CN102337108B - 一种固井用高效抗污染隔离液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及固井技术领域一种高效抗污染隔离液及其制备方法，该隔离液由以下组分按重量比组成：100份清水，4～29份悬浮稳定剂，0.5～5份降失水剂，0.3～2份增粘剂，0.1～5份稀释剂，0～5份提粘提切剂，30～350份加重剂，1～25份pH值调节剂，0.1～0.5份消泡剂。本发明隔离液密度调节范围广，耐温范围大，抗污染能力强，对井壁界面附着物能施加有效磨蚀、刮削和携带作用，有效解决固井作业中流体顶替污染、固井界面胶结质量差等问题，适用性广，现场制备简便、可操作性强，既可采用泥浆罐设备基液法制备，亦可采用水泥车设备干混法制备。
Description
技术领域
本发明涉及用于石油固井工程前置液技术领域的一种固井用高效抗污染隔离液及其制备方法。
背景技术
固井工程的最终目的是保证固井质量，保证水泥环与套管、地层有效密封胶结，防止不同地层间的油气水相互窜通，从而保证油气井的正常开采和长期开采寿命，为生产后期酸化压裂增产改造提供便利。
固井时用水泥浆驱替钻井液，并在环空侯凝形成水泥环以支撑套管、封固地层，在这个过程中面临的复杂情况有：
(1)钻井液与水泥浆的接触污染
钻井液体系是一个组分复杂而多相的流体体系，处理剂多为大分子聚合物，与水泥浆体系是两种理化特性不同的流体，如未进行特殊的抗污染设计，一般都会呈现严重的化学不兼容现象。两种流体在井下直接接触时接触界面混浆段流体变稠、絮凝，流体流变性能恶化，流体摩阻、排量和返速等水力参数发生相应的变化，严重影响顶替效率，流体接触混浆段流体摩阻增大导致高泵压，极易压漏薄弱地层。
(2)水泥浆与二界面胶结质量差
①虚泥饼、絮凝污染物的影响。钻井液胶凝物粘附于井壁易形成虚泥饼，尤其是在下套管、测井钻井液静止时钻井液干枯、脱水、稠化滞留于井壁，不易清除；流体掺混段的絮凝物质粘附在井壁和套管壁，采用常规顶替难以将其顶替出来。粘附物在水泥浆凝固后失水收缩干裂，形成微环隙或微裂缝，造成界面与水泥环整体封固系统渗透率增大，为环空气窜埋下隐患。尤其是在井眼不规则井段(如大肚子，糖葫芦，狗腿)，混浆极易在此段滞留，导致此井段水泥环被严重破坏、层间密封不严或失效等。
②含油钻井液形成的泥饼与水泥浆亲和性差。水平井钻井过程中，在大斜度段混入柴油、原油或白油降低钻井摩阻，或采用油基钻井液或乳化钻井液，在界面粘附一层油膜，与水泥浆没有良好的亲和性，界面胶结质量低。有研究表明亲油界面与水泥环界面胶结强度几乎为零。
针对钻井液与水泥浆的接触污染，二界面胶结质量差的问题，提出在钻井液与水泥浆之间打入一种起到隔离、冲刷效果的隔离液体，也称前置液，防止两种流体的接触污染，有效冲刷、携带井壁和套管壁上的虚泥饼，为保证固井质量提供前提条件。
目前国内隔离液技术发展相对缓慢，隔离液体系的研究主要针对于某区块或油田，密度控制范围小，性能和用途范围窄，不能适应各种井况条件和现场使用的要求，不具有广泛应用性；且流变性能的调节能力和范围不满足钻井液、水泥浆顶替机理的要求以及现场的应用要求。本发明与目前的研究成果相比，抗污染能力强，能良好地兼容钻井液、水泥浆，防止接触污染，清除套管和井壁表面滞留物，改善固井表面润湿性能，同时还具有宽泛的密度适用范围，制备灵活易行，具有广泛的实用性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固井用高效抗污染隔离液，以解决固井作业中两相流体接触污染顶替效率低、水泥环胶结质量差等问题，本发明在密度1.20g/cm3-2.60g/cm3范围内性能可控，在温度40℃～140℃范围内性能稳定；具有优良的抗污染性能，稀释钻井液并有效隔离钻井液与水泥浆，防止接触污染，提高顶替效率；可对井壁虚泥饼、干枯脱水胶凝稠化钻井液等附着物有效磨蚀、刮削和驱替携带，改善固井胶结质量。
本发明的另一目的是提供该固井用高效抗污染隔离液的制备方法，该制备方法可分为干法和湿法两种，操作灵活，实用性强。
为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。
一种固井用高效抗污染隔离液，其各组分按以下重量比组成：
100份清水，
4～29份悬浮稳定剂，
0.5～5份降失水剂，
0.3～2份增粘剂，
0.1～5稀释剂，
0～5份提粘提切剂，
30～350份加重剂，
1～25份pH值调节剂，
0.1～0.5份消泡剂。
所述悬浮稳定剂为钠基膨润土、羟丙基淀粉醚或聚乙二醇。
所述降失水剂为腐殖酸钠、硝基腐殖酸钠、磺甲基腐殖酸钠或磺甲基酚醛树脂。
所述增粘剂为海泡石、羟乙基纤维素或羧甲基纤维素钠。
所述稀释剂为磺甲基五倍子酸钠、磺甲基双五倍子酸钠、铁铬木质素磺酸钠或铁铬木质素磺酸钙。
所述提粘提切剂为碳酸钠或碳酸钙。
所述加重剂为重晶石粉、钛铁矿粉或磁铁矿粉。
所述pH值调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸氢钠。
所述消泡剂为磷酸三丁酯、苯乙醇油酸酯或苯乙酸月桂醇酯。
以上物质均为市售。
本发明固井用高效抗污染隔离液的制备方法如下：
湿法制备过程：在浆杯中放入100份清水，投入4～29份悬浮稳定剂，搅拌3h；再依次投入0.5～5份降失水剂，0.3～2份增粘剂，0.1～5份稀释剂，0～5份提粘提切剂，搅拌均匀调节性能达到要求后投入30～350份加重剂至要求的密度；最后加入1～25份pH值调节剂调节隔离液pH在8～11之间，最后加入0.1～0.5份消泡剂搅拌1小时即得固井用高效抗污染隔离液。
干法制备过程：将4～29份悬浮稳定剂、0.5～5份降失水剂、0.3～2份增粘剂、0～5份提粘提切剂、30～350份加重剂按重量份比干混为混合粉料；将0.1～5份稀释剂、1～25份pH调节剂、0.1～0.5份消泡剂加入100份清水中配为隔离液基液并搅拌均匀；最后将混合粉料加入隔离液基液中，搅拌2小时即得固井用高效抗污染隔离液。
在本发明中，各组分均为重量份。
本发明与现有其他隔离液相比，具有以下优点：①隔离液密度在1.20g/cm3～2.60g/cm3范围内可以调节，能保证高压井、深井超深井井底压力平衡；②隔离液耐温范围大，在40℃～150℃温度范围内保持性能稳定；③隔离液具有良好的磨蚀、刮削和驱替携带井壁虚泥饼、干枯脱水胶凝稠化钻井液作用，改善界面胶结状态，提高界面与水泥环胶结质量，避免发生环空气窜；④隔离液流变性能灵活调控。现场应用时，按施工要求进行隔离液紊流或塞流的流变参数合理设计和固井施工参数设计，可降低水泥浆设计难度，提高顶替效率；⑤化学兼容性好，隔离液抗污染能力强，与钻井液、水泥浆、加重水泥浆掺混后流体的性能无不良变化，符合工程性能要求；⑥隔离液配制方法适应现场不同水质，用现场钻井液沉淀的污水配制的隔离液性亦能满足要求。
附图说明
图1是实施例1水泥浆∶隔离液∶钻井液＝1∶1∶1稠化曲线图
图2是实施例2水泥浆∶隔离液∶钻井液＝7∶2∶1稠化曲线图
图3是实施例3水泥浆∶隔离液∶钻井液＝1∶1∶1稠化曲线图
图4是实施例4水泥浆∶隔离液∶钻井液＝7∶2∶1稠化曲线图
本发明中，上述稠化实验涉及的钻井液和水泥浆为四川龙岗气田使用的聚磺体系钻井液和现场固井用水泥浆。
具体实施方法
下面根据附图和实施例进一步说明本发明。
一、本发明固井用高效抗污染隔离液的制备
实施例1
湿法制备过程：在浆杯中放入100份清水，投入8份钠基膨润土，搅拌3h；再依次投入0.65份腐植酸钠、0.6份羟乙基纤维素、0.5份磺甲基五倍子酸钠，0.1份碳酸钠，搅拌均匀调节性能达到要求后投入80份重晶石粉，至要求的密度；最后加入15份氢氧化钠调节液体pH在8～11之间，最后加入0.1份磷酸三丁酯搅拌1小时即得密度1.3g/cm3固井用高效抗污染隔离液。
实施例2
湿法制备过程：在浆杯中放入100份清水，投入15份聚乙二醇，搅拌3h；再依次投入3份磺甲基腐植酸钠、1份羧甲基纤维素钠、2份铁铬木质素磺酸钠，5份碳酸钙，搅拌均匀调节性能达到要求后投入30份钛铁矿粉，至要求的密度；最后加入10份氢氧化钾调节隔离液pH在8～11之间，最后加入0.3份苯乙醇油酸酯搅拌1小时即得密度1.8g/cm3固井用高效抗污染隔离液。
实施例3
干法制备过程：将28份羟丙基淀粉醚、4份磺甲基酚醛树脂、2份海泡石、0.5份碳酸钠、240份磁铁矿粉按重量份比干混为混合粉料；将5份磺甲基双五倍子酸钠、12份碳酸氢钠、0.2份苯乙酸月桂醇酯加入100份清水中配为隔离液基液并搅拌均匀；最后将混合粉料加入隔离液基液中，搅拌2小时即得密度2.1g/cm3固井用高效抗污染隔离液。
实施例4
干法制备过程：将15份钠基膨润土、3份硝基腐殖酸钠、1份羟乙基纤维素、2份碳酸钙、330份钛铁矿粉按重量份比干混为混合粉料；将0.5份铁铬木质素磺酸钙、18份氢氧化钠、0.1份磷酸三丁酯加入100份清水中配为隔离液基液并搅拌均匀；最后将混合粉料加入隔离液基液中，搅拌2小时即得密度2.4g/cm3固井用高效抗污染隔离液。
二、本发明固井用高效抗污染隔离液的性能测试
悬浮稳定性测试是在500mL量筒中倒入500mL配置好的隔离液，在试验温度下静止4h测定上下密度差和析水。实验结果见表1，隔离液体系具有良好的悬浮稳定性，4h上下密度差小于0.04g/cm3，析水小于1％。
流变性能采用范式六速旋转粘度计测定，实验结果见表2，随温度变化隔离液流变参数n在0.6-0.8，k小于1.0，流变性能良好。
隔离液与钻井液、水泥浆相容性评价参照API规范10测定。实施例1隔离液与钻井液(密度为1.25g/cm3)、水泥浆(密度为1.40g/cm3)相容性实验温度为60℃；实施例2隔离液与钻井液(密度为1.70g/cm3)、水泥浆(密度为1.90g/cm3)相容性实验温度为80℃；实施例3隔离液与钻井液(密度为2.00g/cm3)、加重水泥浆(密度为2.15g/cm3)相容性实验温度为100℃；实施例4隔离液与钻井液(密度为2.33g/cm3)、加重水泥浆(密度为2.45g/cm3)相容性实验温度为120℃。实验结果见表3，隔离液与钻井液、水泥浆具有良好的化学相容性。
隔离液对水泥浆体系(水泥浆比重与相容性实验中一致)API滤失量影响小，对水泥浆稠化时间无不良影响，满足固井施工要求，见表4-表7。
表1隔离液的稳定性
表2隔离液的流变性
表3隔离液与钻井液、水泥浆的相容性
表4实施例1隔离液对水泥浆API滤失量影响
表5实施例2隔离液对水泥浆API滤失量影响
表6实施例3隔离液对水泥浆API滤失量影响
表7实施例4隔离液对水泥浆API滤失量影响
图1-4分别是实施例1-4所制备的隔离液与钻井液的稠化曲线图，从图中可以看出，该隔离液密度可调，耐高温性优良，抗污染能力强，化学兼容性好，与钻井液、水泥浆、加重水泥浆掺混后流体的性能无不良变化，符合固井工程性能要求。
Claims (3)
1.一种固井用高效抗污染隔离液，其特征在于，所述隔离液由以下各组分按重量比组成：100份清水，4～29份悬浮稳定剂，0.5～5份降失水剂，0.3～2份增粘剂，0.1～5份稀释剂，0～5份提粘提切剂，30～350份加重剂，1～25份pH值调节剂，0.1～0.5份消泡剂；所述悬浮稳定剂为钠基膨润土、羟丙基淀粉醚或聚乙二醇，所述降失水剂为腐殖酸钠、硝基腐殖酸钠、磺甲基腐殖酸钠或磺甲基酚醛树脂，所述增粘剂为海泡石、羟乙基纤维素或羧甲基纤维素钠，所述稀释剂为磺甲基五倍子酸钠、磺甲基双五倍子酸钠、铁铬木质素磺酸钠或铁铬木质素磺酸钙，所述提粘提切剂为碳酸钠或碳酸钙，所述加重剂为重晶石粉、钛铁矿粉或磁铁矿粉，所述pH值调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸氢钠，所述消泡剂为磷酸三丁酯、苯乙醇油酸酯或苯乙酸月桂醇酯。
2.如权利要求1所述的隔离液的制备方法，其特征在于，湿法制备步骤如下：在100份清水中，投入4～29份悬浮稳定剂，搅拌3h；再依次投入0.5～5份降失水剂，0.3～2份增粘剂，0.1～5份稀释剂，0～5份提粘提切剂，搅拌均匀后投入30～350份加重剂至要求的密度；最后加入1～25份pH值调节剂使隔离液pH值在8～11，最后加入0.1～0.5份消泡剂搅拌1小时即得固井用高效抗污染隔离液。
3.如权利要求1所述的隔离液的制备方法，其特征在于，干法制备步骤如下：将4～29份悬浮稳定剂、0.5～5份降失水剂、0.3～2份增粘剂、0～5份提粘提切剂、30～350份加重剂按重量份比干混为混合粉料；将0.1～5份稀释剂、1～25份pH调节剂、0.1～0.5份消泡剂加入100份清水中配制为隔离液基液并搅拌均匀；最后将混合粉料加入隔离液基液中，搅拌2小时即得固井用高效抗污染隔离液。
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