剂

技术领域

本发明涉及一种采油用化学剂，具体是指一种无机类胶凝材料，该材料可用于油、水井的固井、封窜等，为一种触变性化学封窜剂。

背景技术

稠油和超稠油油井在经过多轮次注汽生产后，由于固井水泥环受高温湿热蒸汽的反复侵蚀，以及水泥与岩石和套管的膨胀系数的差异，导致套管与水泥环或水泥环与井壁之间的窜槽。油井管外窜槽后，严重影响油井的正常生产。

针对超稠油油藏管外窜槽井，通常采用挤水泥封窜工艺，采用油井水泥作为封窜主剂。由于水泥浆在泵注过程中，经炮眼剪切后易脱水、易漏失，凝固强度低，收缩率高，容易形成孔隙和缝隙结构，水泥在窜槽内与地层间窜通，会出现挤水泥压力不高，挤水泥量大，水泥沉降现象，造成封堵效果差，钻开水泥塞后试压试不住等问题，有效期也很短。

发明内容

本发明的目的是针对辽河油田稠油开发生产中，管外窜槽引起的顶水、底水入侵导致油井水淹，以及汽窜、套损等问题，研制出一种防漏失、封堵率高、耐温性好、有效期长的触变性化学封窜剂，为进一步设计配套封窜工艺，形成完整的化学封窜、封堵技术提供基础。

本发明提供了一种触变性化学封窜剂，该封窜剂的原料组成包括：

除特别说明外，本发明中所述比例和含量均为重量比例和含量。

根据本发明的具体实施方案，本发明的触变性化学封窜剂中，所述富铁低碳硫铝酸盐，是在硫铝酸盐(水泥的主要成分，是以硫铝酸钙和硅酸二钙为主要成分的胶凝材料，化学组成包括Al₂O₃、SiO₂、CaO、Fe₂O₃、SO₃、C₄A₃、C₂S、C₄AF等)的基础上，依据含铁量、含碳量指标筛选出的一种高性能水泥熟料，通过研磨生产的一种超细材料，其在国内已量产。本发明中优选所述富铁低碳硫铝酸盐中Fe₂O₃含量大于8％，碳烧失量小于5％，粒度2～20μm。本发明中是以此富铁低碳硫铝酸盐为主剂，添加其它多种辅剂材料形成一种具有高度触变性的化学封窜剂。

根根据本发明的具体实施方案，本发明的触变性化学封窜剂中，所述钠基膨润土是起到分散、悬浮、提高触变性、增加强度的作用，是一种主要添加材料。该钠基膨润土为普通钙基膨润土经钠化处理而得到的，本发明中要求所述钠基膨润土的膨胀倍数为30倍以上，以满足使用要求。该钠基膨润土为成熟的商品化材料。

根根据本发明的具体实施方案，本发明的触变性化学封窜剂中，所述淀粉和/或环糊精也是作为悬浮分散剂，其作用是使溶液增稠，提高悬浮性能，使硫铝酸盐主剂在溶液中均匀分散并保持稳定。其中淀粉可选用玉米淀粉和/或马铃薯淀粉；环糊精可选用alpha-环糊精、beta-环糊精和/或gamma-环糊精。低成本体系一般采用淀粉，要求快速配制时可采用环糊精，综合成本要高一些。

根根据本发明的具体实施方案，本发明的触变性化学封窜剂中，所述降失水剂的作用是在体系固化过程中，防止水分析出，降低封窜剂固化强度。本发明中优选采用可再分散乳胶粉，要求固含量大于96％，400μm筛余不超过2％，最低成膜温度可为0℃。

根根据本发明的具体实施方案，本发明的触变性化学封窜剂中，所述白炭黑为触变剂，其作用是使封窜剂具有强触变性，注入地层后迅速变成半固态，防止沉降和漏失，达到理想的封堵效果。该成分是化学封窜剂的主要功能性组分，在体系中具有不可代替的作用。本发明中要求所采用的白炭黑，要求BET比表面积大于150m²/g(超细二氧化硅)。

根根据本发明的具体实施方案，本发明的触变性化学封窜剂，其原料组成还可进一步包括：气相二氧化硅、氢氧化钙、氧化钙中的一种或多种。所述气相二氧化硅可增强封窜剂的触变性，用量为封窜剂总重量的0.2％～1％；而添加封窜剂总重量1％～3％的氢氧化钙、氧化钙等可将封窜剂的凝固速度提高1～3倍，固结强度提高5％～20％。

根根据本发明的具体实施方案，本发明的触变性化学封窜剂中，水的用量占30％～50％，超过此比例，则封窜剂固结强度、耐温性下降；低于此比例，则封窜剂粘稠度过高，泵注非常困难，失去使用价值。

根根据本发明的更优选具体实施方案，本发明的触变性化学封窜剂，其原料组成包括：

本发明主要是以富铁低碳硫铝酸盐作为主剂，添加多种辅剂复配了一种具有高度触变性的化学封窜剂。该封窜剂的线性膨胀率0.2％以上，抗压强度30MPa以上，抗剪切强度达到10MPa以上，触变反应时间为0.5～2min，触变次数大于20次。更具体地，该封窜剂具有以下性能特点：

1粘接性好，与金属表面、无机矿物表面均有较高的粘接强度，本体抗压强度达到30MPa以上，粘接界面剥离达到10MPa以上。

2热稳定性、耐久性好，在350℃湿热蒸汽环境下，强度损失小于2％/30天。

3抗裂能力强，线性膨胀率达到0.2％以上。

4触变性好，抗漏失能力强。触变反应时间为0.5～2min，触变次数大于20次。

本发明还提供了所述的触变性化学封窜剂在油、水井的固井、封窜中的应用。使用时需准备1个2～5m³的搅拌罐，在搅拌状态下将适量的水、低碳硫铝酸盐、钠基膨润土、可再分散乳胶粉、白炭黑、环糊精等依次加入，充分搅拌5～10min后，得到粘稠度、流动性适宜的化学封窜剂，运动粘度在300～1000mPa.s。配制好的封窜剂须在30min内注入井下，约3h左右初凝，24h后可达到使用强度。

通过该技术的研究和应用，能彻底解决油井管外窜槽对生产的不利影响，充分发挥油井产能、提高稠油、超稠油开发效果。本发明的触变性化学封窜剂的适用范围：高轮次蒸汽吞吐、蒸汽驱后套管外汽窜井，管外窜槽引起出水的稀油、稠油井，以及其它需要分采、分注的油水井。特别是针对油水井管外窜槽，利用本发明的新型化学封窜剂对地层伤害小、施工安全性高、可大量施工且成本低廉的优点，有针对性地研究一套工艺简单、操作方便，成功率高、安全性好、适合油田实际的油水井封窜封堵工艺技术，可以改善层系开发状况、提高油田整体效益，具有很好的经济效益和社会效益。

综上所述，本发明采用富铁低碳硫铝酸盐作为化学封窜剂的主剂，添加多种辅剂复配了一种具有高度触变性的化学封窜剂。该剂具有较强的粘接性和热稳定性、耐久性好、抗裂能力突出等特点，线性膨胀率达到0.2％以上，抗压强度达到30MPa以上，抗剪切强度达到10MPa以上；通过添加分散剂、降低失水剂、触变调节剂，使封窜剂具有高触变性和抗漏失能力；同时可进一步添加高分子乳化聚合物、表面活性剂(高分子乳化聚合物及降失水剂，主要成份为可再分散乳胶粉，表面活性剂可不加)，使封窜剂具有更好的封堵性能。本发明的封窜剂，结合封窜工艺设计，能够解决管外窜槽现象对注汽井、注水井、稠油井、稀油井等生产的不利影响，对延长生产井寿命、提高采收率起到重要作用。和传统的水泥封窜相比，剪切强度可提高30％以上，体积膨胀率从负值提高到0.2％以上，并且具有了突出的触变性。上述性能使封窜成功率从50％可提高到90％以上。

具体实施方式

以下通过具体实施例详细说明本发明的技术及特点，但这些实施例并非用以限定本发明的保护范围。

实施例1

其中，所述富铁低碳硫铝酸盐购自鞍山鞍钢矿渣开发公司，其中Fe₂O₃含量10.5％，碳烧失量2.5％，粒度5.5μm；

所述钠基膨润土购自黑山县膨润土厂，膨胀倍数30倍；

所述可再分散乳胶粉由大连化工(江苏)有限公司生产，固含量98％，400μm筛余不超过2％，最低成膜温度0℃；

所述超细二氧化硅BET比表面积165m²/g；

所述环糊精为alpha-环糊精。

使用时需准备1个约5m³的搅拌罐，在搅拌状态下按比例将水、富铁低碳硫铝酸盐、钠基膨润土、可再分散乳胶粉、超细二氧化硅、环糊精等依次加入，充分搅拌5～10min后，得到粘稠度、流动性适宜的化学封窜剂，运动粘度为750mPa.s。该配方在50℃水浴中，3h可固化，120h后测抗压强度为48MPa，剪切强度为12.5MPa，线性膨胀率0.33％。

实施例2

其中，所述富铁低碳硫铝酸盐购自辽宁海城矿粉厂，其中Fe₂O₃含量9.5％，碳烧失量2％，粒度4μm；

所述钠基膨润土购自黑山县膨润土厂，膨胀倍数50倍；

所述可再分散乳胶粉由大连化工(江苏)有限公司生产，固含量98％，400μm筛余不超过2％，最低成膜温度0℃；

所述超细二氧化硅BET比表面积165m²/g；

所述环糊精为beta-环糊精。

使用时需准备1个约3m³的搅拌罐，在搅拌状态下按比例将水、富铁低碳硫铝酸盐、钠基膨润土、可再分散乳胶粉、超细二氧化硅、环糊精等依次加入，充分搅拌5～10min后，得到粘稠度、流动性适宜的化学封窜剂，运动粘度在500mPa.s。该配方在50℃水浴中，3.5h可固化，120h后测抗压强度为51MPa，剪切强度为13.2MPa，线性膨胀率0.42％。

实施例3

其中，所述富铁低碳硫铝酸盐购自辽宁海城矿粉厂，其中Fe₂O₃含量9.5％，碳烧失量2％，粒度4μm；

所述钠基膨润土购自黑山县膨润土厂，膨胀倍数50倍；

所述可再分散乳胶粉由大连化工(江苏)有限公司生产，固含量98％，400μm筛余不超过2％，最低成膜温度0℃；

所述气相二氧化硅BET比表面积260m²/g；

所述淀粉为市售玉米淀粉。

使用时需准备1个约3m³的搅拌罐，在搅拌状态下按比例将水、富铁低碳硫铝酸盐、钠基膨润土、可再分散乳胶粉、气相二氧化硅、淀粉等依次加入，充分搅拌5～10min后，得到粘稠度、流动性适宜的化学封窜剂，运动粘度在350mPa.s。采用静切力法测其触变性，Δτ值(10分钟和10秒钟的剪切应力差值)为10.5Pa，显示具有良好的触变性。该配方在50℃水浴中，3.5h可固化，120h后测抗压强度为52MPa，剪切强度为15.5MPa，线性膨胀率0.33％。

实施例4

其中，所述富铁低碳硫铝酸盐购自辽宁海城矿粉厂，其中Fe₂O₃含量9.5％，碳烧失量2％，粒度4μm；

所述钠基膨润土购自黑山县膨润土厂，膨胀倍数50倍；

所述可再分散乳胶粉由大连化工(江苏)有限公司生产，固含量98％，400μm筛余不超过2％，最低成膜温度0℃；

所述超细二氧化硅BET比表面积165m²/g；

所述氢氧化钙为化学纯试剂；

所述淀粉为市售玉米淀粉。

使用时需准备1个约3m³的搅拌罐，在搅拌状态下按比例将水、富铁低碳硫铝酸盐、钠基膨润土、可再分散乳胶粉、超细二氧化硅、淀粉、氢氧化钙等依次加入，充分搅拌5～10min后，得到粘稠度、流动性适宜的化学封窜剂，运动粘度在400mPa.s。该配方在50℃水浴中，2.0h可固化，120h后测抗压强度为58MPa，剪切强度为16.5MPa，线性膨胀率0.24％。

Claims (5)

1.一种触变性化学封窜剂，该封窜剂的原料组成包括：

其中，所述富铁低碳硫铝酸盐中Fe₂O₃含量大于8％，碳烧失量小于5％，粒度2～20μm；

所述钠基膨润土的膨胀倍数为30倍以上；

所述降失水剂为可再分散乳胶粉，要求固含量大于96％，400μm筛余不超过2％；

所述白炭黑BET比表面积大于150m²/g。

2.根据权利要求1所述的触变性化学封窜剂，其中，所述淀粉选自玉米淀粉和/或马铃薯淀粉；所述环糊精选自alpha-环糊精、beta-环糊精和/或gamma-环糊精。

3.根据权利要求1所述的触变性化学封窜剂，该封窜剂的原料组成还包括：氢氧化钙、氧化钙中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的触变性化学封窜剂，该封窜剂的线性膨胀率0.2％以上，抗压强度30MPa以上，抗剪切强度达到10MPa以上，触变反应时间为0.5～2min，触变次数大于20次。

5.权利要求1～4任一项所述的触变性化学封窜剂在油、水井的固井、封窜中的应用。