CN106833572B - 一种固化水暂堵压井工作液及其制备、排液方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种固化水暂堵压井工作液，包括10～40％的固化水体系和60～90％的防膨稳定液，固化水体系由下述组分按下述质量百分比组成：1.1～1.5％主剂，0.3％～0.5％固化引发剂，余量为水；该工作液的制备方法包括：步骤1)取配方量主剂2)取配方量固化引发剂、防膨剂3)将配方量清水注入容器中，依次加入配方量主剂和固化引发剂，搅拌均匀即得固化水体系4)加入配方量的防膨稳定液，即得固化水暂堵压井液，并采用酸化破胶与液氮排液相结合的排液方法。该工作液制备工艺简单，无需胶体保护剂，大大提高了堵漏效率，减少堵漏成本，减少了地层伤害，解决了气井施工过程中塌漏同存，储层保护性能差的问题，对加快油气勘探开发速度具有重要的现实意义。
Description
技术领域
本发明涉及油气田钻井作业中的钻井液研究领域，具体涉及一种适合致密气层易坍塌井段的低伤害固化水暂堵压井工作液及其制备、排液方法。
背景技术
陇东地区气田储层埋藏深度达4200m以上，属于鄂尔多斯盆地开发最深的区域，目前，陇东地区逐步扩大开发气田规模，在气井施工过程暴露出一些瓶颈问题，制约该地区的气井钻井施工速度。钻井方面遇到的主要问题有：
1)储层埋藏深达4200-5000m，属于鄂尔多斯盆地开发最深的区域，井底压力大，井底温度高，最高达到130℃；
2)中统直罗组夹杂砂砾岩，均质性差，易坍塌，安全钻进风险高；
3)钻至延长组，密度在1.2g/cm3之后，容易发生漏失，塌漏同存，问题突出；
4)现场钻井液体系抑制性、抗温性、储层保护等性能差。
发明内容
本发明的目的是克服陇东地区气井施工过程中塌漏同存，储层保护性能差的问题。
为此，本发明提供了一种固化水暂堵压井工作液，包括10～40％的固化水体系和60～90％的防膨稳定液，所述的固化水体系和防膨稳定液的质量百分比分别占10～40％和60～90％，所述的固化水体系由下述组分按下述质量百分比组成：1.1～1.5％主剂，0.3％～0.5％固化引发剂，余量为水。
所述主剂为接枝了羟乙基纤维素的聚丙烯酸盐改性吸水树脂。
所述接枝了羟乙基纤维素的聚丙烯酸盐改性吸水树脂的制备方法包括以下步骤：a)将10-15g羟乙基纤维素溶于50-75ml蒸馏水中，搅拌的同时加入150ml分散介质、7.5ml分散剂；b)缓缓加入150-350ml聚丙烯酸盐中和液、0.5g引发剂和10-15g交联剂，升温至65℃，在氮气保护下反应6h；c)待反应结束后，过滤、洗涤、干燥并粉碎，即制得接枝了羟乙基纤维素的聚丙烯酸盐改性吸水树脂。
所述的分散介质为环己烷，分散剂为山梨糖醇酐油酸酯；所述的引发剂为硝酸铈；所述的交联剂为N，N-甲基双丙烯酰胺。
所述羟乙基纤维素的接枝率为20-40％。
所述固化引发剂为三乙醇胺或乙二醇二丙烯酸。
所述的防膨稳定液由1～5％防膨剂和95～99％的水混合搅拌而成。
所述防膨剂选取氯化钾、甲酸钾、吉米奇季铵盐和高温膨胀率不小于70％的高效粘土防膨剂中的一种。
上述的一种固化水暂堵压井工作液的制备方法，包括如下步骤：
1)取配方量的主剂；
2)取配方量的固化引发剂、防膨剂；
3)将配方量的清水注入容器中，依次加入配方量的主剂和固化引发剂，搅拌均匀即得固化水体系；
4)在压井过程中向已注入的固化水体系中再加入配方量的防膨稳定液，制得所需固化水暂堵压井液。
上述该固化水暂堵压井工作液的排液方法，采用的是酸化破胶与液氮排液相结合的方法，具体包括以下步骤：首先加入盐酸对压井工作液进行破胶，再通过液氮泵车把罐内的液氮泵入井内，通过减压升温作用，液氮变成氮气顶替出井内液体，完成排液。
本发明的有益效果：
1.本发明的这种低伤害固化水暂堵压井工作液制备方法简单，制备工艺简单，无需胶体保护剂，大大提高了堵漏效率，减少堵漏成本，减少了地层伤害，解决了气井施工过程中塌漏同存，储层保护性能差的问题。
2.本发明的这种低伤害固化水暂堵压井工作液所选择主剂为改性高吸水树脂，该高吸水树脂具有较好的吸水倍率和凝胶强度。
3.本发明的这种低伤害固化水暂堵压井工作液所选固化引发剂的抗盐性强，所选防膨剂的防膨率较高。
4.本发明的这种低伤害固化水暂堵压井工作液有效实现了保护施工气井产能的目的，对加快油气勘探开发速度具有重要的现实意义，而且具有良好的经济效益、环境保护作用和较大的推广应用前景。
5.本发明采用的酸化破胶与液氮排液相结合的排液方法，其工艺简单，效率高，无污染，是一种安全性高的排液方法。
附图说明
图1为不同种类吸水树脂的保水率对比图。
具体实施方式
实施例1
为了克服陇东地区气井施工过程中塌漏同存，储层保护性能差的问题，本发明提供了一种固化水暂堵压井工作液，包括10～40％的固化水体系和60～90％的防膨稳定液，所述的固化水体系由下述组分按下述质量百分比组成：1.1～1.5％主剂，0.3％～0.5％固化引发剂，余量为水。
上述固化水暂堵压井工作液的制备方法，包括如下步骤：
1)取配方量的主剂；
2)取配方量的固化引发剂、防膨剂；
3)将配方量的清水注入容器中，依次加入配方量的主剂和固化引发剂，搅拌均匀即得固化水体系；
4)在压井过程中向已注入的固化水体系中再加入配方量的防膨稳定液，制得所需固化水暂堵压井液。
本发明的这种低伤害固化水暂堵压井工作液利用接枝了羟乙基纤维素的聚丙烯酸盐改性吸水树脂作为主剂，使用胺类固化引发剂，优化固化水暂堵压井液体系，得到最终所需的压井液。
实施例2
在实施例1的基础上，一种固化水暂堵压井工作液，包括固化水体系和防膨稳定液，所述的固化水体系的注入量占井筒容积的10～40％，防膨稳定液的注入量占井筒容积的60～90％，所述的固化水体系由下述组分按下述质量百分比组成：1.1～1.5％主剂，0.3％～0.5％固化引发剂，余量为水；所述主剂为接枝了羟乙基纤维素的聚丙烯酸盐改性吸水树脂，且羟乙基纤维素的接枝率为20-40％，该改性吸水树脂的制备方法包括以下步骤：a)将10-15g羟乙基纤维素溶于50-75ml蒸馏水中，搅拌的同时加入150ml分散介质、7.5ml分散剂；b)缓缓加入150-350ml聚丙烯酸盐中和液、0.5g引发剂和10-15g交联剂，升温至65℃，在氮气保护下反应6h；c)待反应结束后，过滤、洗涤、干燥并粉碎，即制得接枝了羟乙基纤维素的聚丙烯酸盐改性吸水树脂。所述的分散介质为环己烷，分散剂为山梨糖醇酐油酸酯；所述的引发剂为硝酸铈；所述的交联剂为N，N-甲基双丙烯酰胺。
所述固化引发剂为三乙醇胺或乙二醇二丙烯酸。所述的防膨稳定液由1～5％防膨剂和95～99％的水混合搅拌而成；所述防膨剂选取氯化钾、甲酸钾、吉米奇季铵盐和强阳离子有机聚合物型高效粘土防膨剂S-403中的一种。
(1)主剂的选择
选用6种吸水树脂作为主剂，分析其保水率情况，如图1所示：
由图1可以看出，HJ-4(接枝了羟乙基纤维素的聚丙烯酸盐改性吸水树脂-20，羟乙基纤维素的接枝率为20％)、HJ-5(接枝了羟乙基纤维素的聚丙烯酸盐改性吸水树脂-25，羟乙基纤维素的接枝率为20％)、AS-6(接枝了羟乙基纤维素的聚丙烯酸盐改性吸水树脂-033，羟乙基纤维素的接枝率为33％)和GXG-1(接枝了羟乙基纤维素的聚丙烯酸盐改性吸水树脂-040，羟乙基纤维素的接枝率为40％)四种吸水树脂的保水率较高，均达到70％以上，其余两种BM-3(聚乙烯醇树脂SW-1)和CQ-1(聚乙烯醇树脂JW-600)的保水率较低，只有50％左右。因此从保水率来看，主剂选择HJ-4、HJ-5、AS-6、GXG-1较为合适。
对使用的吸水树脂从吸水倍率和凝胶强度两方面来分析，其吸水倍率和凝胶强度如下表1所示：
表1为高吸水树脂的吸水倍率和凝胶强度
| 样品 | 吸水倍率 | 凝胶强度 | 样品 | 吸水倍率 | 凝胶强度 |
| HJ-4 | ＞300 | 好 | AS-6 | ＞300 | 好 |
| HJ-5 | ＞300 | 好 | GXG-1 | ＞300 | 好 |
由上表中可以看出，选用的HJ-4、HJ-5、AS-6、GXG-1这四种吸水树脂，其吸水倍率和凝胶强度均较好，因此可以使用其作为主剂。
(2)固化引发剂的选取
以凝胶在2％NaCl和0.5％CaCl2盐水中、90℃脱水状况来考察其抗盐性，结果如下表2所示：
表2为凝胶抗盐性
从上表可以看出，GC-4(三乙醇胺)和GC-5(乙二醇二丙烯酸)作为固化引发剂时的凝胶脱水比GC-1(二甘醇胺)、GC-2(聚乙二醇二胺)和GC-3(甲氧基聚乙二醇胺)都少，说明其抗盐性强，因此我们选用GC-4和GC-5作为暂堵液的固化引发剂。
(3)防膨剂的选取
选取10种防膨剂，采用离心法测试其防膨率，其结果如下表3所示：
表3为防膨率测试结果
| 防膨剂 | FC-1 | FC-2 | FC-3 | FC-4 | FC-5 |
| 防膨率(％) | ＜65 | ＜70 | ＜70 | ＜75 | ＜80 |
| 防膨剂 | FC-6 | FC-7 | FC-8 | FC-9 | FC-10 |
| 防膨率(％) | ＜80 | ＞80 | ＞80 | ＞80 | ＞80 |
根据上表测试结果可以看出，选用FC-7(氯化钾)、FC-8(甲酸钾)、FC-9(吉米奇季铵盐)和FC-10(强阳离子有机聚合物型高效粘土防膨剂S-403)作为防膨剂时其防膨率均较高，都在80％以上，而FC-1(硫酸钾)、FC-2(硝酸钠)、FC-3(氯化钠)、FC-4(甲酸钠)、FC-5(苯甲酸钾)和FC-6(二甲酸钾)的防膨率较低，在80％以下。因此我们选用FC-7、FC-8、FC-9和FC-10作为防膨剂。
通过对主剂和各辅助材料以及防膨剂的性能测试，固化水暂堵压井液体系优选结果如下：主剂选用HJ-4(接枝了羟乙基纤维素的聚丙烯酸盐改性吸水树脂-125)、HJ-5(接枝了羟乙基纤维素的聚丙烯酸盐改性吸水树脂-160)、AS-6(接枝了羟乙基纤维素的聚丙烯酸盐改性吸水树脂-033)和GXG-1(接枝了羟乙基纤维素的聚丙烯酸盐改性吸水树脂W-2)中的一种；固化引发剂选用GC-4(三乙醇胺)和GC-5(乙二醇二丙烯酸)中的一种；防膨剂选用FC-7(氯化钾)、FC-8(甲酸钾)、FC-9(吉米奇季铵盐)和FC-10(强阳离子有机聚合物型高效粘土防膨剂S-403)中的一种。
该固化水暂堵压井工作液的制备方法，包括如下步骤：
1)选择合适的吸水树脂作为主剂；
2)选取适当的固化引发剂、防膨剂；
3)取一定量的清水注入容器中，依次加入1.1-1.5％主剂，0.3％-0.5％固化引发剂，搅拌均匀即得固化水体系；
4)在压井过程中根据现场固化水体系的使用情况配合防膨剂，制得所需固化水暂堵压井液。
该固化水暂堵压井工作液的排液方法，采用的是酸化破胶与液氮排液相结合的方法，具体包括以下步骤：首先加入盐酸对压井工作液进行破胶，再通过液氮泵车把罐内的液氮泵入井内，通过减压升温作用，液氮变成氮气顶替出井内液体，放气后减少液柱对产层的压力，是一种安全的排液方法。
实施例3：
本实施例提供了一种低伤害固化水暂堵压井工作液，选择接枝了羟乙基纤维素的聚丙烯酸盐改性吸水树脂-20作为主剂；三乙醇胺作为固化引发剂、高效粘土防膨剂S-403作为防膨剂，并将其配制成质量百分比为1％的防膨稳定液，所述的高效粘土防膨剂S-403为现有产品，购自东营市胜都石油技术有限公司；取98％的清水注入容器中，依次加入上述1.5％的主剂、0.5％的固化引发剂，搅拌均匀即得固化水体系，固化水体系用量为3-5m3，防膨稳定液用量为20-40m3即为所需固化水暂堵压井液。
实验表明所得的固化水暂堵压井液的吸水率较大，达到275，凝胶强度为640，保水率72％。其抗盐性较强，在盐水中的脱水量为76％，并且得到的凝胶稳定性较好，20天后仍有60％。此外其抗温性较好，在较高温度下仍有较高粘度。
实施例4：
本实施例提供了一种低伤害固化水暂堵压井工作液，选择接枝了羟乙基纤维素的聚丙烯酸盐改性吸水树脂-25作为主剂；三乙醇胺作为固化引发剂；甲酸钾作为防膨剂，并将其配制成质量比为2％的防膨稳定液，；取98.25％的清水注入容器中，依次加入上述1.35％的主剂、0.4％的固化引发剂，搅拌均匀即得固化水体系，固化水用量为3-5m3，防膨稳定液用量为20-40m3，即为所需固化水暂堵压井工作液。
实验表明所得的暂堵压井工作液的吸水率较大，达到245，凝胶强度为630，保水率73％；其抗盐性较强，在盐水中的脱水量为80％，并且得到的凝胶稳定性较好，20天后仍有55％；此外其抗温性较好，在较高温度下仍有较高粘度。
实施例5：
本实施例提供了一种低伤害固化水暂堵压井工作液，选择接枝了羟乙基纤维素的聚丙烯酸盐改性吸水树脂-33作为主剂；三乙醇胺作为固化引发剂；氯化钾作为防膨剂，并将其配制成质量比为4％的防膨稳定液；取98.6％的清水注入容器中，依次加入上述1.1％的主剂、0.3％的固化引发剂，搅拌均匀即得固化水体系，固化水用量为3-5m3，防膨稳定液用量为20-40m3，即为所需固化水暂堵压井工作液。
实验表明所得的暂堵压井工作液的吸水率较大，达到250，凝胶强度为630，保水率73％；其抗盐性较强，在盐水中的脱水量为75％，并且得到的凝胶稳定性较好，20天后仍有56％；此外其抗温性较好，在较高温度下仍有较高粘度。
实施例6：
本实施例提供了一种低伤害固化水暂堵压井工作液，选择接枝了羟乙基纤维素的聚丙烯酸盐改性吸水树脂-40作为主剂；三乙醇胺作为固化引发剂；高效粘土防膨剂S-403作为防膨剂，并将其配制成质量比为5％的防膨稳定液；取98.3％的清水注入容器中，依次加入上述1.2％的主剂、0.5％的固化引发剂，搅拌均匀即得固化水体系，固化水用量为3-5m3，防膨稳定液用量为20-40m3，即为所需固化水暂堵压井工作液。
实验表明所得的暂堵压井工作液的吸水率较大，达到240，凝胶强度为625，保水率72％；其抗盐性较强，在盐水中的脱水量为79％，并且得到的凝胶稳定性较好，20天后仍有55％；此外其抗温性较好，在较高温度下仍有较高粘度。
实施例7：
本实施例提供了一种低伤害固化水暂堵压井工作液，选择接枝了羟乙基纤维素的聚丙烯酸盐改性吸水树脂-20作为主剂；三乙醇胺作为固化引发剂；吉米奇季铵盐作为防膨剂，并将其配制成质量比为3％的防膨稳定液；取98.25％的清水注入容器中，依次加入上述1.35％的主剂、0.4％的固化引发剂，搅拌均匀即得固化水体系，固化水用量为3-5m3，防膨稳定液用量为20-40m3，即为所需固化水暂堵压井工作液。
实验表明所得的暂堵压井工作液的吸水率较大，达到260，凝胶强度为620，保水率74％；其抗盐性较强，在盐水中的脱水量为76％，并且得到的凝胶稳定性较好，20天后仍有58％；此外其抗温性较好，在较高温度下仍有较高粘度。
实施例8：
本实施例提供了一种低伤害固化水暂堵压井工作液，选择接枝了羟乙基纤维素的聚丙烯酸盐改性吸水树脂-25作为主剂；三乙醇胺作为固化引发剂；吉米奇季铵盐作为防膨剂，并将其配制成质量比为3％的防膨稳定液；取98.6％的清水注入容器中，依次加入上述1.1％的主剂、0.3％的固化引发剂，搅拌均匀即得固化水体系，固化水用量为3-5m3，防膨稳定液用量为20-40m3，即为所需固化水暂堵压井工作液。
实验表明所得的暂堵压井工作液的吸水率较大，达到270，凝胶强度为640，保水率74％；其抗盐性较强，在盐水中的脱水量为78％，并且得到的凝胶稳定性较好，20天后仍有55％；此外其抗温性较好，在较高温度下仍有较高粘度。
综上所述，本实施例3-8的这种低伤害固化水暂堵压井工作液制备工艺简单，不仅能提高堵漏效率，减少堵漏成本，减少了地层伤害，有效实现了保护施工气井产能的目的，对加快油气勘探开发速度具有重要的现实意义，而且具有良好的经济效益、环境保护作用和较大的推广应用前景。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种固化水暂堵压井工作液，其特征在于：包括固化水体系和防膨稳定液，所述的固化水体系和防膨稳定液的质量百分比分别占10~40%和60~90%，所述的固化水体系由下述组分按下述质量百分比组成：1.1~1.5%主剂，0.3%~0.5%固化引发剂，余量为水；所述主剂为接枝了羟乙基纤维素的聚丙烯酸盐改性吸水树脂；所述接枝了羟乙基纤维素的聚丙烯酸盐改性吸水树脂的制备方法包括以下步骤：a )将10-15g羟乙基纤维素溶于50-75ml蒸馏水中，搅拌的同时加入150ml分散介质、7.5ml分散剂；b )缓缓加入150-350ml聚丙烯酸盐中和液、0.5g引发剂和10-15g交联剂，升温至65℃ ，在氮气保护下反应6 h；c)待反应结束后，过滤、洗涤、干燥并粉碎，即制得接枝了羟乙基纤维素的聚丙烯酸盐改性吸水树脂；所述的分散介质为环己烷，分散剂为山梨糖醇酐油酸酯；所述的引发剂为硝酸铈；所述的交联剂为N，N-甲基双丙烯酰胺；所述固化引发剂为三乙醇胺或乙二醇二丙烯酸；所述的防膨稳定液由1~5%防膨剂和95~99%的水混合搅拌而成；所述防膨剂选取氯化钾、甲酸钾、吉米奇季铵盐。
2.根据权利要求1所述的一种固化水暂堵压井工作液，其特征在于：所述羟乙基纤维素的接枝率为20-40%。
3.根据权利要求1所述的一种固化水暂堵压井工作液的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）取配方量的主剂；
2）取配方量的固化引发剂、防膨剂；
3）将配方量的清水注入容器中，依次加入配方量的主剂和固化引发剂，搅拌均匀即得固化水体系；
4）在压井过程中向固化水体系中加入配方量的防膨稳定液，制得所需固化水暂堵压井液。
4.根据权利要求1所述的一种固化水暂堵压井工作液的排液方法，其特征在于：采用的是酸化破胶与液氮排液相结合的方法，具体包括以下步骤：首先加入盐酸对压井工作液进行破胶，再通过液氮泵车把罐内的液氮泵入井内，通过减压升温作用，液氮变成氮气顶替出井内液体，完成排液。
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