CN102660240B - 多温度段mtc固井液及其配制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油气井用固井液技术领域，是一种多温度段MTC固井液及其配制方法；该多温度段MTC固井液：按重量份数含有矿渣粉100份；钻井液50份；激活剂1份至12份；激活辅剂0.5份至7份；分散剂0.05份至0.5份；水75份至85份。本发明通过激活剂和激活辅剂的双重作用，实现矿渣粉在短时间内即可充分完全水化，从而避免了对矿渣粉的特殊要求，简化了制备工艺，具有水化稳定性好、强度大和抵御腐蚀性地层流体侵入的特点，提高了其固化体耐地层水腐蚀的能力，改善了其后期生产过程中的长期密封性能，适用于中温和低温范围内的完井施工作业，在低温浅层易漏易窜井的完井施工作业中效果更好。
Description
技术领域
本发明涉及油气井用固井液技术领域，是一种多温度段MTC固井液及其配制方法。
背景技术
所谓MTC技术，也称泥浆转化水泥浆技术，就是在已经经过处理的钻井液中加入可固化的凝胶材料、使不可固化的钻井液转变为可固化的、能用于油气井固井的“类水泥浆”的技术。用该技术对钻井液进行处理所得到的“类水泥浆”就是MTC固井液。用MTC固井液进行固井的技术，就是泥浆转化水泥浆固井技术。
与常规油井水泥浆相比，MTC可利用钻井液中的降失水材料控制体系的稳定性而降低体系的成本；与常规油井水泥浆固井技术相比，MTC固井技术可利用MTC固井液与钻井液相容（接触混浆不稠化）的特点提高MTC对钻井液的顶替效率、提高MTC对地层和套管的界面胶结质量，同时，用部分钻井液做配浆材料可减少废弃钻井液对环境的污染，因此，自上世纪90年代以来，该技术在国内外都重新受到重视，并得到了较快的发展。但是，常规MTC对选用的矿渣的比表面积都有特殊的要求，从而增加了对矿渣加工工艺的难度要求，进而限制了MTC固井工艺技术的推广应用。另一方面，常规MTC固井适用的温度范围只是局限在中温范围内（35℃至80℃），限制了其在浅层井的应用，即低温范围内（5℃至35℃）的应用。
发明内容
本发明提供了一种多温度段MTC固井液及其配制方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决MTC现有技术对矿渣的比表面积有特殊的要求和适用的温度范围窄，限制了MTC固井工艺技术的推广应用的问题。
本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种多温度段MTC固井液：按重量份数含有矿渣粉100份；钻井液50份；激活剂1份至12份；激活辅剂0.5份至7份；分散剂0.05份至0.5份；水75份至85份。
下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：
上述多温度段MTC固井液还含有水泥5份至30份；火山灰5份至30份；微硅粉10份至30份；漂珠10份至30份。
上述钻井液为水基钻井液。
上述水基钻井液为聚磺钻井液或钾钙基钻井液或正电胶钻井液或甲酸盐钻井液。
上述分散剂为木质素磺酸盐。
上述激活辅剂为50Be高清和模数为2.2至2.5的液体硅酸钠。
上述激活剂按重量份数含有氢氧化钠2份至20份、硼酸钠1份至10份、甲酸钠2份至20份和碳酸钠3份至30份的混合物。
上述矿渣粉的比表面积为180至500m2/kg。
本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种多温度段MTC固井液的制备方法：按下述步骤进行：第一步：在钻井液中加入水搅拌5至10分钟后，加入激活剂和激活辅剂，边加边搅拌，加完后搅拌10至15分钟再加入分散剂，加完后充分搅拌20至30分钟后，然后在11500r/min至12500r/min的高速搅拌下,加入矿渣粉得到多温度段MTC固井液。
本发明通过激活剂和激活辅剂的双重作用，实现矿渣粉在短时间内即可充分完全水化，从而避免了对矿渣粉的特殊要求，简化了制备工艺，具有水化稳定性好、强度大和抵御腐蚀性地层流体侵入的特点，提高了其固化体耐地层水腐蚀的能力，改善了其后期生产过程中的长期密封性能，适用于中温和低温范围内的完井施工作业，在低温浅层易漏易窜井的完井施工作业中效果更好。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
实施例1，该多温度段MTC固井液：按重量份数含有矿渣粉100份；钻井液50份；激活剂1份至12份；激活辅剂0.5份至7份；分散剂0.05份至0.5份；水75份至85份。
多温度段MTC固井液按实施例1的制备方法：按下述步骤进行：第一步：在50份钻井液中加入75份至85份水搅拌5至10分钟后，加入1份至12份激活剂和0.5份至7份激活辅剂，边加边搅拌，加完后搅拌10至15分钟再加入0.05份至0.5份分散剂，加完后充分搅拌20至30分钟后，然后在11500r/min至12500r/min的高速搅拌下,加入100份矿渣粉得到多温度段MTC固井液。
按实施例1制备的多温度段MTC固井液在温度为5℃至85℃的性能参数如表1所示。
表1
| 温度(℃) | 稠化时间(min) | 24h抗压强度(MPa) | 流动度(cm) |
| 5℃至85℃ | 120至280 | 13.1至19.6 | 15至17.5 |
通过对激活剂和激活辅剂加入量的调节来控制稠化时间。在5℃至35℃超低温范围内实现现场固井施工，在低温浅层易漏易窜井的完井施工作业中效果更好。
实施例2，该多温度段MTC固井液：按重量份数含有矿渣粉100份；钻井液50份；激活剂6.5份；激活辅剂3.75份；分散剂0.275份；水80份。
多温度段MTC固井液按实施例2的制备方法：按下述步骤进行：第一步：在50份钻井液中加入80份水搅拌5至10分钟后，加入6.5份激活剂和3.75份激活辅剂，边加边搅拌，加完后搅拌10至15分钟再加入0.275份分散剂，加完后充分搅拌20至30分钟后，然后在11500r/min至12500r/min的高速搅拌下,加入100份矿渣粉得到多温度段MTC固井液。
按实施例2制备的多温度段MTC固井液在温度为45℃的性能参数如表2所示。
表2
| 温度(℃) | 稠化时间(min) | 24h抗压强度(MPa) | 流动度(cm) |
| 45℃ | 200 | 16.35 | 16.25 |
实施例3，该多温度段MTC固井液：按重量份数含有矿渣粉100份；钻井液50份；激活剂12份；激活辅剂7份；分散剂0.05份；水75份。
多温度段MTC固井液按实施例3的制备方法：按下述步骤进行：第一步：在50份钻井液中加入75份水搅拌5至10分钟后，加入12份激活剂和7份激活辅剂，边加边搅拌，加完后搅拌10至15分钟再加入0.05份分散剂，加完后充分搅拌20至30分钟后，然后在11500r/min至12500r/min的高速搅拌下,加入100份矿渣粉得到多温度段MTC固井液。
按实施例3制备的多温度段MTC固井液在温度为5℃的性能参数如表3所示。
表3
| 温度(℃) | 稠化时间(min) | 24h抗压强度(MPa) | 流动度(cm) |
| 5℃ | 280 | 13.1 | 16 |
实施例4，该多温度段MTC固井液：按重量份数含有矿渣粉100份；钻井液50份；激活剂10份；激活辅剂6份；分散剂0.05份；水75份。
多温度段MTC固井液按实施例4的制备方法：按下述步骤进行：第一步：在50份钻井液中加入75份水搅拌5至10分钟后，加入10份激活剂和6份激活辅剂，边加边搅拌，加完后搅拌10至15分钟再加入0.05份分散剂，加完后充分搅拌20至30分钟后，然后在11500r/min至12500r/min的高速搅拌下,加入100份矿渣粉得到多温度段MTC固井液。
按实施例4制备的多温度段MTC固井液在温度为15℃的性能参数如表4所示。
表4
| 温度(℃) | 稠化时间(min) | 24h抗压强度(MPa) | 流动度(cm) |
| 15℃ | 220 | 14.3 | 17 |
实施例5，该多温度段MTC固井液：按重量份数含有矿渣粉100份；钻井液50份；激活剂8份；激活辅剂5份；分散剂0.05份；水75份。
多温度段MTC固井液按实施例5的制备方法：按下述步骤进行：第一步：在50份钻井液中加入75份水搅拌5至10分钟后，加入8份激活剂和5份激活辅剂，边加边搅拌，加完后搅拌10至15分钟再加入0.05份分散剂，加完后充分搅拌20至30分钟后，然后在11500r/min至12500r/min的高速搅拌下,加入100份矿渣粉得到多温度段MTC固井液。
按实施例5制备的多温度段MTC固井液在温度为25℃的性能参数如表5所示。
表5
| 温度(℃) | 稠化时间(min) | 24h抗压强度(MPa) | 流动度(cm) |
| 25℃ | 180 | 16.2 | 16 |
实施例6，该多温度段MTC固井液：按重量份数含有矿渣粉100份；钻井液50份；激活剂8份；激活辅剂4份；分散剂0.05份；水75份。
多温度段MTC固井液按实施例6的制备方法：按下述步骤进行：第一步：在50份钻井液中加入75份水搅拌5至10分钟后，加入8份激活剂和4份激活辅剂，边加边搅拌，加完后搅拌10至15分钟再加入0.05份分散剂，加完后充分搅拌20至30分钟后，然后在11500r/min至12500r/min的高速搅拌下,加入100份矿渣粉得到多温度段MTC固井液。
按实施例6制备的多温度段MTC固井液在温度为35℃的性能参数如表6所示。
表6
| 温度(℃) | 稠化时间(min) | 24h抗压强度(MPa) | 流动度(cm) |
| ℃ | 180 | 18.5 | 16 |
实施例7，该多温度段MTC固井液：按重量份数含有矿渣粉100份；钻井液50份；激活剂7份；激活辅剂4份；分散剂0.1份；水75份。
多温度段MTC固井液按实施例7的制备方法：按下述步骤进行：第一步：在50份钻井液中加入75份水搅拌5至10分钟后，加入7份激活剂和4份激活辅剂，边加边搅拌，加完后搅拌10至15分钟再加入0.1份分散剂，加完后充分搅拌20至30分钟后，然后在11500r/min至12500r/min的高速搅拌下,加入100份矿渣粉得到多温度段MTC固井液。
按实施例7制备的多温度段MTC固井液在温度为45℃的性能参数如表7所示。
表7
| 温度(℃) | 稠化时间(min) | 24h抗压强度(MPa) | 流动度(cm) |
| 45℃ | 150 | 18.5 | 16 |
实施例8，该多温度段MTC固井液：按重量份数含有矿渣粉100份；钻井液50份；激活剂5份；激活辅剂3份；分散剂0.15份；水75份。
多温度段MTC固井液按实施例8的制备方法：按下述步骤进行：第一步：在50份钻井液中加入75份水搅拌5至10分钟后，加入5份激活剂和3份激活辅剂，边加边搅拌，加完后搅拌10至15分钟再加入0.15份分散剂，加完后充分搅拌20至30分钟后，然后在11500r/min至12500r/min的高速搅拌下,加入100份矿渣粉得到多温度段MTC固井液。
按实施例8制备的多温度段MTC固井液在温度为55℃的性能参数如表8所示。
表8
| 温度(℃) | 稠化时间(min) | 24h抗压强度(MPa) | 流动度(cm) |
| 55℃ | 125 | 18.3 | 17.5 |
实施例9，该多温度段MTC固井液：按重量份数含有矿渣粉100份；钻井液50份；激活剂4份；激活辅剂3份；分散剂0.15份；水80份。
多温度段MTC固井液按实施例9的制备方法：按下述步骤进行：第一步：在50份钻井液中加入80份水搅拌5至10分钟后，加入4份激活剂和3份激活辅剂，边加边搅拌，加完后搅拌10至15分钟再加入0.15份分散剂，加完后充分搅拌20至30分钟后，然后在11500r/min至12500r/min的高速搅拌下,加入100份矿渣粉得到多温度段MTC固井液。
按实施例9制备的多温度段MTC固井液在温度为65℃的性能参数如表9所示。
表9
| 温度(℃) | 稠化时间(min) | 24h抗压强度(MPa) | 流动度(cm) |
| 65℃ | 120 | 19.6 | 15 |
实施例10，该多温度段MTC固井液：按重量份数含有矿渣粉100份；钻井液50份；激活剂3份；激活辅剂2份；分散剂0.25份；水80份。
多温度段MTC固井液按实施例10的制备方法：按下述步骤进行：第一步：在50份钻井液中加入80份水搅拌5至10分钟后，加入3份激活剂和2份激活辅剂，边加边搅拌，加完后搅拌10至15分钟再加入0.25份分散剂，加完后充分搅拌20至30分钟后，然后在11500r/min至12500r/min的高速搅拌下,加入100份矿渣粉得到多温度段MTC固井液。
按实施例10制备的多温度段MTC固井液在温度为75℃的性能参数如表10所示。
表10
| 温度(℃) | 稠化时间(min) | 24h抗压强度(MPa) | 流动度(cm) |
| 75℃ | 150 | 17.7 | 16.5 |
实施例11，该多温度段MTC固井液：按重量份数含有矿渣粉100份；钻井液50份；激活剂1份；激活辅剂0.5份；分散剂0.5份；水85份。
多温度段MTC固井液按实施例11的制备方法：按下述步骤进行：第一步：在50份钻井液中加入85份水搅拌5至10分钟后，加入1份激活剂和0.5份激活辅剂，边加边搅拌，加完后搅拌10至15分钟再加入0.5份分散剂，加完后充分搅拌20至30分钟后，然后在11500r/min至12500r/min的高速搅拌下,加入100份矿渣粉得到多温度段MTC固井液。
按实施例11制备的多温度段MTC固井液在温度为85℃的性能参数如表11所示。
表11
| 温度(℃) | 稠化时间(min) | 24h抗压强度(MPa) | 流动度(cm) |
| 85℃ | 150 | 16.3 | 17 |
可根据实际需要，对上述实施例1至实施例11的进一步优化或/和改进：
根据需要，多温度段MTC固井液还含有水泥5份至30份；火山灰5份至30份；微硅粉10份至30份；漂珠10份至30份。
根据需要，钻井液为水基钻井液。
根据需要，水基钻井液为聚磺钻井液或钾钙基钻井液或正电胶钻井液或甲酸盐钻井液。
根据需要，分散剂为木质素磺酸盐。
根据需要，激活辅剂为50Be高清和模数为2.2至2.5的液体硅酸钠。
根据需要，激活剂按重量份数含有氢氧化钠2份至20份、硼酸钠1份至10份、甲酸钠2份至20份和碳酸钠3份至30份的混合物。
根据需要，矿渣粉的比表面积为180至500m2/kg。
在本发明中：聚磺钻井液、钾钙基钻井液、正电胶钻井液、甲酸盐钻井液、木质素磺酸盐、激活辅剂、氢氧化钠、硼酸钠、甲酸钠、碳酸钠都是采用市场上公开销售的产品。
下面是对实施例1至实施例11所得的多温度段MTC固井液在不同温度点的平均性能参数如表12至表14所示：
表12为实施例1至实施例11所得的多温度段MTC固井液在不同温度点的平均抗压强度性能参数。
表13为实施例1至实施例11所得的多温度段MTC固井液在不同温度点的平均稳定性性能参数。
表14为实施例1至实施例11所得的多温度段MTC固井液在不同温度点的平均胶结强度性能参数。
表12
| 温度(℃) | 8h抗压强度(MPa) | 24h抗压强度(MPa) |
| 5℃ | 2.6 | 13.1 |
| 15℃ | 3.1 | 14.3 |
| 25℃ | 3.2 | 16.2 |
| 35℃ | 3.5 | 18.5 |
| 45℃ | 3.5 | 18.5 |
| 55℃ | 3.6 | 18.3 |
| 65℃ | 3.7 | 19.6 |
| 75℃ | 3.5 | 17.7 |
| 85℃ | 3.1 | 16.3 |
表13
| 温度(℃) | 析水(%) | API失水(mL) |
| 5℃ | 0 | 76 |
| 15℃ | 0 | 75 |
| 25℃ | 0 | 70 |
| 35℃ | 0 | 78 |
| 45℃ | 0 | 80 |
| 55℃ | 0 | 87 |
| 65℃ | 0.2 | 92 |
| 75℃ | 0.2 | 104 |
| 85℃ | 0.5 | 120 |
表14
| 温度(℃) | 30天界面胶结强度(MPa) | 60天界面胶结强度(MPa) | 90天界面胶结强度(MPa) | 120天界面胶结强度(MPa) | 150天界面胶结强度(MPa) | 180天界面胶结强度(MPa) |
| 5℃ | 2.2 | 2.5 | 2.9 | 3.1 | 3.0 | 3.0 |
| 15℃ | 2.4 | 2.7 | 2.8 | 3.0 | 3.3 | 3.2 |
| 25℃ | 2.5 | 2.9 | 3.0 | 2.9 | 2.7 | 3.1 |
| 35℃ | 3.1 | 2.7 | 2.4 | 3.0 | 3.2 | 2.9 |
| 45℃ | 3.3 | 2.6 | 2.1 | 3.1 | 3.2 | 2.9 |
| 55℃ | 3.5 | 2.7 | 2.3 | 3.0 | 3.1 | 3.0 |
| 65℃ | 3.8 | 2.9 | 2.7 | 3.5 | 3.2 | 3.4 |
| 75℃ | 3.1 | 3.0 | 2.6 | 3.0 | 3.2 | 2.9 |
| 85℃ | 2.9 | 2.1 | 2.5 | 2.9 | 2.4 | 2.6 |
结合表12至表14可以看出，多温度段MTC固井液具有较好的抗压强度、稳定性和胶结强度，适用于中温和低温范围内的完井施工作业，在低温浅层易漏易窜井的完井施工作业中效果更好。
以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
Claims (4)
1.一种多温度段MTC固井液，其特征在于按重量份数含有矿渣粉100份；钻井液50份；激活剂1份至12份；激活辅剂0.5份至7份；分散剂0.05份至0.5份；水75份至85份；其中：钻井液为水基钻井液，水基钻井液为聚磺钻井液或钾钙基钻井液或正电胶钻井液或甲酸盐钻井液；分散剂为木质素磺酸盐；激活辅剂为50Be高清和模数为2.2至2.5的液体硅酸钠，激活剂按重量份数含有氢氧化钠2份至20份、硼酸钠1份至10份、甲酸钠2份至20份和碳酸钠3份至30份的混合物。
2.根据权利要求1所述的多温度段MTC固井液，其特征在于还含有水泥5份至30份；火山灰5份至30份；微硅粉10份至30份；漂珠10份至30份。
3.根据权利要求1或2所述的多温度段MTC固井液，其特征在于矿渣粉的比表面积为180至500m2/kg。
4.一种根据权利要求1或2或3所述的多温度段MTC固井液的配制方法，其特征在于按下述步骤进行：第一步：在钻井液中加入水搅拌5至10分钟后，加入激活剂和激活辅剂，边加边搅拌，加完后搅拌10至15分钟再加入分散剂，加完后充分搅拌20至30分钟后，然后在11500r/min至12500r/min的高速搅拌下,加入矿渣粉得到多温度段MTC固井液。
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