CN102453475B

CN102453475B - 一种石油钻井用堵漏剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN102453475B
Application number: CN 201010517887
Authority: CN
Inventors: 刘金华; 刘四海; 赵素丽; 石秉忠; 李胜; 江山红; 张凤英
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: 2010-10-25
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2030-10-25
Also published as: CN102453475A

Abstract

本发明公开了一种石油钻井用堵漏剂及其制备方法和应用。堵漏剂包含堵漏液A和堵漏液B，堵漏液A包含海藻酸盐、核桃壳和水，以水为100重量份计，海藻酸盐：0.5～0.8重量份，核桃壳：0～5重量份；堵漏液B包含油井水泥、纤维和水，以水为100重量份计，油井水泥：200～250重量份，纤维：0.5～1重量份；堵漏液A和堵漏液B的体积比为1∶2～1∶3。制备方法包括：a、海藻酸盐溶于水配成溶液，加入核桃壳，制得堵漏液A；b、油井水泥和水配成水泥浆，加入纤维，制得堵漏液B。本发明所述的堵漏剂可以解决裂缝、孔洞性复杂地质条件下的堵漏效果差的问题，保证裂缝和大孔洞地层的封堵效果。

Description

一种石油钻井用堵漏剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及石油钻井领域，进一步地说，是涉及一种石油钻井用堵漏剂及其制备方法和应用。

背景技术

对于裂缝和孔洞引起的井漏，主要采用桥接堵漏材料、化学堵漏材料和无机胶凝堵剂等。对于地层裂缝不明确或大的孔洞，目前主要是尝试用桥堵的方法，逐渐摸索地层情况来进行封堵漏失层，或者采用化学堵漏材料和无机胶凝堵剂封堵漏失层。

桥接堵漏是利用不同形态、尺寸的惰性材料，以不同的配方混合于泥浆中直接注入漏层的一种堵漏方法。桥接堵漏时应根据漏层的性质，选择恰当的级配和浓度，否则，在漏失通道中形不成“桥架”，或是在井壁处“封门”，使堵漏失效。因此在利用桥接堵漏方法时，如果对地层情况判断不准，往往需要调整颗粒级配，经过多次堵漏才能完全封堵住漏失层。

化学堵漏材料指的是以聚合物和聚合物-无机胶凝物质为基础的堵漏处理剂，化学堵漏材料大致可分为三种类型：一是高分子化合物堵漏剂；二是无机胶凝物质和高分子化合物混合而成的堵漏剂；三是以泥浆为基础加入各种固化剂所形成的堵漏体系。化学堵漏浆液密度较低，凝固时间调整范围大，浆液的渗滤能力较强，滤液也能固化。但化学堵漏材料普遍存在价格昂贵，施工、配制复杂，使用成本较高的缺点，因此，在一定程度上阻碍了化学堵剂的发展。

无机胶凝堵剂包括水泥、石膏、石灰等混合浆液，其中以水泥为主，其最大特点是封堵漏层后，具有很高的承压能力，但堵漏施工后扫塞留下的水泥环对后续钻井施工是个安全隐患，有可能引起卡钻等复杂情况。无机凝胶堵漏必须搞清楚漏层位置和漏层压力，经过准确计算方可保证施工质量和安全。

对于地层特性不明确的裂缝和大的孔洞引起的井漏，除了常规的桥接堵漏外，通常会采用化学堵漏材料和无机胶凝堵剂等。化学堵漏材料指的是以聚合物和聚合物-无机胶凝物质为基础的堵漏处理剂；无机胶凝堵剂包括水泥、石膏、石灰等混合浆液，以水泥为主。化学堵漏材料普遍存在价格昂贵，施工、配制复杂，使用成本较高的缺点；水泥浆作为堵漏浆有以下缺点：不容易在漏失通道滞留，常因漏入地层深处而导致堵漏失败；或者进入漏层后，水泥浆与地层水混合稀释，造成水泥浆的凝固时间增长，甚至不凝固，导致堵漏失败。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种石油用堵漏剂及其制备方法和应用。可以解决裂缝、孔洞性复杂地质条件下的堵漏效果差的问题，保证裂缝和大孔洞地层的封堵效果。

本发明的目的之一是提供一种石油钻井用堵漏剂。

包含堵漏液A和堵漏液B，

所述堵漏液A包含海藻酸盐、核桃壳和水，以水为100重量份计，海藻酸盐：0.5～0.8重量份；核桃壳：0～5重量份，优选2～4重量份；

其中核桃壳颗粒的粒径范围要小于等于所需封堵裂缝的宽度。

其中所述海藻酸盐可选用现有技术中各种海藻酸盐，优选以下物质中的至少一种：海藻酸钾、海藻酸钠。

所述堵漏液B包含油井水泥、纤维和水，以水为100重量份计，油井水泥：200～250重量份，优选200～225重量份；纤维：0.5～1重量份；优选0.5～0.8重量份。

所述堵漏液A和堵漏液B的体积比为1∶2～1∶3；优选1∶2～2∶5；

其中所述的油井水泥为现有技术中所有的油井水泥，优选G级水泥。

其中所述纤维选自现有技术中的聚丙烯纤维和聚酯纤维中的至少一种。纤维长度为3～5mm。

实际操作中，可根据需要在堵漏液A中加入其他桥接材料如：杏壳、长石等，但粒径要小于等于裂缝的宽度。

本发明的目的之二是提供一种石油钻井用的堵漏剂的制备方法。

包含以下步骤：

a、海藻酸盐溶于水配成溶液，加入核桃壳，制得堵漏液A；

b、油井水泥和水配成水泥浆，加入纤维，制得堵漏液B；

取堵漏液A和堵漏液B的体积比为1∶2～1∶3；优选1∶2～2∶5。

本发明的目的之三是提供所述堵漏剂在石油钻井中的应用。

本发明的堵漏剂尤其适用于地层特性不明确的裂缝和大的孔洞引起的井漏，

堵漏作业时，可将所述的海藻酸盐和所述油井水泥按上述方法的组分和配比，各自配成溶液，称为堵漏液A和堵漏液B。先浆海藻酸盐溶液(堵漏液A)注入地层，后注水泥浆(堵漏液B)。

现场施工中，为了避免前后两段堵漏液在未到达目的段前接触发生反应，影响施工效果或造成如堵钻杆等事故。中间要有一段隔离液，隔离液就是把前后两段工作液分隔开并不与之反应的液体，堵漏作业中类似两种液体接触发生反应来封堵漏层的通常做法是两种液体分别在钻杆和环空中注入，在出钻杆的位置接触发生反应。本发明中所用隔离液可以是现有技术中通常采用的隔离液，如钻井液，用于隔离前后两段堵漏液，并不与堵漏液发生反应。两段堵漏液在进入地层后向漏层深入渗流，波及面积变大，隔离液的作用减弱，两种堵漏液接触发生反应起到封堵漏失层的目的。

当海藻酸盐水溶液与Ca²⁺接触后，随着Ca²⁺浓度的增加，粘度快速增加，迅速生成凝胶状物质。油井水泥中含有大量的Ca²⁺，当水泥浆与海藻酸盐溶液接触时，两者立即发生反应，生成胶状物，该胶状物有一定的强度，受压后形成封堵层，起到堵漏的作用。在海藻酸盐溶液中加入一定量的核桃壳(不需要考虑粒径级配，核桃壳粒径小于等于裂缝宽度即可)，在水泥浆中加入一定的纤维，可扩大封堵裂缝的范围，提高封堵强度，从而保证堵漏效果。

堵漏液A与堵漏液B接触后反应生成的凝胶物质承压能力可达7MPa以上，只加入纤维，可直接封堵2mm宽的人造裂缝，再根据情况加入一定量的桥接材料，可封堵2-5mm宽的人造裂缝，承压能力均达到7MPa以上。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

所用油井水泥为四川嘉华的G级水泥，封堵实验所用仪器为华北油田钻井院的DLM-01A型堵漏模拟装置。

以下组成均为重量份。

海藻酸盐：工业级，粘度800，市售

纤维：聚丙烯纤维：混凝土、砂浆用，市售

聚酯纤维：沥青混凝土用，市售

其他各组分均市售而得。

实施例1：

堵漏液A：

水：100；

海藻酸盐：0.5；

堵漏液B为：

水：100；

油井水泥：200；

3mm聚酯纤维：0.5。

堵漏液A的配置方法为：把海藻酸盐加入水中搅拌15min；

堵漏液B的配置方法为：将水和油井水泥先配置水泥浆，然后加入纤维。

堵漏液A与堵漏液B按1∶2的体积比，依次加入堵漏模拟装置中(人造裂缝宽度为2mm)，缓慢加压至7MPa(该仪器最大允许压力为7MPa)，30min后压力降至6.5MPa，说明该堵漏剂承压强度可以达到7MPa。

实施例2：

堵漏液A：

水：100；

海藻酸盐：0.7；

细核桃壳：3。

堵漏液B为：

水：100；

油井水泥：220；

3mm聚丙烯纤维：0.5。

堵漏液A的配置方法为：先配置海藻酸盐水溶液，搅拌15min后加入细核桃壳；

堵漏液B的配置方法为：先配置水泥浆，然后加入纤维。

堵漏液A与堵漏液B按1∶2的体积比，依次加入堵漏模拟装置中(人造裂缝宽度为3mm)，缓慢加压至7MPa(该仪器最大允许压力为7MPa)，30min后压力降至6.8MPa，说明该堵漏剂承压强度可以达到7MPa。

实施例3：

堵漏液A：

水：100；

海藻酸盐：0.7；

中核桃壳：4。

堵漏液B为：

水：100；

油井水泥：225；

5mm聚酯纤维：0.6。

堵漏液A的配置方法为：先配置海藻酸盐水溶液，搅拌15min后加入核桃壳；

堵漏液B的配置方法为：先配置水泥浆，然后加入纤维；

堵漏液A与堵漏液B按1∶2的体积比，依次加入堵漏模拟装置中(人造裂缝宽度为4mm)，缓慢加压至7MPa(该仪器最大允许压力为7MPa)，30min后压力降至6.7MPa，说明该堵漏剂承压强度可以达到7MPa。

实施例4：

堵漏液A：

水：100；

海藻酸盐：0.8；

中粗核桃壳：5。

堵漏液B为：

水：100；

油井水泥：250；

5mm聚酯纤维：1。

堵漏液B的配置方法为：先配置水泥浆，然后加入纤维；

堵漏液A与堵漏液B按1∶2的体积比，依次加入堵漏模拟装置中(人造裂缝宽度为5mm)，缓慢加压至7MPa(该仪器最大允许压力为7MPa)，30min后压力降至6.6MPa，说明该堵漏剂承压强度可以达到7MPa。

实施例5：

堵漏液A：

水：100；

海藻酸盐：0.7；

细核桃壳：3。

堵漏液B为：

水：100；

油井水泥：220；

3mm聚酯纤维：0.6。

堵漏液B的配置方法为：先配置水泥浆，然后加入纤维。

堵漏液A与堵漏液B按1∶3的体积比，依次加入堵漏模拟装置中(人造裂缝宽度为2mm)，缓慢加压至7MPa(该仪器最大允许压力为7MPa)，30min后压力降至6.6MPa，说明该堵漏剂承压强度可以达到7MPa。

实施例6

堵漏液A：

水：100；

海藻酸盐：0.7；

中核桃壳：4。

堵漏液B为：

水：100；

油井水泥：225；

5mm聚酯纤维：0.8。

堵漏液B的配置方法为：先配置水泥浆，然后加入纤维；

堵漏液A与堵漏液B按2∶5的体积比，依次加入堵漏模拟装置中(人造裂缝宽度为4mm)，缓慢加压至7MPa(该仪器最大允许压力为7MPa)，30min后压力降至6.7MPa，说明该堵漏剂承压强度可以达到7MPa。

以上各实施例的封堵效果见表1

表1

备注：堵漏浆总量为1500mL。

堵漏浆漏失量表示封堵过程中，从开始加压到堵漏成功整个过程漏失的堵漏浆量，表征封堵层形成的时间，漏失量越多，堵漏成功所用时间越长，但如果堵漏浆全漏完，则表明堵漏失败。从表1的数据可以看出，实施例1～6的堵漏浆的漏失量很少，封堵效果好，并且承压强度大。

对比例1：

基浆：钠基膨润土7；碳酸钠(NaCO₃)：0.25；水：100。

细核桃壳：6；

细云母：3

棉籽壳：5；

花生壳：5。

把碳酸钠、钠基膨润土依次加入水中，搅拌30min，在25℃条件下静置24小时，然后把细核桃壳、细云母、棉籽壳、花生壳及锯末加入配置好的基浆中，搅拌15min，封堵2mm宽的人造裂缝，加压过程中一直有堵漏浆漏出，最高压力为2.6MPa，10min后堵漏浆全部漏完。

对比例2：

基浆：钠基膨润土7；碳酸钠(NaCO₃)：0.25；水：100。

中粗核桃壳：7；

细云母：4；

棉籽壳：6；

花生壳：6。

把碳酸钠、钠基膨润土依次加入水中，搅拌30min，在25℃条件下静置24小时，然后把中粗核桃壳、细云母、棉籽壳、花生壳及锯末加入配置好的基浆中，搅拌15min，封堵3mm宽的人造裂缝，加压过程中一直有堵漏浆漏出，最高压力为2.2MPa，8min后堵漏浆全部漏完。

对比例3：

基浆：钠基膨润土7；碳酸钠(NaCO₃)：0.25；水：100。

中粗核桃壳：6；

粗云母：2

细云母：5

棉籽壳：6；

花生壳：6。

把碳酸钠、钠基膨润土依次加入水中，搅拌30min，在25℃条件下静置24小时，然后把中粗核桃壳、细云母、棉籽壳、花生壳及锯末加入配置好的基浆中，搅拌15min，封堵4mm宽的人造裂缝，加压过程中一直有堵漏浆漏出，最高压力为1.8MPa，8min后堵漏浆全部漏完。

对比例4：

基浆：钠基膨润土7；碳酸钠(NaCO₃)：0.25；水：100。

粗核桃壳：5；

粗云母：3

细云母：6

棉籽壳：6；

花生壳：6。

把碳酸钠、钠基膨润土依次加入水中，搅拌30min，在25℃条件下静置24小时，然后把中粗核桃壳、细云母、棉籽壳、花生壳及锯末加入配置好的基浆中，搅拌15min，封堵5mm宽的人造裂缝，加压过程中一直有堵漏浆漏出，最高压力为1.5MPa，5min后堵漏浆全部漏完。

对比例的封堵效果见表2

表2

通过实施例和对比例的数据可以看出，本发明的堵漏剂的堵漏效果远远好于对比例。

Claims

1.一种石油钻井用堵漏剂，其特征在于：包含堵漏液A和堵漏液B，

所述堵漏液A包含海藻酸盐、核桃壳和水；其中以水为100重量份计，海藻酸盐：0.5～0.8重量份，核桃壳：0～5重量份；

所述堵漏液B包含油井水泥、纤维和水；其中以水为100重量份计，油井水泥：200～250重量份，纤维：0.5～1重量份，所述纤维选自聚丙烯纤维和聚酯纤维中的至少一种；纤维长度3～5mm；

所述堵漏液A和堵漏液B的体积比为1：2～1：3；

所述海藻酸盐选自以下物质中的至少一种：海藻酸钾、海藻酸钠。

2.如权利要求1所述的石油钻井用堵漏剂，其特征在于：

所述堵漏液A中以水为100重量份计，核桃壳：2～4重量份；

所述堵漏液B中以水为100重量份计，油井水泥：200～225重量份，纤维：0.5～0.8重量份。

3.如权利要求1所述的石油钻井用堵漏剂，其特征在于：

所述堵漏液A和堵漏液B的体积比为1：2～2：5。

4.如权利要求1～3之任一项所述的石油钻井用堵漏剂，其特征在于：

所述油井水泥为G级油井水泥。

5.一种制备如权利要求1～4之任一项所述的石油钻井用堵漏剂的方法，包含以下步骤：

a、按所述量将所述海藻酸盐溶于水配成溶液，加入核桃壳，制得堵漏液A;

b、按所述量将油井水泥和水配成水泥浆，加入纤维，制得堵漏液B；

按所述体积比取以上制得的堵漏液A和堵漏液B。

6.如权利要求1～4之任一项所述的石油钻井用堵漏剂在石油钻井中的应用，

包括按所述体积比取所述堵漏液A和所述堵漏液B，先将堵漏液A注入地层，加入隔离液后，注堵漏液B。