CN102516959A - 一种磁流变隔离液及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁流变隔离液，其是在常规隔离液的基础上加入一种可磁化物质，在无外加磁场的情况下，该隔离液的流变性基本不发生变化，当隔离液顶替钻井液进入到井径扩大井段，对隔离液施加一定强度的磁场，该隔离液的黏度会迅速增大(即磁致黏效应)，从而可以大幅提高井径扩大井段的顶替效率，达到提高固井质量的目的。

Description

一种磁流变隔离液及其应用

技术领域

本申请涉及一种用于钻井固井中的隔离液。

背景技术

石油钻井过程中经常发生井壁不稳定现象。井壁不稳定往往造成井眼直径的扩大，在一些特殊复杂地层，甚至出现糖葫芦或锯齿状井壁。为防止井壁坍塌和更好的开发油气储层，需要在钻至目的层后下入套管，并在套管与井壁的环形空间内注入水泥浆，将套管和地层固结在一起，以增强套管对井壁的支撑作用。随着世界石油的勘探、开发以及需求量的不断增加，需要向更广泛地区和更深地层钻井。为提高水泥浆的固结质量，防止水泥浆和钻井液之间的相互污染，往往在注水泥浆顶替钻井液之前，先注入一段液体，将钻井液和水泥浆隔离开来，并提高对钻井液的顶替效率，该段流体一般称之为隔离液。隔离液对钻井液的顶替效率取决于隔离液的密度、黏度以及井眼质量。在新的区域和更深地层钻井，对地层的熟悉程度降低，钻井遇到的地层也就会更加复杂多变，而目前的隔离液顶替效率低，固井质量差，因此，在钻井过程中也就更加容易出现井壁坍塌的现象。井壁的坍塌不仅会给钻井过程造成影响，也会极大的影响到固井过程和固井的质量，不能满足在复杂环境下更广泛地区和更深地层钻井的实际需要。

发明内容

基于现有技术的缺陷，本发明提出了一种磁流变隔离液，可以有效解决由于井壁不稳定造成井眼扩大时顶替效率低、固井质量差的技术问题。

隔离液对钻井液的顶替效率取决于隔离液的密度、黏度以及井眼质量，而磁流变液具有在磁场作用下，黏度增大，磁场消失黏度恢复的特性。因此，若将二者结合，研制一种磁流变隔离液，则可以在井径扩大井段施加一定强度的磁场，增加隔离液的黏度，提高隔离液对钻井液的顶替效率，达到提高固井质量的目的。

本发明是在常规隔离液的基础上加入一种可磁化物质，在无外加磁场的情况下，该隔离液的流变性基本不发生变化，当隔离液顶替钻井液进入到井径扩大井段，对隔离液施加一定强度的磁场，该隔离液的黏度会迅速增大(即磁致黏效应)，从而可以大幅提高井径扩大井段的顶替效率，达到提高固井质量的目的。

具体实施方式

以下通过具体实施方式来详细说明本发明。本实施方式主要包括以下几个方面：

(1)易磁化颗粒的选择。以纯铁粉、羰基铁粉、铁合金或钛铁矿、铁矿石等磁性颗粒为主。从成本和密度角度出发，可选择钛铁矿粉和铁矿粉颗粒。也可以根据其在一定磁场条件下的黏度、剪切应力等流变学特性进行优选，其中密度和黏度应介于钻井液和水泥浆之间，太低不利于对钻井液的驱替，太高则可能造成憋泵或压漏地层等事故复杂。因此，其黏度一般在30-200s，可调。隔离液可选择为现有技术中已有的常规隔离液。

常规隔离液可以是：1、抗高温抗盐隔离液，由以下各组分按重量份配比组成：降滤失剂0.85～1.80份，悬浮稳定剂0.43～0.90份，流性调节剂0.21～0.45份，密度调节剂45～355份，NaCl 0～36份，清水100份，在本发明中，悬浮稳定剂为聚阴离子纤维素或黄原胶；降滤失剂为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸或磺甲基褐煤；流性调节剂为磺甲基丹宁或磺甲基酮醛树脂；密度调节剂为重晶石粉或铁矿粉。以上物质均为市售。

当不含NaCl时，本发明为淡水抗盐隔离液。当含有NaCl时，本发明为盐水隔离液。

2、饱和盐水隔离液：在配制的100份淡水中，依次加入NaCl36份，降滤失剂0.85～1.80份，悬浮稳定剂0.43～0.90份，流性调节剂0.21～0.45份，在低速下搅拌40min至原料均匀分布在清水中；然后加入密度调节剂45～355份，在低速下搅拌20min至均匀分散，饱和盐水隔离液即配制完成。

3、高密度冲洗隔离液，各成分及配比按重量份如下：羧甲基纤维素1.0～1.5份，醋酸铝2.0～2.5份，丙酮1.8～2.0份，烷基醇酰胺0.5～1.0份，重晶石30～170份。

在本发明中，各组分均为重量份。

(2)将可磁化颗粒加入隔离液中。其中可磁化颗粒在隔离液中的加量取决于两个因素，一是隔离液的密度，隔离液的密度一般介于钻井液和水泥浆之间，比钻井液略大而略低于水泥浆，以便于提高对钻井液的顶替效率又可以被水泥浆顶替。易磁化颗粒一般都是密度比较大的颗粒，易磁化颗粒的加入必然引起隔离液密度的增加，因此其加量首先受到密度的限制。二是隔离液的流变性，黏度不宜太高，特别是在磁场作用下，在井眼扩大井段，隔离液黏度的提高有利于提高对钻井液的顶替效率提高固井质量，但过高的黏度也易造成泵压过高、憋漏地层等复杂情况。易磁化颗粒的加量也决定了隔离液对磁场的反应。

因此，易磁化颗粒的加量在隔离液重量的50％以下，可调。

(3)通过将以上步骤获得具有可磁化颗粒的隔离液应用于钻井中，隔离液被局限于套管和井壁之间的环形空间，通过向环形空间施加适用于套管固井的圆柱形电磁场，使得隔离液在磁场的作用下，由于磁致黏效应，迅速增大隔离液的黏度，从而可以大幅提高井径扩大井段的顶替效率，达到提高固井质量的目的。根据不同应用环境中隔离液黏度的大小需要，可以通过调整磁场强度来调整隔离液的黏度。磁场强度增大，隔离液的黏度也增大。

目前国内外尚没有开展磁流变隔离液的研究，也没有可磁化颗粒的选择及其加量、井下电磁场施加以及磁场强度对固井质量影响的研究。本发明解决了隔离液在井下流变特性不变、在特殊复杂井段难以提高对钻井液的顶替效率，也就无法解决该井段固井质量差的问题。为进一步推进我国石油钻井向更深地层、更广区域的发展，提高固井质量提供了一种技术保障。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种磁流变隔离液，其特征在于：在常规隔离液中加入可磁化物质。

2.根据权利要求1所述的磁流变隔离液，其中，可磁化物质选择为以下物质中一种或几种：纯铁粉、羰基铁粉、铁合金或钛铁矿、铁矿石磁性颗粒。

3.根据权利要求1或2所述的磁流变隔离液，其中，可磁化物质在隔离液中的重量为50％以下。

4.根据权利要求3的磁流变隔离液，其中，磁流变隔离液的粘度在30-200s之间。

5.如权利要求1-4之一所述的磁流变隔离液在钻井中的应用。

6.如权利要求5所述的磁流变隔离液在钻井中的应用，其中包括以下步骤：将磁流变隔离液被局限于套管和井壁之间的环形空间，向环形空间施加适用于套管固井的圆柱形电磁场。