CN104449621A - 一种高效固井冲洗液体系 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高效的固井冲洗液体系，主要解决现有固井冲洗液所存在的冲洗效率低、固井二界面胶结质量差等问题，适用于油气井固井前的冲洗作业。该高效固井冲洗液体系各组份以及重量比例为：清水100份、纤维材料0.2～0.8份、氧化剂物质1.6～8.0份、聚合物0.3～1.5份、加重剂0.0～120份、盐2.3～9.7份、有机酸0.5～7.2份、稳定剂2.0～10份、分散剂0.0～0.6份。密度在1.01～1.70g/cm³可调，可用于40～125℃范围固井冲洗作业，具有非常突出的快速、高效地清除水基钻井液及滤饼，有助于提高固井二界面胶结质量的优点，应用前景广阔。

Description

一种高效固井冲洗液体系

技术领域

本发明涉及油气井固井领域，尤其涉及一种高效固井冲洗液体系，特别适用于固井前将水基钻井液及滤饼进行高效的冲洗和清除，提高固井界面胶结质量。

背景技术

固井就是将水泥注入井壁和套管之间环形空间的过程。在固井工程中，套管串和水泥浆之间的界面称为第一界面，水泥浆和井壁之间的界面称为第二界面。固井第一界面胶结质量采取现有的许多方法便能进行有效控制，而固井第二界面的组成比较复杂，再加上井眼不规则、钻井液与水泥浆不相容，固井第二界面胶结质量是难以得到保证。目前，固井一界面的固井质量基本满足勘探和采油生产的要求，但固井二界面的固井质量由于各种条件的限制，一直未有突破性的提高。固井二界面问题是长期困扰石油工程一个复杂的工程难题，严重制约了石油与天然气勘探开发。导致固井二界面胶结质量不好的主要原因是井壁和水泥环间存在未被顶替干净的钻井液以及滤饼，其不能与固井时注入的水泥装实现整体固化胶结。即只要有钻井液、滤饼存在，不管多薄，水泥石环与井壁之间都会形成微间隙，导致固井二界面胶结强度下降，给地下油、气、水等流体提供窜流的通道。研究表明，地下流体窜流的通道主要是固井二界面，且已被油田实践所证实。因此，影响固井二界面封隔失效的主要因素是钻井液、滤饼的存在，使油井水泥-泥饼-地层相互之间不能实现整体固化，从而引起固井界面胶结强度严重降低。

固井冲洗液通常是在水中加入表面活性剂或用钻井液稀释混配而成。可与隔离液同时使用，但位于隔离液之前。冲洗液的主要目的是清洗井壁及套管壁的钻井液和滤饼，提高固井界面胶结强度。然而在井眼钻进时，钻井液将在井壁上形成薄而韧且致密的滤饼，有效控制钻井液滤失量，减少钻井工程复杂事故。钻井液所形成的滤饼在固井时却阻止了水泥浆与井壁直接接触，并且在水泥浆水化时进一步引起滤饼脱水、干枯或粉化，易在井眼环空界面处形成微环隙，从而降低界面胶结强度，严重影响固井质量，甚至引起油气水窜流。多年来，由于钻井液及滤饼无法有效清除严重降低固井界面胶结强度，是固井质量一直难以提高的一个重要原因。

我国从1980年就开始研究固井冲洗液及应用。如我国中原油田在1986年研究出具有一定抗钙效果的SNC水基冲洗隔离液，1990年大庆油田研究出DSF固井冲洗隔离液并现场试用了15口井，1995年江汉油田研究出新型的无机凝胶固井冲洗隔离液，1997年华北石油管理局研究出HQ-1固井冲洗隔离液，1999年姜向东等人开发出具有较强抗钙能力的XP隔离液，2002年辽河石油勘探局开发出FSG-Ⅱ防渗漏隔离液，2003年中原油田开发出CXY可固化固井冲洗隔离液，2004年大庆石油管理局开发出高密度冲洗隔离液，2005年中国石油工程技术研究院开发出BCS隔离液，2006年西南石油学院杨秀艳等人开发出一种新型的广谱水剂固井冲洗隔离液体系，2008年大庆石油学院张春明通过评价筛选表面活性剂、悬浮稳定剂、分散剂、降失水剂、加重剂、消泡剂等研制开发出加重冲洗隔离液体系，2010年大庆钻井生产技术服务公司王洪亮研究出表面活性剂类CHW固井冲洗液，2011年中海油服公司范鹏等研究出PC-W21L油水双效冲洗液，2013年西安石油大学杨振杰等人用渗透结晶自修复剂配制固井前置液。

目前所研究与开发的固井冲洗液体系，主要以聚合物、加重剂和悬浮稳定剂为主，其对钻井液、滤饼的冲刷能力弱，无法高效地将井壁上钻井液清洗干净，对井壁上所形成的薄而韧且致密的滤饼更是无法有效清除。因此，积极开展新技术、新材料在固井冲洗液上的应用具有重要意义，研究高效固井冲洗液具有显著的市场效益。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有固井冲洗液所存在的冲洗效率低、固井二界面胶结质量差的缺点和不足，提供了一种高效的固井冲洗液体系。该固井冲洗液体系中通过加入一定量的纤维材料、氧化剂物质、聚合物、加重剂、盐、有机酸、稳定剂和分散剂等，能够制备出密度为1.01g/cm³～1.70g/cm³的冲洗液，适用温度范围为40℃～125℃。该固井冲洗液体系具有非常突出的快速、高效地清除钻井液及滤饼，有助于提高固井二界面胶结质量的优点，其它各项性能指标都完全满足现场固井要求，具有现场施工简单和显著提高固井质量的优势。

为实现上述发明目的，本申请的高效固井冲洗液系，按照质量份数其组成为：

清水                         100份；

纤维材料                     0.2～0.8份；

氧化剂物质                   1.6～8.0份；

聚合物                       0.3～1.5份；

加重剂                       0.0～120份；

盐                           2.3～9.7份；

有机酸                       0.5～7.2份；

稳定剂                       2.0～10份；

分散剂                       0.0～0.6份。

所述的纤维材料是由竹原纤维、聚乙烯醇纤维、海泡石纤维、玄武岩矿物纤维按质量组成比例竹原纤维︰聚乙烯醇纤维︰海泡石纤维︰玄武岩矿物纤维＝17～45︰15～41︰7.5～20︰5.0～12所混合的纤维材料，纤维材料的长度介于2.0～6.5mm。

所述的氧化剂物质是由KClO₄、H₂O₂、NaClO按质量比例KClO₄︰H₂O₂︰NaClO＝15～46︰20～55︰8.0～32组成。

所述的聚合物可以是2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)与丙烯酰胺(AM)聚合物、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)与N，N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)聚合物、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)与丙烯酰胺(AM)、马来酸酐(MA)、N，N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)聚合物中的一种或几种组合。

所述的加重剂可以是石英砂、重晶石粉末中的一种或二种组合，其中石英砂粒径介于58～106μm，重晶石粒径介于25～48μm。

所述的盐是由FeSO₄、醋酸钠、KCl按质量比例FeSO₄︰醋酸钠︰KCl＝9.0～17︰30～63︰15～32组成。

所述的有机酸可以是醋酸、甲酸、邻苯二甲酸中的一种或几种组合。

所述的稳定剂可以硅藻土、微硅、纳米二氧化硅、纳米氧化铝中的一种或几种组合。

所述的分散剂可以是油田固井常用的磺化甲醛-丙酮缩聚物分散剂、聚萘磺酸盐分散剂或者木质素磺酸盐分散剂。

本发明的优点：(1)本发明优选的纤维材料分子结构中含有-OH、C＝O、-COOH、硅氧键、铝氧键和镁氧键等极性亲水基团，不仅能在水溶液中能够高度分散，而且还会与水分子、聚合物分子间由于氢键的静电作用从而形成三维的空间网络结构，增大了冲洗液的冲刷清洗能力和悬浮能力，有利于将钻井液和滤饼冲刷清洗干净。(2)冲洗液中除了传统的氧化物质KClO₄、NaClO外，还利用Fenton氧化法原理，在冲洗液中加入H₂O₂氧化剂物质和FeSO₄，利用H₂O₂在Fe²⁺催化作用下生成具有高反应活性的羟基自由基(OH^·))，高效地促进钻井液中的有机聚合物发生降解，有效降低钻井液粘度和滤饼结构强度，从而有利于将水基钻井液和滤饼冲洗干净。(3)冲洗液中的有机酸与醋酸钠盐具有酸性缓冲作用，可使冲洗液pH值在3.0～6.0之间，酸性环境更有利于钻井液中有机聚合物在氧化剂物质作用下发生降解。(4)本发明的冲洗液体系在水分散纤维的交叉网络结构强冲刷作用和高活性氧化物质的氧化降解作用下，对水基钻井液及滤饼具有优良的冲洗作用，能够在较短时间内将钻井液和滤饼清洗干净，显著提高固井二界面胶结强度。

本发明提供了一种技术可靠、现场施工方便、成本低，能满足现场固井要求的冲洗液体系。该冲洗液体系克服现有技术冲洗效率低的缺点，密度在1.01g/cm³～1.70g/cm³之间，能够满足井底温度40℃～125℃范围的固井冲洗作业，具有现场施工简单和显著提高固井胶结质量的优点。

具体实施方式

实施例1：一种固井冲洗液体系的组成

一种固井冲洗液体系可由以下物质组成，各物质的质量份数具体为：清水100份、纤维材料0.75份、氧化剂物质6.3份、聚合物1.1份、重晶石加重剂92份、盐8.4份、有机酸6.7份、稳定剂10份、分散剂0.35份，冲洗液密度为1.70g/cm³。

实施例2：一种固井冲洗液体系的组成

一种固井冲洗液体系可由以下物质组成，各物质的质量份数具体为：清水100份、纤维材料0.5份、氧化剂物质2.6份、聚合物0.3份、石英砂加重剂22份、盐3.0份、有机酸0.6份、稳定剂2.2份，冲洗液密度为1.15g/cm³。

实施例3：一种固井冲洗液体系的组成

一种固井冲洗液体系可由以下物质组成，各物质的质量份数具体为：清水100份、纤维材料0.6份、氧化剂物质2.7份、聚合物0.5份、石英砂加重剂76份、盐3.2份、有机酸2.5份、稳定剂5.0份，冲洗液密度为1.40g/cm³。

实施例4：固井冲洗液体系的冲洗率评价

以实施例3固井冲洗液体系为测试对象，先将配冲洗液的各种材料组份和液体水组份各自称量好并高速搅拌混匀，然后按中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 5374-2000“油气井注水泥前置液使用方法”评价冲洗效率，转速为1400转/分钟，冲洗时间为5分钟。采用的水基钻井液为聚合物防塌钻井液体系，由中石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司提供，具体配方组成为：水+0.2％Na₂CO₃+3％膨润土+0.4％磺酸盐共聚物+1.6％天然聚合物滤失剂+3％磺化酚醛树脂SMP-Ⅱ+0.7％有机胺+1.0％聚合物抑制剂JBY+1.2％铝基聚合物+3.5％胶乳沥青+2％润滑剂+0.5％表面活性剂司盘80+3％超细碳酸钙+15％加重剂，钻井液密度为1.30g/cm³。试验结果见表1。

表1 固井冲洗液体系的冲洗率

其中，冲洗率 $A=\frac{G_1-G_2}{G_1-G_0}\×100$

实施例5：固井冲洗液体系对钻井液滤饼的冲洗效果评价

以实施例3固井冲洗液体系为测试对象，首先将配冲洗液的各种材料组份和液体水组份各自称量好并高速搅拌混匀。其次，按照国家标准GB/T 16783.1-2012“钻井液现场测试第1部分:水基钻井液”分别在一定温度、3.5MPa条件下进行水基钻井液30分钟滤失实验，然后取下水基钻井液所形成的滤饼，并用胶带小心地将滤饼固定在旋转粘度计外筒上，并对旋转粘度计外筒和滤饼总质量进行称重。最后，采用旋转粘度计转速600r/min下进行模拟冲洗，冲洗时间为5分钟，分别评价固井冲洗液在一定温度条件下对水基钻井液滤饼的清洗效率。采用的水基钻井液为聚合物防塌钻井液体系，由中石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司提供，具体配方组成为：水+0.2％Na₂CO₃+3％膨润土+0.4％磺酸盐共聚物+1.6％天然聚合物滤失剂+3％磺化酚醛树脂SMP-Ⅱ+0.7％有机胺+1.0％聚合物抑制剂JBY+1.2％铝基聚合物+3.5％胶乳沥青+2％润滑剂+0.5％表面活性剂司盘80+3％超细碳酸钙+15％加重剂，钻井液密度为1.30g/cm³。试验结果见表2。

其中，冲洗率 $B=\frac{M_1-M_2}{M_0}\×100$

从表1、表2中可以看出，本发明的固井冲洗液体系能够在较短时间内将水基钻井液或钻井液滤饼清洗干净，具有高效的冲洗效率，有效防止固井二界面产生微间隙，非常有助于提高固井二界面胶结质量和固井质量。

当然，以上所述仅是本发明的一种实施方式而已，应当指出本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高效的固井冲洗液体系，其特征在于各组份以及重量比例如下：

2.根据权利要求1所述的高效固井冲洗液体系，其特征在于所述的纤维材料是由竹原纤维、聚乙烯醇纤维、海泡石纤维、玄武岩矿物纤维按质量组成比例竹原纤维︰聚乙烯醇纤维︰海泡石纤维︰玄武岩矿物纤维＝17～45︰15～41︰7.5～20︰5.0～12所混合的纤维材料，纤维材料的长度介于2.0～6.5mm。

3.根据权利要求1所述的高效固井冲洗液体系，其特征在于所述的氧化剂物质是由KClO₄、H₂O₂、NaClO按质量比例KClO₄︰H₂O₂︰NaClO＝15～46︰20～55︰8.0～32组成。

4.根据权利要求1所述的高效固井冲洗液体系，其特征在于所述的聚合物可以是2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)与丙烯酰胺(AM)聚合物、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)与N，N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)聚合物、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)与丙烯酰胺(AM)、马来酸酐(MA)、N，N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)聚合物中的一种或几种组合。

5.根据权利要求1所述的高效固井冲洗液体系，其特征在于所述的加重剂可以是石英砂、重晶石粉末中的一种或二种组合，其中石英砂粒径介于58～106μm，重晶石粒径介于25～48μm。

6.根据权利要求1所述的高效固井冲洗液体系，其特征在于所述的盐是由FeSO₄、醋酸钠、KCl按质量比例FeSO₄︰醋酸钠︰KCl＝9.0～17︰30～63︰15～32组成。

7.根据权利要求1所述的高效固井冲洗液体系，其特征在于所述的有机酸可以是醋酸、甲酸、邻苯二甲酸中的一种或几种组合。

8.根据权利要求1所述的高效固井冲洗液体系，其特征在于所述的稳定剂可以硅藻土、微硅、纳米二氧化硅、纳米氧化铝中的一种或几种组合。

9.根据权利要求1所述的高效固井冲洗液体系，其特征在于所述的分散剂可以是油田固井常用的磺化甲醛-丙酮缩聚物分散剂、聚萘磺酸盐分散剂或者木质素磺酸盐分散剂。