CN102382632A

CN102382632A - 一种防止堵漏材料被地层水稀释的预处理剂及其制法和应用

Info

Publication number: CN102382632A
Application number: CN2010102714351A
Authority: CN
Inventors: 赵素丽; 刘金华; 刘四海; 李胜; 任立伟; 王显光
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2030-09-03
Also published as: CN102382632B

Abstract

本发明为一种防止堵漏材料被地层水稀释的预处理剂及其制法和应用。预处理剂的基本组成组分包括：海藻酸盐：50-100，优选85；聚阴离子纤维素：0-20，优选13；硅酸钠：0-2，优选2。该处理剂尤其适用于钙、镁离子含量丰富的含水漏失层，当防水冲稀预处理剂与地层水中的钙、镁离子接触后粘度会迅速升高，从而避免了堵漏浆还未发挥作用便被冲稀或漏入地层深部；当地层不含钙、镁离子时，可通过配伍钙剂和缓凝剂联合使用；当防水冲稀预处理剂配伍水泥浆使用时，由于水泥浆里含有大量钙离子，与防水冲稀预处理剂接触后可迅速生成软性堵漏塞，对漏失通道进行预封堵，从而解决水泥浆易被水冲稀或在漏失通道中停不住的难题，提高水泥浆的堵漏效果。

Description

一种防止堵漏材料被地层水稀释的预处理剂及其制法和应用

技术领域

本发明属于石油钻井领域，特别是涉及钻井过程中的一种防止堵漏材料被地层水稀释的堵漏用处理剂及其制法和应用。

背景技术

在裂缝、溶洞发育和高孔隙度的地层中钻井时，钻井液会向地层中漏失。在这些漏层中，许多漏层本身又是含水层，或与地下水层连通。当井内液体压力大于水层压力时，即发生井漏。井内形成的液面，是液柱压力与地层流体压力平衡的结果。由于有的漏层与地下潜流或暗河连通，地下水十分活跃，所发生的井漏漏速快、漏失量大，往往很难处理。因为堵漏浆液一般为水基体系，当体系与地层水相混时，必然将堵漏剂冲稀，则带来两个直接结果：(1)冲稀使堵漏浆粘度下降，容易流走，堵漏材料难以滞留堆集在漏层内的入口附近；(2)堵漏液冲稀后，难以凝结固化，或凝结强度大大降低，难以支撑泥浆的破坏作用，从而使堵漏失败。

因此要在地层水存在条件下取得堵漏成功，必须具备以下条件：①堵漏材料不被流动的地下水所稀释、冲散或者被水携带而流失；②堵漏材料必须能在漏失通道中建立起牢固的能承受正反压力的封隔层。

目前，对于有流动水的漏层，堵漏方法主要有以下几种：

1、连续灌液堵漏法。这种方法要求压井堵漏同步进行，先注入一定量的堵剂压住水，然后大排量连续不断的注入桥浆、重晶石、水泥等堵漏浆液。注入时要保持一定的灌注压力，将流动的地下水推向地层深处，远离井壁周围，使其不能返回井眼附近冲蚀堵剂，以便堵漏浆液凝固，形成牢固的堵塞隔墙。这种方法处理水层漏失效果明显，但堵漏材料耗油量大，成本高。

2、快速凝固堵漏法。这种方法就是注入井内的堵漏浆能在还未被地下水破坏或者大部分未被破坏的很短时间内初凝或固结。采用的处理剂有聚合物堵漏、速凝水泥堵漏以及硅酸盐类等。这种方法要求主体材料和固化剂在井口或井内漏层位置混合，并根据需要控制其凝固时间。为了实现主体材料和固化剂的有效混合，一般采用三种灌注工艺：①井下注液法。将特制的灌注器下至漏层位置，通过液压将主体材料和固化剂同时挤出，使其在井下混合，或主体材料灌入井内，固化剂通过灌注器挤入井内同主体材料混合。②双管注液法。将钻杆下至漏层顶部，主体材料从环空注入，固化剂从钻杆内注入，使其在井下漏层处混合。③井口混合注液法。将两条输液管线连接在井口，同时注入主体材料和固化剂，使其在井口混合后受压力作用往下推。由于从井口到漏层位置的距离较长，需要控制较长的反应时间，如果浆液过早凝固，则有可能导致施工事故，把钻杆固化，造成实心钻杆；如果浆液到达漏层位置尚不凝固，浆液就有可能遭到地下水的破坏。总之，采用这种方法所进行的堵漏需要控制反应时间，确保两种材料到达漏层部位及时凝固，这样才能起到封堵漏层的作用。

3、段塞式隔水堵漏法。就是用化学凝胶堵剂进行堵漏的方法。化学凝胶堵剂是一种疏水聚合物，分子链上含有少量的疏水基团，当疏水缔合聚合物溶于水时，由于疏水基团之间的缔合作用而形成超分子聚集体，从而形成可逆的网络结构，溶液粘度显著提高。网络结构形成后由于疏水基团的存在，分子本身的内聚力强于与水的作用力，因此水很难把它冲稀，化学凝胶配合水泥浆使用，用于水泥浆之前的驱水，它具有防止水泥浆和泥浆混浆、避免地下水对水泥浆稀释、预先堵塞漏失通道三方面的作用。采用化学凝胶-水泥浆段塞式复合堵漏，是目前处理水层漏失的有效手段之一。但这种凝胶主要是靠分子间形成的强结构进行驱水的，使用时必须配制成很高的粘度，另外这种凝胶在钙、镁离子存在条件下，粘度会明显下降，影响驱水效果。

发明内容

本发明的目的就是在裂缝、溶洞发育和高孔隙度的地层中钻井发生漏失时，由于这些漏失层常常含地层水或与地下水连通，造成堵漏剂被地下水稀释而影响堵漏效果。处理水层漏失问题采用的几种方法中，连续灌浆法使用的堵漏剂量大、成本高；快速凝固堵漏法凝固时间不好把握、并且需要特定的工具，操作程序较为复杂；段塞式隔水堵漏法中化学凝胶不与水泥浆反应，只能靠凝胶与漏层岩石的作用来减缓水泥浆进入漏失带深部地层的速度，影响堵漏的成功率。本发明的目的就是为了解决堵漏剂被地层水稀释造成浓度下降而影响堵漏效果的问题。

本发明之一的防止堵漏材料被地层水稀释的预处理剂，按重量比计，所述的预处理剂的基本组成组分包括：

海藻酸盐：50-100，优选85；

聚阴离子纤维素：0-20，优选13；

硅酸钠：0-2，优选2。

所述的海藻酸盐选自下列海藻酸盐及其衍生物：海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸铵、海藻酸钠-海藻酸钙复盐、海藻酸铵-海藻酸钙复盐。

在具体实施中：

所述的预处理剂组分中还可以包括钙剂和缓凝剂磷酸盐；按其与基本组成的重量百分比计，

所述的钙剂所为(0～0.5)∶100；

所述的缓凝剂磷酸盐为(0-0.2)∶100；其中，

所述的钙剂优选自氯化钙、碳酸钙、硫酸钙、氢氧化钙或磷酸氢二钙；所述的磷酸盐优选自磷酸钠、偏磷酸钠、焦磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸钾、焦磷酸钾、聚偏磷酸钾。

另外，

所述的预处理剂组分中还可以包括水泥浆；

所述的水泥浆所用水泥为嘉华水泥，所述的水泥的水灰重量比为0.3-0.6；

所述的预处理剂与水泥浆的体积比为1∶2。

本发明之二是防止堵漏材料被地层水稀释的预处理剂的制备方法，该方法是：

将全面所述的预处理剂组分按所述的重量比混合均匀后即成。

本发明之三是防止堵漏材料被地层水稀释的预处理剂在防止堵漏材料被地层水稀释中的应用。

在具体实施中

(1)对于钙、镁离子含量丰富的地层，所述预处理剂的基本组成可以直接使用或加入到常规桥堵配方中使用；

(2)对于地层水中的钙、镁离子含量较低的地层，所述预处理剂还可以包括钙剂、缓凝剂磷酸盐；

(3)对于出现大漏、失返、漏速几十方/小时以上的裂缝性、溶洞性、破碎性地层，或者用桥塞堵漏、随钻堵漏等方法无法解决的漏失问题的地层，所述预处理剂还可以包括水泥浆。

本发明的防止堵漏材料被地层水稀释的防水冲稀预处理剂的突出特点是：

它在地面配置时粘度低，流动性好，但遇到地层水后粘度迅速上升，从而防止堵漏材料还没有发挥作用便被冲稀。

防水冲稀预处理剂主要成分为一种海藻酸盐，并配伍其他几种高聚物及纤维类组分如聚阴离子纤维素而成。海藻酸盐水溶性好，它有三个主要特性：①溶液的粘度随酸碱度的变化而变化，在酸性条件下，海藻酸盐溶液的粘度随PH值的降低而升高；当PH值大于6.7时防水冲稀预处理剂溶液的粘度基本保持不变；②遇钙、镁离子后粘度迅速变大，海藻酸盐遇到钙离子后生成不溶于水的网状结构，从而使粘度变大，钙离子在其中起交连作用。如果海藻酸盐浓度和钙离子浓度足够，整个体系可形成不可逆的凝胶结构；③剪切稀释性好，海藻酸盐溶液具有一般聚合物共有的特征，具有显著的剪切稀释特征，当浆体缓慢流动或静止时粘度上升很快，但在高速搅拌下能维持好的流变性。

因为地层一般呈弱酸性并含有钙、镁离子，这两个特点都会使海藻酸盐溶液粘度升高，因此可以利用它的这个性质来进行辅助堵漏。尤其适用于钙、镁离子含量丰富的地层中，如果地层不含钙、镁离子，则须配伍钙处理剂和缓凝剂一起使用。防水冲稀处理剂防水冲稀预处理剂成分为50～100％海藻酸盐，0～13％聚阴离子纤维素，0～2％硅酸钠，其中聚阴离子纤维素和硅酸钠的作用主要是提高海藻酸盐的作用效果。

因此，本发明的防止堵漏材料被地层水稀释的预处理剂的使用方法突出效果可以体现在以下几个方面：

(1)直接使用或加入到常规桥堵配方中使用

适用于钙、镁离子含量丰富的地层。体系在泵送时可保持好的流变性，进入地层后随着与地层水接触，由于PH变化，钙、镁离子含量增高，而逐渐变粘稠最后成粘弹性很强的冻胶状，失去流动性，避免了堵漏浆还未发挥作用便被冲稀或漏入地层深部。

(2)与钙、缓凝剂配合使用

当地层水中的钙、镁离子含量较低时，可加入一定量的硫酸钙、氢氧化钙或磷酸氢二钙等，用以提供一定量的钙离子。随钙离子加量增多，浆体的结构变强，粘度变大，甚至成凝胶。可以通过加入适量缓凝剂磷酸盐来延缓钙和防水冲稀处理剂作用，控制凝胶形成时间，加入适量的膨润土、硅酸盐或水泥能够提高凝胶的强度和韧性。

(3)与水泥浆配合使用

当防水冲稀预处理剂配合水泥浆使用时，用于添加到隔离液中，由于防水冲稀预处理剂先漏入地层，而随后进入地层的水泥浆滤液里含有大量的钙离子，遇到防水冲稀预处理剂时粘度逐渐变大，可阻止水泥浆还没有稠化前被水冲稀或漏入地层。该方法可用来对付大漏、失返、返出量较小(漏速几十方/小时以上)的裂缝性、溶洞性、破碎性地层，或者用桥塞堵漏、随钻堵漏等方法无法解决的漏失问题。

附图说明

图1PH值对防水冲稀预处理剂溶液粘度的影响

图2钙离子浓度对防水冲稀预处理剂溶液粘度的影响

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实验一：防水冲稀预处理剂溶液当PH降低时粘度变大

配置0.3％的防水冲稀预处理剂溶液，分别用稀酸和稀碱调节其PH值，在6r/min下测定不同PH时的粘度变化，结果表明防水冲稀预处理剂溶液的粘度随酸碱度的变化而变化：在酸性条件下，防水冲稀预处理剂溶液的粘度随PH值的降低而升高；当PH值大于6.7时防水冲稀预处理剂溶液的粘度基本保持不变。

实验二：防水冲稀预处理剂溶液遇钙离子粘度变大

防水冲稀预处理剂遇到钙离子后生成不溶于水的网状结构，从而使粘度变大，如果防水冲稀预处理剂浓度和钙离子浓度足够，整个体系可形成凝胶结构，可以通过磷酸盐来控制凝胶形成的时间(见表1)。

表1 防水冲稀预处理剂与钙反应凝胶时间调整

配方	温度	成胶时间(h)
			1％防水冲稀预处理剂+0.5％CaCl₂	18℃	0.1
1％防水冲稀预处理剂+0.3％Ca₂SO₄	18℃	3
			1％防水冲稀预处理剂+0.5％Ca₂SO₄	18℃	2.5
1％防水冲稀预处理剂+0.5％Ca₂8O₄+0.2％磷酸盐	18℃	4
			1％防水冲稀预处理剂+0.5％Ca₂SO₄+0.5％磷酸盐	18℃	6
1％防水冲稀预处理剂+0.5％Ca₂SO₄	60℃	2.3
			1％防水冲稀预处理剂+0.5％Ca₂SO₄+0.1％磷酸盐	60℃	4

实验三：防水冲稀预处理剂防水冲稀效果评价

利用FA砂床进行评价，验证其应用效果。选用10-20目砂，用2％CaCl₂溶液浸泡后装入砂床，倒入1％防水冲稀预处理剂溶液，溶液性能：AV 69.5PV 41YP 28.5。逐渐加压使防水冲稀预处理剂溶液漏过砂床，结果发现从砂床出来的液体已经变成粘度很高的糊糊状。把砂床卸下来后观察防水冲稀预处理剂对沙砾的胶结情况，发现砂床整体被防水冲稀预处理剂胶结在一起，结构明显变强，因此防水冲稀预处理剂还可以提高破碎地层的胶结能力。

附图1：配置0.3％的防水冲稀预处理剂溶液，分别用稀酸和稀碱调节其PH值，在6r/min下测定不同PH时的粘度变化。结果表明，防水冲稀预处理剂溶液的粘度随酸碱度的变化而变化：在酸性条件下，防水冲稀预处理剂溶液的粘度随PH值的降低而升高；当PH值大于6.7时防水冲稀预处理剂溶液的粘度基本保持不变。

附图2：在0.5％防水冲稀预处理剂溶液中加入一定量的CaCl₂溶液，观察粘度变化情况，遇到钙离子后生成不溶于水的网状结构，从而使粘度变大。并且当CaCl₂浓度达0.25％时，整个体系可形成凝胶结构。

选用10-20目砂，用2％CaCl₂溶液浸泡后装入砂床，倒入1％防水冲稀预处理剂溶液，溶液性能：AV 69.5PV 41YP 28.5。逐渐加压使防水冲稀预处理剂溶液漏过砂床，结果发现从砂床出来的液体已经变成粘度很高的糊糊状。把砂床卸下来后观察防水冲稀预处理剂对沙砾的胶结情况，发现砂床整体被防水冲稀预处理剂胶结在一起，结构明显变强，因此防水冲稀预处理剂还可以提高破碎地层的胶结能力。

实施例：

实施例1：

(1)将80％海藻酸盐，18％山东一腾化工有限公司生产的聚阴离子纤维素，2％硅酸钠混合，混合均匀后即成防水冲稀堵漏剂防水冲稀预处理剂；

(2)配制500ml防水冲稀预处理剂加量为0.5～1％(体积比)的水溶液，搅拌，使之成为均匀溶液；

(3)配制500ml 0.3％的CaCl₂溶液，搅拌均匀。

(4)将500ml CaCl₂溶液倒入500mL防水冲稀预处理剂水溶液中，搅拌均匀后静止10min即成不可流动的凝胶。

实施例2：

(1)将85％海藻酸盐，13％聚阴离子纤维素，2％硅酸钠混合，混合均匀后即成防水冲稀堵漏剂防水冲稀预处理剂；

(3)取500ml水，加入1000g油井水泥，搅拌均匀；

(4)使用DL-2型堵漏仪器实验防水冲稀预处理剂溶液和水泥浆混合后作用效果，实验前先关闭堵漏浆的出口阀门，依次倒入防水冲稀预处理剂溶液、水泥浆，然后打开出口阀门，加压使流体通过，实验发现这种工艺能够很容易的对2mm的裂缝进行封堵，承压能力达7MPa，对于2mm以上的裂缝，可以在防水冲稀预处理剂溶液中加入3％直径超过裂缝宽度的大颗粒桥塞材料，承压能力达7MPa。

实施例3：防水冲稀预处理剂现场实验

韩5-094井是鄂尔多斯稳定地块东南缘的一口煤层气开发井，设计井深751m，目的层是山西组3^#煤层、太原组5^#煤层和11^#煤层。

该井二开钻至605m时发生井漏，钻井液密度1.06g/cm³。该处井漏后共进行了9次堵漏施工，消耗堵漏浆二百多方，消耗水泥近30吨，但未见明显效果，仍然是失返性漏失，严重影响了钻井进度。

经分析，漏失是由于裂缝引起的，后来采用防水冲稀预处理剂溶液并配合水泥浆使用的方法进行现场堵漏。堵漏工艺是(1)在漏层5-10m处注入浓度为1％的防水冲稀预处理剂溶液2m³；(2)注入现场用钻井液0.2m³；(3)用水泥车注入水灰比为0.5的水泥浆2m³；(4)替浆5m³；(5)提钻至安全位置，静止2-3小时；(6)通井、扫塞、循环，检验堵漏效果。堵漏液打入地层后，经过3个小时的静止，下钻按正常排量16L/S循环正常，满足了继续钻进的要求，现场堵漏成功。

Claims

1.一种防止堵漏材料被地层水稀释的预处理剂，其特征在于按重量比计，所述的预处理剂的基本组成组分包括：

海藻酸盐：50-100，聚阴离子纤维素：0-20，硅酸钠：0-2。

2.如权利要求1的防止堵漏材料被地层水稀释的预处理剂，其特征在于按重量比计，所述的预处理剂的基本组成组分包括：

海藻酸盐：85，聚阴离子纤维素：13，硅酸钠：2。

3.如权利要求2的防止堵漏材料被地层水稀释的预处理剂，其特征在于：

4.如权利要求3的防止堵漏材料被地层水稀释的预处理剂，其特征在于：

所述的预处理剂组分中还包括钙剂和缓凝剂磷酸盐；按其与基本组成的重量百分比计：

所述的钙剂所为(0～0.5)∶100；

所述的缓凝剂磷酸盐为(0-0.2)∶100。

5.如权利要求4的防止堵漏材料被地层水稀释的预处理剂，其特征在于：

所述的钙剂选自氯化钙、碳酸钙、硫酸钙、氢氧化钙或磷酸氢二钙；

所述的磷酸盐选自磷酸钠、偏磷酸钠、焦磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸钾、焦磷酸钾、聚偏磷酸钾。

6.如权利要求5的防止堵漏材料被地层水稀释的预处理剂，其特征在于：

所述的预处理剂组分中还包括水泥浆；

所述的预处理剂与水泥浆的体积比为1∶2。

7.如权利要求1～6之一的防止堵漏材料被地层水稀释的预处理剂的制备方法，其特征在于：

所述的预处理剂组分按所述的重量比混合均匀后即成。

8.如权利要求1～6之一的预处理剂在防止堵漏材料被地层水稀释中的应用。

9.如权利要求8的预处理剂在防止堵漏材料被地层水稀释中的应用，其特征在于：

(1)对于钙、镁离子含量丰富的地层，所述预处理剂的基本组成直接使用或加入到常规桥堵配方中使用；

(2)对于地层水中的钙、镁离子含量较低的地层，所述预处理剂包括钙剂、缓凝剂磷酸盐；

(3)对于出现大漏、失返、漏速几十方/小时以上的裂缝性、溶洞性、破碎性地层，或者用桥塞堵漏、随钻堵漏等方法无法解决的漏失问题的地层，所述预处理剂包括水泥浆。