CN106064908A - 固井用堵漏材料及其制备方法、堵漏方法和水泥浆 - Google Patents

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Abstract

一种固井用堵漏材料及其堵漏防漏水泥浆制备方法和堵漏方法，所述堵漏材料包括堵漏颗粒、纤维、聚合物降失水剂和水泥；相对于100重量份的所述水泥，所述堵漏颗粒的含量为2～6重量份，所述纤维的含量为0.25～0.6重量份，所述聚合物降失水剂的含量为5～10重量份；其中，所述堵漏颗粒具有2种或更多种依次减小的粒径，其中，所述堵漏颗粒中第1种粒径为堵漏裂缝宽度的1/3‑2/3，所述堵漏颗粒中第n种粒径为所述第n‑1种粒径的1/3‑2/3，所述n≥2，且n为自然数；所述堵漏颗粒中每种粒径的颗粒的重量相同，该堵漏材料降低作业成本，保证设计返高，实现封固要求，特别是保证1mm以下裂缝的有效封固。

Description

固井用堵漏材料及其制备方法、堵漏方法和水泥浆
技术领域
本申请实施例涉及但不限于一种固井用堵漏材料及其制备方法、堵漏方法和水泥浆。
背景技术
近年来，随着石油天然气勘探的进一步深入，井漏问题变得日益突出,因而堵漏防漏成为许多井安全固井所必需采取的措施，而结合漏层性质选择合适的堵漏材料是保证成功的关键，堵漏的常规方法为采用低密度水泥浆体系或直接加堵漏纤维，但上述方法成本较高，或堵漏的效果不佳。
发明内容
本申请提供了一种固井用堵漏材料及其制备方法、堵漏方法和水泥浆，该堵漏防漏水泥浆能降低作业成本，保证设计返高，实现封固要求，特别是保证1mm以下裂缝的有效封固。
本申请提供了一种固井用堵漏材料，其中，所述堵漏材料包括堵漏颗粒、纤维、聚合物降失水剂和水泥；相对于100重量份的所述水泥，所述堵漏颗粒的含量为2～6重量份，所述纤维的含量为0.25～0.6重量份，所述聚合物降失水剂的含量为5～10重量份；其中，所述堵漏颗粒具有2种或更多种依次减小的粒径，其中，所述堵漏颗粒中第1种粒径为堵漏裂缝宽度的1/3-2/3，所述堵漏颗粒中第n种粒径为所述第n-1种粒径的1/3-2/3，所述n≥2，且n为自然数；所述堵漏颗粒中每种粒径的颗粒的重量相同。
在一个实施例中，所述堵漏材料还包括缓凝剂、消泡剂和悬浮稳定剂中的一种或多种，其中，所述缓凝剂的含量为0.3～1.5重量份、所述消泡剂的含量为0.3～1重量份，所述悬浮稳定剂的含量为2～7重量份。
在一个实施例中，所述纤维包括短纤维和长纤维，所述短纤维与所述长纤维的长度比为1:1.5-3；所述短纤维与所述长纤维的质量比为1：1-2。
所述堵漏颗粒选自碳酸钙颗粒；
所述纤维选自酸溶性玻璃纤维；
所述聚合物降失水剂选自含有AMPS单体的聚合物降失水剂。
在一个实施例中，所述堵漏颗粒具有2种依次减小的粒径，所述堵漏颗粒中第1种粒径为堵漏裂缝宽度的1/3-2/3，所述堵漏颗粒中第2种粒径为所述第1种粒径的1/3-2/3。
在一个实施例中，所述堵漏颗粒具有3种依次减小的粒径，所述堵漏颗粒中第1种粒径为堵漏裂缝宽度的1/3-2/3，所述堵漏颗粒中第2种粒径为所述第1种粒径的1/3-2/3，所述堵漏颗粒中第3种粒径为所述第2种粒径的1/3-2/3。
本申请中，上述堵漏颗粒中“n”的选择，可以根据实际情况进行，通常情况下，“n”越大，越有利于获得更好的堵漏防漏效果。然而，从经济角度出发，通常选择“n”为2或3。
在一个实施例中，所述堵漏颗粒中的最小粒径为0.08mm。当所述堵漏颗粒中的最小粒径为0.08mm时，针对1.5mm以下的裂缝，具有较好的堵漏防漏效果。
本申请还提供了一种固井用堵漏防漏水泥浆，所述固井用堵漏防漏水泥浆包括如上所述的固井用堵漏材料和水，其中，相对于100重量份的所述水泥，所述水的含量为36-38.3重量份。
本申请还提供了一种如上所述的固井用堵漏材料的制备方法，所述方法包括将所述重量份的纤维、堵漏颗粒、聚合物降失水剂和可选地缓凝剂、消泡剂、悬浮稳定剂与水泥均匀混合，即得所述固井用堵漏材料。
本申请还提供了一种如上所述的固井用堵漏防漏水泥浆的制备方法，所述方法包括将如上所述的固井用堵漏材料中的所述重量份的纤维、堵漏颗粒、聚合物降失水剂和可选地缓凝剂、消泡剂、悬浮稳定剂、水泥与水均匀混合， 即得所述固井用堵漏防漏水泥浆。
本申请还提供了一种使用如上所述的固井用堵漏防漏水泥浆的堵漏方法，所述堵漏方法包括如下步骤：
估算固井中堵漏裂缝的平均宽度；
根据堵漏裂缝的平均宽度，选择粒径依次减小的堵漏颗粒；
将含有所述堵漏颗粒的固井用堵漏防漏水泥浆注入井中，以实现固井的目的。
在一个实施例中，估算固井中堵漏裂缝平均宽度的公式为：
A＝Q漏失/V
其中，A为钻井漏失面的截面积；
Q漏失为钻井每小时的漏失量；
V为环空返速；
A＝π(r井眼+X)2-πr井眼2
其中，A为钻井漏失面的截面积；
r井眼为井眼钻头的半径；
π为3.14；
X为堵漏裂缝平均宽度；通过该公式可计算获得X。
本申请提供的固井用堵漏防漏水泥浆可以用于固井中通常遇到的裂缝。可选地，所述固井用堵漏防漏水泥浆用于裂缝宽度小于1.5mm的裂缝。
与现有技术相比，本申请涉及的固井用堵漏材料，采用“三分之一”架桥规则和“三分之二”架桥理论，一般情况下，大的颗粒可以封堵大的裂缝，过大的颗粒也会对小裂缝失效；也就是说，颗粒的作用是有一定作用范围的，这个范围可以定义在裂缝大小与裂缝三分之一大小的范围内；也就是堵漏颗粒粒径大于或等于三分之一宽度的裂缝尺寸可有效封堵裂缝，例如加入0.5mm的颗粒可以有效封堵1.5mm以内宽度的裂缝，但0.5mm以下的裂缝由于固井作业方式原因此种颗粒可能会失去作用，因此本申请提供的固井用堵 漏材料中的堵漏颗粒采用粒径不同的颗粒，可有效封堵固井中的各种裂缝，且颗粒粒径范围越广，越容易短时间内封堵漏层。
本申请中的纤维易溶于水，吸附能力较强，挂壁效果良好，能较容易在裂缝上存在；纤维一旦依附在裂缝上，堵漏颗粒作为骨架堵漏材料，两者相互构成网状骨架结构；纤维加堵漏颗粒能够有效的减小裂缝，使水泥浆漏失能力降低，水泥浆漏失的阻力加大，结合聚合物降失水剂，使水泥浆体系形成滤饼，彻底封堵裂缝。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。
具体实施方式
本申请提供了一种固井用堵漏材料及其制备方法、堵漏方法和水泥浆，所述堵漏材料包括堵漏颗粒、纤维、聚合物降失水剂和水泥；相对于100重量份的所述水泥，所述堵漏颗粒的含量为2～6重量份，所述纤维的含量为0.25～0.6重量份，所述聚合物降失水剂的含量为5～10重量份；其中，所述堵漏颗粒具有2种或更多种依次减小的粒径，其中，所述堵漏颗粒中第1种粒径为堵漏裂缝宽度的1/3-2/3，所述堵漏颗粒中第n种粒径为所述第n-1种粒径的1/3-2/3，所述n≥2，且n为自然数；所述堵漏颗粒中每种粒径的颗粒的重量相同。
在一个实施例中，所述堵漏材料还包括缓凝剂、消泡剂和悬浮稳定剂中的一种或多种，其中，所述缓凝剂的含量为0.3～1.5重量份、所述消泡剂的含量为0.3～1重量份，所述悬浮稳定剂的含量为2～7重量份。
在一个实施例中，所述纤维包括短纤维和长纤维，所述短纤维与所述长纤维的长度比为1:1.5-3；所述短纤维与所述长纤维的质量比为1：1-2。
所述堵漏颗粒选自碳酸钙颗粒；
所述纤维选自酸溶性玻璃纤维；
所述聚合物降失水剂选自含有AMPS单体的聚合物降失水剂。
在一个实施例中，所述堵漏颗粒具有2种依次减小的粒径，所述堵漏颗粒中第1种粒径为堵漏裂缝宽度的1/3-2/3，所述堵漏颗粒中第2种粒径为所述第1种粒径的1/3-2/3。
在一个实施例中，所述堵漏颗粒具有3种依次减小的粒径，所述堵漏颗粒中第1种粒径为堵漏裂缝宽度的1/3-2/3，所述堵漏颗粒中第2种粒径为所述第1种粒径的1/3-2/3，所述堵漏颗粒中第3种粒径为所述第2种粒径的1/3-2/3。
本申请中，上述堵漏颗粒中“n”的选择，可以根据实际情况进行，通常情况下，“n”越大，越有利于获得更好的堵漏防漏效果。然而，从经济角度出发，通常选择“n”为2或3。
在一个实施例中，所述堵漏颗粒中的最小粒径为0.08mm。当所述堵漏颗粒中的最小粒径在上述范围内时，针对1.5mm以下的裂缝，具有较好的堵漏防漏效果。
本申请还提供了一种固井用堵漏防漏水泥浆，所述固井用堵漏防漏水泥浆包括如上所述的固井用堵漏材料和水，其中，相对于100重量份的所述水泥，所述水的含量为36-38.3重量份。
本申请还提供了一种如上所述的固井用堵漏材料的制备方法，所述方法包括将所述重量份的纤维、堵漏颗粒、聚合物降失水剂和可选地缓凝剂、消泡剂、悬浮稳定剂与水泥均匀混合，即得所述固井用堵漏材料。
本申请还提供了一种如上所述的固井用堵漏防漏水泥浆的制备方法，所述方法包括将如上所述的固井用堵漏材料中的所述重量份的纤维、堵漏颗粒、聚合物降失水剂和可选地缓凝剂、消泡剂、悬浮稳定剂、水泥与水均匀混合，即得所述固井用堵漏防漏水泥浆。
本申请还提供了一种使用如上所述的固井用堵漏防漏水泥浆的堵漏方法，所述堵漏方法包括如下步骤：
估算固井中堵漏裂缝的平均宽度；
根据堵漏裂缝的平均宽度，选择粒径依次减小的堵漏颗粒；
将含有所述堵漏颗粒的固井用堵漏防漏水泥浆注入井中，以实现固井的目的。
在一个实施例中，估算固井中堵漏裂缝平均宽度的公式为：
A＝Q漏失/V
其中，A为钻井漏失面的截面积；
Q漏失为钻井每小时的漏失量；
V为环空返速；
A＝π(r井眼+X)2-πr井眼2
其中，A为钻井漏失面的截面积；
r井眼为井眼钻头的半径；
π为3.14；
X为堵漏裂缝平均宽度；通过该公式可计算获得X。
在本申请中，水泥可以为本领域常规使用的G级水泥。
以下实施例1-6和对比例1-3中所用的材料来源，如表1所示：
表1材料来源
实施例1
将30g聚合物降失水剂(PC-G80L，获自天津中海油服化学有限公司)、24g堵漏颗粒(PC-B69S，3种粒径的颗粒的质量比为1：1：1)、3g纤维(PC-B62，长纤维与短纤维的质量比为1:1)、2.4g缓凝剂(PC-H21L，购自天津中海油服化学有限公司)、2.4g消泡剂(PC-X60L，购自天津中海油服化学有限公司)和30g悬浮稳定剂(PC-GS12LL，购自天津中海油服化学有限公司)加入600g的水泥(购自淄博中昌特种水泥有限公司)及230g自来水中搅拌均匀，配制成密度为1.90g/cm3的水泥浆，即得固井用堵漏防漏水泥浆。
实施例2
将30g聚合物降失水剂(PC-G80L，获自天津中海油服化学有限公司)、12g堵漏颗粒(PC-B69S，3种粒径的颗粒的质量比为1：1：1)、2g纤维(PC-B62，长纤维与短纤维的质量比为1:1)、2.4g缓凝剂(PC-H21L，购自天津中海油服化学有限公司)、2.4g消泡剂(PC-X60L，购自天津中海油服化学有限公司)、30g悬浮稳定剂(PC-GS12LL，购自天津中海油服化学有限公司)和600g水泥(购自淄博中昌特种水泥有限公司)混合，搅拌均匀，再加入220g自来水，即得固井用堵漏防漏水泥浆。
实施例3
将30g聚合物降失水剂(PC-G80L，获自天津中海油服化学有限公司)、24g堵漏颗粒(PC-B69S，3种粒径的颗粒的质量比为1：1：1)、2.5g纤维(PC-B62，长纤维与短纤维的质量比为1:1)、2.4g缓凝剂(PC-H21L，购自 天津中海油服化学有限公司)、2.4g消泡剂(PC-X60L，购自天津中海油服化学有限公司)和30g悬浮稳定剂(PC-GS12LL，购自天津中海油服化学有限公司)加入600g的水泥(购自淄博中昌特种水泥有限公司)及230g自来水中搅拌均匀，配制成密度为1.90g/cm3的水泥浆，即得固井用堵漏防漏水泥浆。实施例4
将30g聚合物降失水剂(PC-G80L，获自天津中海油服化学有限公司)、30g堵漏颗粒(PC-B69S，3种粒径的颗粒的质量比为1：1：1)、3g纤维(PC-B62，长纤维与短纤维的质量比为1:1)、2.4g缓凝剂(PC-H21L，购自天津中海油服化学有限公司)、2.4g消泡剂(PC-X60L，购自天津中海油服化学有限公司)和30g悬浮稳定剂(PC-GS12LL，购自天津中海油服化学有限公司)加入600g的水泥(购自淄博中昌特种水泥有限公司)及230g自来水中搅拌均匀，配制成密度为1.90g/cm3的水泥浆，即得固井用堵漏防漏水泥浆。
实施例5
将30g聚合物降失水剂(PC-G80L，获自天津中海油服化学有限公司)、30g堵漏颗粒(PC-B69S，3种粒径的颗粒的质量比为1：1：1)、3.6g纤维(PC-B62，长纤维与短纤维的质量比为1:1)、2.4g缓凝剂(PC-H21L，购自天津中海油服化学有限公司)、2.4g消泡剂(PC-X60L，购自天津中海油服化学有限公司)和30g悬浮稳定剂(PC-GS12LL，购自天津中海油服化学有限公司)加入600g的水泥(购自淄博中昌特种水泥有限公司)及230g自来水中搅拌均匀，配制成密度为1.90g/cm3的水泥浆，即得固井用堵漏防漏水泥浆。
实施例6
将30g聚合物降失水剂(PC-G80L，获自天津中海油服化学有限公司)、36g堵漏颗粒(PC-B69S，3种粒径的颗粒的质量比为1：1：1)、3.6g纤维(PC-B62，长纤维与短纤维的质量比为1:1)、2.4g缓凝剂(PC-H21L，购自天津中海油服化学有限公司)、2.4g消泡剂(PC-X60L，购自天津中海油服化学有限公司)和30g悬浮稳定剂(PC-GS12LL，购自天津中海油服化学有限公司)加入600g的水泥(购自淄博中昌特种水泥有限公司)及230g自来水中搅拌均匀，配制成密度为1.90g/cm3的水泥浆，即得固井用堵漏防漏水泥浆。
对比例1
采用实施例2的方法制备固井用堵漏防漏水泥浆，不同的是，不添加堵漏颗粒。
将30g聚合物降失水剂(PC-G80L，获自天津中海油服化学有限公司)、2g纤维(PC-B62，长纤维与短纤维的质量比为1:1)、2.4g缓凝剂(PC-H21L，购自天津中海油服化学有限公司)、2.4g消泡剂(PC-X60L，购自天津中海油服化学有限公司)和30g悬浮稳定剂(PC-GS12LL，购自天津中海油服化学有限公司)加入600g的水泥(购自淄博中昌特种水泥有限公司)及220g自来水中搅拌均匀，配制成密度为1.90g/cm3的水泥浆，即得固井用堵漏防漏水泥浆。
对比例2
采用实施例2的方法制备固井用堵漏防漏水泥浆，不同的是，不添加堵漏颗粒和纤维。
对比例3
采用实施例1的方法制备固井用堵漏防漏水泥浆，不同的是，不添加堵漏颗粒。
应用实施例1
当12-1/4〞井眼在钻进时发生漏失，此时钻铤的环空返速V是1.38m/s，该井眼的半径为155.575mm，现场反馈此时钻井Q漏失为4.869m3/小时，则A＝Q漏失/V＝9.8015*10-4m2；根据A＝π(r井眼+X)2-πr井眼2，求得堵 漏裂缝平均宽度X为1mm。根据堵漏裂缝的平均宽度选择堵漏颗粒的粒径。如表2所示。
表2堵漏颗粒的粒径
将实施例1-6和对比例1-3的产品用于12-1/4〞井眼的堵漏实验。依据水泥浆漏失情况判断堵漏结果，测试结果如表3所示，表中的测试结果是通过动态裂缝堵漏仪得出。浆体没有100％漏失说明堵漏成功。
表3测试结果
堵漏成功指水泥浆在通过该裂缝大小的地层时可以形成网状骨架结构，从而封堵该裂缝使原来的裂缝消失不再发生漏失现象；堵漏失败指水泥浆在通过该裂缝大小的地层时不能形成有效的网状骨架结构从而不能封堵该裂缝继续发生漏失现象。
由表3可知，本申请提供的固井用堵漏防漏水泥浆均堵漏成功；对比实例由于没有加入堵漏颗粒没有形成有效的骨架结构致使水泥浆完全漏失掉。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种固井用堵漏材料，其特征在于，所述堵漏材料包括堵漏颗粒、纤维、聚合物降失水剂和水泥；相对于100重量份的所述水泥，所述堵漏颗粒的含量为2～6重量份，所述纤维的含量为0.25～0.6重量份，所述聚合物降失水剂的含量为5～10重量份；
其中，所述堵漏颗粒具有2种或更多种依次减小的粒径，其中，所述堵漏颗粒中第1种粒径为堵漏裂缝宽度的1/3-2/3，所述堵漏颗粒中第n种粒径为所述第n-1种粒径的1/3-2/3，所述n≥2，且n为自然数；所述堵漏颗粒中每种粒径的颗粒的重量相同。
2.根据权利要求1所述的堵漏材料，其中，所述堵漏材料还包括缓凝剂、消泡剂和悬浮稳定剂中的一种或多种，其中，所述缓凝剂的含量为0.3～1.5重量份、所述消泡剂的含量为0.3～1重量份，所述悬浮稳定剂的含量为2～7重量份。
3.根据权利要求1所述的堵漏材料，其中，所述纤维包括短纤维和长纤维，所述短纤维与所述长纤维的长度比为1:1.5-3；所述短纤维与所述长纤维的质量比为1：1-2；
所述堵漏颗粒选自碳酸钙颗粒；
所述纤维选自酸溶性玻璃纤维；
所述聚合物降失水剂选自含有AMPS单体的聚合物降失水剂。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的堵漏材料，其中，所述堵漏颗粒具有2种依次减小的粒径，所述堵漏颗粒中第1种粒径为堵漏裂缝宽度的1/3-2/3，所述堵漏颗粒中第2种粒径为所述第1种粒径的1/3-2/3。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的堵漏材料，其中，所述堵漏颗粒具有3种依次减小的粒径，所述堵漏颗粒中第1种粒径为堵漏裂缝宽度的1/3-2/3，所述堵漏颗粒中第2种粒径为所述第1种粒径的1/3-2/3，所述堵漏颗粒中第3种粒径为所述第2种粒径的1/3-2/3。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的堵漏材料，其中，所述堵漏颗粒中的最小粒径为0.08mm。
7.一种固井用堵漏防漏水泥浆，所述固井用堵漏防漏水泥浆包括如权利要求1-6中任一项所述的固井用堵漏材料和水，其中，相对于100重量份的所述水泥，所述水的含量为36-38.3重量份。
8.一种如权利要求1-6中任一项所述的固井用堵漏材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括将所述重量份的纤维、堵漏颗粒、聚合物降失水剂和可选地缓凝剂、消泡剂、悬浮稳定剂与水泥均匀混合，即得所述固井用堵漏材料。
9.一种使用如权利要求7所述的固井用堵漏防漏水泥浆的堵漏方法，其特征在于，所述堵漏方法包括如下步骤：
估算固井中堵漏裂缝的平均宽度；
根据堵漏裂缝的平均宽度，选择粒径依次减小的堵漏颗粒；
将含有所述堵漏颗粒的固井用堵漏防漏水泥浆注入井中。
10.根据权利要求9所述的堵漏方法，其中，估算固井中堵漏裂缝平均宽度的公式为：
A＝Q漏失/V
其中，A为钻井漏失面的截面积；
Q漏失为钻井每小时的漏失量；
V为环空返速；
A＝π(r井眼+X)2-πr井眼 2
其中，A为钻井漏失面的截面积；
r井眼为井眼钻头的半径；
π为3.14；
X为堵漏裂缝平均宽度；
通过该公式可计算获得X。
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