CN106701049A - 微细颗粒型水平井堵水剂组合物及其应用 - Google Patents

微细颗粒型水平井堵水剂组合物及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种微细颗粒型水平井堵水剂组合物及其应用，该堵水剂组合物的原料组成包括微细颗粒型无机胶凝剂、激活剂、缓凝剂和分散剂，各组分重量配比为：微细颗粒型无机胶凝剂10～60重量份，激活剂2～10重量份，缓凝剂5～15重量份，分散剂1～5重量份；该胶凝剂是由低钙白云石、高硅型铁尾矿与粘土按照1：2.5～3.5：0.5～2.5的重量比混合后经烧制、研磨而成。本发明的微细颗粒型水平井堵水剂组合物在常温下即可配制成悬浮液作为堵水剂使用，降低操作成本，且具有高水硬性、高度缓凝性、高封堵率，为油田提供高性价比的调堵材料。

Description

微细颗粒型水平井堵水剂组合物及其应用
技术领域
本发明涉及一种采油用化学剂，具体是一种微细颗粒型水平井堵水剂组合物及其应用，所述堵水剂组合物包括无机凝胶材料，可用于稠油油藏筛管完井的水平井堵水调剖技术领域。
背景技术
稠油油藏筛管完井水平井技术的应用过程中，油井高含水是一个影响生产的普遍性问题。解决该问题需要依靠堵水技术。而堵水剂是技术关键和技术瓶颈。对堵水剂的要求是耐温(350℃)、施工安全性高、有效期长，有机凝胶类不耐高温，不能应用于热采为主的稠油水平井，而目前能满足长期耐高温的低成本胶凝材料只有无机物。无机胶凝材料一般在建筑行业研究、应用较多，已开发了很多用于不同环境下的特种无机材料，在某些方面具有特殊的性能。利用这些特种无机胶凝材料作为基础材料，经改性可研制出满足稠油热采水平井堵水的无机堵水剂。
目前无机类堵水剂以水泥为主，凝固过程受温度、环境的限制，固化时间一般较短，难以保证施工的安全性，对于水平井堵水风险尤其巨大；配制和注入工艺不能满足大剂量、大半径封堵的要求；受水泥性能影响，封堵效果也较差。
此外，现有技术中的一些堵水复合添加剂材料，通常配制成堵水悬浮液后需要经过80～85℃加热才能活化使用，而实际应用中，成百上千方的悬浮液要加热到这个温度并进行搅拌是很困难的，操作成本较高。
因此，研究一种安全性高、封堵性能好、成本低的水泥替代堵剂是十分必要和现场急需的。
发明内容
本发明的目的是专门为稠油热采水平井堵水而研制的一种特殊的微细颗粒型水平井堵水剂系列配方，提高水硬性、高度缓凝性、高封堵率，降低材料成本和操作成本，为油田提供高性价比的耐高温调堵材料。
本发明提供了一种微细颗粒型水平井堵水剂，其是专门为稠油热采水平井堵水而研制的一种特殊的无机材料，它具有水硬性、高度缓凝性、高封堵率和足够低的材料成本和操作成本，为油田提供高性价比的高温调堵材料。
本发明的微细颗粒型水平井堵水剂，是由微细颗粒型无机胶凝剂、激活剂、缓凝剂、分散剂等，按适当比例复配而成的新型堵水材料。
具体而言，本发明提供了一种微细颗粒型水平井堵水剂组合物，该堵水剂组合物的原料组成包括微细颗粒型无机胶凝剂、激活剂、缓凝剂和分散剂，各组分重量配比为：
其中，所述微细颗粒型无机胶凝剂是由低钙白云石、高硅型铁尾矿与粘土按照1：2.5～3.5：0.5～2.5的重量比混合后经烧制、研磨而成。
本发明的水平井堵水剂组合物，其为微细颗粒型堵水剂组合物，组合物中各组分粒径在50μm以下。
根据本发明的具体实施方案，本发明的微细颗粒型水平井堵水剂组合物中，所述微细颗粒型无机胶凝剂的烧制条件为1300～1500℃煅烧45～70min，冷却后研磨成粒径5～50μm的微粉，即为所述微细颗粒型无机胶凝剂。
根据本发明的具体实施方案，本发明的微细颗粒型水平井堵水剂组合物，所述微细颗粒型无机胶凝剂中，所述低钙白云石为所含CaO与MgO的质量比小于1.4的白云石。
根据本发明的具体实施方案，本发明的微细颗粒型水平井堵水剂组合物，所述微细颗粒型无机胶凝剂中，所述高硅型铁尾矿中主要成分为：二氧化硅含量40％～60％、氧化铁含量20％～30％、氧化镁含量10％～15％、氧化钙含量3％～10％。其余成分为含有少量的铝、钴、镍等金属化合物杂质。
根据本发明的具体实施方案，本发明的微细颗粒型水平井堵水剂组合物，所述微细颗粒型无机胶凝剂中，所述粘土中SiO2含量40％～55％、Fe2O3含量1％～4％、Al2O3含量20％～25％。
根据本发明的具体实施方案，本发明的微细颗粒型水平井堵水剂组合物中，所述激活剂为硫酸铝和/或氧化钙。激活剂与水缓慢反应生成络合物，对微细颗粒型无机胶凝剂发生浸润，形成弱碱性包裹层，在少量凝胶的粘接作用下逐渐连成网络结构并硬化，从而使凝胶溶液最终形成固结体。
根据本发明的具体实施方案，本发明的微细颗粒型水平井堵水剂组合物中，所述缓凝剂为钠膨润土和/或有机膨润土，缓凝剂的胶质价大于99ml/15g，吸蓝量大于80mmol/g。作用是调节胶凝反应时间，防止闪凝现象发生。
根据本发明的具体实施方案，本发明的微细颗粒型水平井堵水剂组合物中，所述分散剂为直链淀粉，如玉米淀粉、马铃薯粉等，优选地，本发明中所用直链淀粉为低分子量淀粉，其分子量不大于50000。低分子量淀粉在本发明的组合物中的主要作用是增加溶液粘度和悬浮能力，提高悬浮液的稳定性。
本发明还提供了一种微细颗粒型水平井堵水剂，其是将所述的堵水剂组合物与水混合配制成的悬浮液，可将堵水剂组合物中的微细颗粒型无机胶凝剂、分散剂、缓凝剂、激活剂等组分依次加入到水中配制悬浮液，也可以是先将堵水剂组合物中的各组分混合(可根据需要研磨至粒径在50μm以下)后加入到水中配制悬浮液。其中，悬浮液中堵水剂组合物的质量浓度优选为20％～40％。本发明的堵水剂组合物，于常温下即可配制成所述的堵水剂悬浮液，例如于18～30℃下搅拌10～40min，即可形成稳定均匀的悬浮液，而无需如传统的堵水添加剂般需要经过80～85℃加热才能活化使用，从而，本发明的堵水剂可极大地降低操作难度和使用成本。并且，本发明的堵水剂具有高度的施工安全性和超大处理半径，可满足稠油热采水平井堵水调剖的需要。
本发明还提供了利用本发明所述的堵水剂进行水平井堵水的方法，其中是按比例将所述的微细颗粒型无机胶凝剂、分散剂、缓凝剂、激活剂加入水中(可将各组分逐一添加到水中，也可混合后加入到水中)，搅拌溶解，配制成悬浮液(通常于18℃～30℃下搅拌10～40min即可形成稳定均匀的悬浮液)，优选地，悬浮液中堵水剂组合物的质量浓度优选为20％～40％。之后利用调剖泵或水泥车注入地层的出水层，固化后即可形成高强度封堵。
本发明的微细颗粒型水平井堵水剂中的成分—微细颗粒型无机胶凝剂具有潜在的硬化性能，常温常压下呈化学惰性，30℃以上的温度、激活剂是激发其反应活性的两个必要条件。在地层条件下，堵水剂经活化期、水硬期、强度增长期三个阶段，生成高强度的凝胶体，降低出水层段的渗透性，达到堵水的目的。主要特点：
1.高度的安全性和良好的可泵注性能；
2.足够宽的稠化和固化时间调节范围，可具有最长达10天的超长缓凝时间；
3.极低的材料成本；
4.由于材料粒度小于50μm，具有较强的通过能力，特别适用筛管完井水平井堵水作业。
由于本发明的微细颗粒型水平井堵水剂在激活剂作用下和高于30℃的温度条件下即可凝胶固化形成整体封堵物，因此，它即可满足高温注汽井、也可用于低温油水井的调堵作业。由于其低成本、低稠度、易泵性和耐温性，特别适用于需要大剂量注入的稠油热采水平井堵水，对于解决目前的稠油水平井堵水难题具有重要的意义。
具体实施方式
以下通过具体实施例详细说明本发明的技术及特点，但这些实施例并非用以限定本发明的保护范围。各实施例中的各原始材料均可商购获得。
实施例1
微细颗粒型无机胶凝剂：35g
硫酸铝：2g
氧化钙：3g
十八烷基三甲基氯化铵改性膨润土(干法混合研磨，胶质价大于99ml/15g，吸蓝量大于80mmol/g)：12g
马铃薯淀粉(分子量小于50000)：2g
水：80g
其中，各固体组分为粒径50μm以下的微粉。
所述微细颗粒型无机胶凝剂的制备方法：
低钙白云石：所含CaO与MgO的质量比小于1.4的白云石；
鞍山高硅型铁尾矿：主要成分是二氧化硅(约55％)、氧化铁(约25％)、氧化镁(约10％)、氧化钙(约5％)，其余组分为少量的铝、钴、镍等金属化合物杂质；
粘土：辽宁黑山产粘土，主要成分为SiO2(约50％)、Fe2O3(约3％)、Al2O3(约25％)及少量杂质。
上述3种材料按照2：6：2的比例混合后，在1400℃煅烧60min，冷却后研磨成粒径5～50μm的微粉，作为微细颗粒型无机胶凝剂。该材料在一定温度(30℃以上)条件下，经激活剂激发可发生水化凝胶反应，生成具有一定强度的固结体。
使用方法：按比例将胶凝剂、分散剂、缓凝剂、激活剂依次加入水中，室温下搅拌30min后，形成稳定均匀悬浮液，粘度120mPa.s，室温条件下10天不固化。50℃水浴中48h固化。固化后抗压强度大于1MPa。
实施例2
微细颗粒型无机胶凝剂：25g
硫酸铝：2g
氧化钙：1g
十八烷基三甲基氯化铵改性膨润土(干法混合研磨，胶质价大于99ml/15g，吸蓝量大于80mmol/g)：12g
玉米淀粉(分子量小于50000)：3g
水：80g
其中，所述微细颗粒型无机胶凝剂的制备方法：
低钙白云石：所含CaO与MgO的质量比小于1.4的白云石；
鞍山高硅型铁尾矿：主要成分是二氧化硅(约55％)、氧化铁(约25％)、氧化镁(约10％)、氧化钙(约5％)，并含少量铝、钴、镍等金属化合物杂质；
粘土：辽宁黑山产粘土，主要成分为SiO2(约50％)、Fe2O3(约3％)、Al2O3(约25％)及少量杂质。
上述3种材料按照2：5.5：1.8的比例混合后，在1450℃煅烧50min，冷却后研磨成粒径5～50μm的微粉，作为微细颗粒型无机胶凝剂。该材料在一定温度(30℃以上)条件下，经激活剂激发可发生水化凝胶反应，生成具有一定强度的固结体。
使用方法：按比例将胶凝剂、分散剂、缓凝剂、激活剂依次加入水中，室温下搅拌10min后，形成均匀稳定悬浮液，粘度110mPa.s，室温条件下10天不固化。50℃水浴中120h固化。固化后抗压强度大于0.5MPa。

Claims (10)

1.一种微细颗粒型水平井堵水剂组合物，该堵水剂组合物的原料组成包括微细颗粒型无机胶凝剂、激活剂、缓凝剂和分散剂，各组分重量配比为：
其中，所述微细颗粒型无机胶凝剂是由低钙白云石、高硅型铁尾矿与粘土按照1：2.5～3.5：0.5～2.5的重量比混合后经烧制、研磨而成。
2.根据权利要求1所述的微细颗粒型水平井堵水剂组合物，其中，所述微细颗粒型无机胶凝剂的烧制条件为1300～1500℃煅烧45～70min，冷却后研磨成粒径5～50μm的微粉，即为所述微细颗粒型无机胶凝剂。
3.根据权利要求1所述的微细颗粒型水平井堵水剂组合物，其中，所述微细颗粒型无机胶凝剂中，低钙白云石为所含CaO与MgO的质量比小于1.4的白云石。
4.根据权利要求1所述的微细颗粒型水平井堵水剂组合物，其中，所述微细颗粒型无机胶凝剂中，高硅型铁尾矿中二氧化硅含量40％～60％、氧化铁含量20％～30％、氧化镁含量10％～15％、氧化钙含量3％～10％。
5.根据权利要求1所述的微细颗粒型水平井堵水剂组合物，其中，所述微细颗粒型无机胶凝剂中，所述粘土中SiO2含量40％～55％、Fe2O3含量1％～4％、Al2O3含量20％～25％。
6.根据权利要求1所述的微细颗粒型水平井堵水剂组合物，其中，所述激活剂为硫酸铝和/或氧化钙。
7.根据权利要求1所述的微细颗粒型水平井堵水剂组合物，其中，所述缓凝剂为钠膨润土和/或有机膨润土，缓凝剂的胶质价大于99ml/15g，吸蓝量大于80mmol/g。
8.根据权利要求1所述的微细颗粒型水平井堵水剂组合物，其中，所述分散剂为直链淀粉，例如玉米淀粉、马铃薯粉中的一种或多种，优选地，所用淀粉的分子量不超过50000。
9.一种微细颗粒型水平井堵水剂，其是将权利要求1～8任一项所述的堵水剂组合物与水混合配制成的悬浮液，其中，悬浮液中堵水剂组合物的浓度为20％～45％。
10.利用权利要求1～8任一项所述的堵水剂组合物进行水平井堵水的方法，其中是按比例将所述的微细颗粒型无机胶凝剂、分散剂、缓凝剂、激活剂加入水中，搅拌溶解，配制成悬浮液，利用调剖泵或水泥车注入地层的出水层，固化后形成高强度封堵。
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