CN107216086B - 一种防水冲蚀堵漏剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

一种防水冲蚀堵漏剂及其制备方法和应用，按重量份数计，将35‑40份的水玻璃粉加入到140‑160份的水中，搅拌水化制成第一份水溶液；将30‑65份G级水泥，0.5‑1份的氢氧化钠以及0.1‑0.5份的水泥增强剂混合均匀，得到第二份混合物；将8‑12份的丙烯酸酯加入到18‑30份的水中，搅拌乳化，制成第三份水溶液；将第二份混合物加入到第一份水溶液中，搅拌均匀后再加入第三份水溶液，混合均匀，制得防水冲蚀堵漏剂。本发明的堵漏剂耐水冲刷的性能良好，能够封堵出水层的裂缝，能在室温下，延时25‑60分钟初凝，瞬时直角增稠固化，抗压强度持续增长的效果，并对大型失返性漏失封堵效果良好。

Description

一种防水冲蚀堵漏剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种防水冲蚀堵漏剂及其制备方法和应用，属于石油钻井技术领域。
背景技术
井漏是在钻井、固井、测试或修井等各种井下作业过程中，各种工作液(包括泥浆、水泥浆、完井液及其它液体等)在压差的作用下，流进地层(渗滤过滤液不计在内)的一种井下复杂情况，是钻井工程中最普遍最常见的技术难题之一。近年来，随着油气勘探开发的进一步深入，油田钻井过程中时有不同程度发生井漏，个别区块井漏发生率高达43.2％，漏失井平均损失时间4.9天，最长堵漏时间达88天。特别是在洛河组等高含水地层发生井漏，常规的堵漏剂由于不能有效防止水层的冲刷导致堵漏效果不佳，影响了油田产能建设速度，尤其大型井漏使钻井无法进行，产建井难以顺利实施，增加了开发成本，影响建产速度。
堵漏剂作为钻井工程防漏堵漏过程中必不可少的物质基础，采用封堵效果好的堵漏剂是解决井漏问题的关键。目前，国内外堵漏剂品种很多，根据其作用机理可分为桥堵剂、高失水堵剂、暂堵剂、化学堵剂、无机胶凝堵剂和软(硬)塞类堵剂六种常见类型，这些产品均取得了一定的应用效果，但也存在一些不足。如桥堵剂难以与漏失通道的尺寸合理匹配、堵漏适应性较差，化学凝胶类堵剂具有很强的滞留能力而不受漏失通道尺寸限制但其承压效果差且成本高。无机胶凝堵剂承压强度高但易于被地层流体稀释后冲走，其他种类的堵漏剂也具有诸如此类的不足。因此，需要研制一种综合性能较好的堵漏剂，使其能够有效解决不同程度的井漏问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种堵漏剂及其制备方法和应用，能够解决高含水、含水地层水对堵漏剂的冲蚀、稀释作用，造成堵漏失败的问题，而且具备承压强度高、可变形性及与漏失地层粘结力强的性能。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种防水冲蚀堵漏剂，按重量份数计，包括35-40份的水玻璃粉，8-12份的丙烯酸酯，30-65的水泥，0.5-1份的氢氧化钠、0.1-0.5份的水泥早强剂以及158-190份的水。
本发明进一步的改进在于，按重量份数计，38-40份的水玻璃粉，10-12份的丙烯酸酯，50-65的水泥，0.5-1份的氢氧化钠、0.5-0.1份的水泥早强剂以及158-190份的水。
本发明进一步的改进在于，按重量份数计，35-28份的水玻璃粉，8-10份的丙烯酸酯，30-50的水泥，0.5-1份的氢氧化钠、0.5-0.1份的水泥早强剂以及158-190份的水。
本发明进一步的改进在于，水泥为G级水泥。
一种防水冲蚀堵漏剂的制备方法，包括以下步骤：
1)按重量份数计，将35-40份的水玻璃粉加入到140-160份的水中，搅拌水化制成第一份水溶液；
2)将30-65份G级水泥，0.5-1份的氢氧化钠以及0.1-0.5份的水泥增强剂混合均匀，得到第二份混合物；
3)将8-12份的丙烯酸酯加入到18-30份的水中，搅拌乳化，制成第三份水溶液；
4)将第二份混合物加入到第一份水溶液中，搅拌均匀后再加入第三份水溶液，混合均匀，制得防水冲蚀堵漏剂。
本发明进一步的改进在于，步骤1)中搅拌是在80-120℃下进行的。
本发明进一步的改进在于，步骤1)中搅拌是在压力为5-8MPa下进行的。
本发明进一步的改进在于，步骤3)中搅拌是在室温常压下进行的。
一种防水冲蚀堵漏剂在油气井钻井中的应用。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明提供的堵漏剂，成分为水玻璃粉、丙烯酸酯、G级水泥、氢氧化钠以及、水泥早强剂，成分简单，状态稳定。在含水地层裂缝漏失时，因该体系形成的凝胶能有效防止水的稀释剂冲蚀，能够有效封堵高含水漏失地层。并且，该堵漏剂由于可以通过对固化原料加入的量来控制稠化时间，可以结合现场施工时间进行固化胶结时间控制，达到固化时间可控的效果，同时对一般的裂缝性漏失也有非常好的封堵效果，并且为保持该堵漏剂的稳定性，在制备该体系时加入NaOH保障钻井液体系的碱性。丙烯酸酯在该堵漏剂体系中主要起固化剂的作用。本发明的防水冲蚀堵漏剂中，水泥增强剂的主要成分为甲酸钙，该原料作为固井过程中水泥浆体系的添加剂进行增强水泥石早期的强度，同时调节水泥浆的稠化时间。本发明的堵漏剂具有以下性能：a.有效封堵漏失通道，自适应性强；b.一定的可变形性，承压强度高；c.水的冲蚀作用影响较小，能够封堵高含水地层的裂缝；d.吸附功能，以便能与漏失地层产生强粘结力作用。
本发明的制备方法中，由于本发明堵漏剂中的部分组份为固体粉末，为保证各个组分在水中的分散均匀，因此将各个组分进行了水溶液处理，同时由于该堵漏剂进行混合以后在一定时间内就会凝结固化，为此，水溶液配制完成后分别用桶装储存、在施工现场再进行混合配制。同时，由于丙烯酸酯在该堵漏剂体系中主要起固化剂的作用，为此，可以结合现场的施工时间通过对丙烯酸酯加量多少来调整堵漏剂的固化时间，确保施工的安全。本发明中防水冲蚀堵漏剂中选用固体水玻璃粉是为了控制液体水玻璃的浓度及质量，确保达到分散的均匀性，避免固液严重分离的情况。本堵漏剂配制后一定时间内发生固化，为此，为了保证其在施工的安全性，配制完成后需在一定的时间内进行施工，防止固化。该发明制备的堵漏剂具有在室温下初凝时间可控、入井后体系迅速增稠、达到直角增稠的目的。该发明提供的堵漏剂具有凝胶的胶联性，在遇水层不易被稀释冲蚀，同时固化后抗压能力强，最高达到25MPa以上，同时能够封堵不同直径的裂缝漏失。该发明提供的堵漏剂具有配方材料易于购买，价格低廉的优势。
进一步的，混配第一份水溶液控制溶解的温度在80-120℃之间，压力在5-8MPa范围内，有助于水玻璃粉充分的溶解，并且可以减少混配的时间，节约操作的成本。
进一步的，制备第三份水溶液时温度、压力没有要求，在室温常压下即可操作，确保混配的均匀性便可。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的方法进行说明，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，但本发明并不局限于此。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
本发明堵漏剂的上述各组成成分均为普通市售，本发明下述实施例中所采用的原料来源如下：
固体水玻璃粉：河北力天化工有限公司；
丙烯酸酯：山东青岛汇德新科建材有限公司；
G级水泥：宁夏瀛海水泥厂；
氢氧化钠：西安银河化工原料公司；
水泥早强剂：上海丽瑞化工有限公司。
实施例1
本实施例的防水冲蚀堵漏剂，按重量份数计，包括如下组份：
固体水玻璃粉：35重量份
丙烯酸酯：8重量份
G级水泥：30重量份
氢氧化钠：0.5重量份
水泥早强剂：0.2重量份。
本实施例的防水冲蚀堵漏剂按如下方法制备：
1)按重量份数计，将35重量份的固体水玻璃粉加入到80℃的140重量份的水中，在5MPa压力下充分搅拌水化制成第一份水溶液；
2)将30重量份G级水泥，0.5重量份的氢氧化钠，0.2重量份的水泥增强剂混合均匀，得到第二份混合物。
3)将8重量份的丙烯酸酯室温常压下加入到20重量份的水中充分搅拌，彻底乳化制成第三份水溶液；
4)将第二份混合物加入第一份水溶液中在室温、常压下充分搅拌均匀、再加入第三份水溶液，混合均匀，制得防水冲蚀堵漏剂。
实施例2
本实施例的防水冲蚀堵漏剂，包括如下组份：
固体水玻璃粉：35重量份
丙烯酸酯：10重量份
G级水泥：30重量份
氢氧化钠：0.5重量份
水泥早强剂：0.2重量份。
本实施例的防水冲蚀堵漏剂按如下方法制备：
1)将35重量份的固体水玻璃粉加入到80℃的140重量份的水中，在5MPa压力下充分搅拌水化制成第一份水溶液；
2)将30重量份G级水泥，0.5重量份的氢氧化钠，0.2重量份的水泥增强剂混合均匀，得到第二份混合物。
3)将10重量份的丙烯酸酯室温常压下加入到25重量份的水中充分搅拌，彻底乳化制成第三份水溶液；
4)将第二份混合物加入第一份水溶液中在室温、常压下充分搅拌均匀、再加入第三份水溶液，混合均匀，制得防水冲蚀堵漏剂。
实施例3
本实施例的防水冲蚀堵漏剂，包括如下组份：
固体水玻璃粉：38重量份
丙烯酸酯：10重量份
G级水泥：50重量份
氢氧化钠：0.7重量份
水泥早强剂：0.4重量份。
本实施例的防水冲蚀堵漏剂按如下方法制备：
1)将38重量份的固体水玻璃粉加入到100℃的152重量份的水中，在6MPa压力下充分搅拌水化制成第一份水溶液；
2)将50重量份G级水泥，0.7重量份的氢氧化钠，0.4重量份的水泥增强剂混合均匀，得到第二份混合物。
3)将10重量份的丙烯酸酯室温常压下加入到25重量份的水中充分搅拌彻底乳化制成第三份水溶液；
4)将第二份混合物加入第一份水溶液中在室温、常压下充分搅拌均匀、再加入第三份水溶液，混合均匀，制得防水冲蚀堵漏剂。
实施例4
本实施例的防水冲蚀堵漏剂，包括如下组份：
固体水玻璃粉：40重量份
丙烯酸酯：10重量份
G级水泥：50重量份
氢氧化钠：0.7重量份
水泥早强剂：0.4重量份。
本实施例的防水冲蚀堵漏剂按如下方法制备：
1)将40重量份的固体水玻璃粉加入到100℃的160重量份的水中，在6MPa压力下充分搅拌水化制成第一份水溶液；
2)将50重量份G级水泥，0.7重量份的氢氧化钠，0.4重量份的水泥增强剂混合均匀，得到第二份混合物。
3)将10重量份的丙烯酸酯室温常压下加入到25重量份的水中充分搅拌彻底乳化制成第三份水溶液；
4)将第二份混合物加入第一份水溶液中在室温、常压下充分搅拌均匀、再加入第三份水溶液，混合均匀，制得防水冲蚀堵漏剂。
实施例5
本实施例的防水冲蚀堵漏剂，包括如下组份：
固体水玻璃粉：40重量份
丙烯酸酯：12重量份
G级水泥：65重量份
氢氧化钠：1重量份
水泥早强剂：0.5重量份。
本实施例的防水冲蚀堵漏剂按如下方法制备：
1)将40重量份的固体水玻璃粉加入到120℃的160重量份的水中，在8MPa压力下充分搅拌水化制成第一份水溶液；
2)将65重量份G级水泥，1重量份的氢氧化钠，0.5重量份的水泥增强剂混合均匀，得到第二份混合物。
3)将12重量份的丙烯酸酯室温常压下加入到30重量份的水中充分搅拌彻底乳化制成第三份水溶液；
4)将第二份混合物加入第一份水溶液中在室温、常压下充分搅拌均匀、再加入第三份水溶液，混合均匀，制得防水冲蚀堵漏剂。
实施例6
本实施例的防水冲蚀堵漏剂，包括如下组份：
固体水玻璃粉：36重量份
丙烯酸酯：7重量份
G级水泥：40重量份
氢氧化钠：0.6重量份
水泥早强剂：0.1重量份。
本实施例的防水冲蚀堵漏剂按如下方法制备：
1)将36重量份的固体水玻璃粉加入到90℃的150重量份的水中，在7MPa压力下充分搅拌水化制成第一份水溶液；
2)将40重量份G级水泥，0.6重量份的氢氧化钠，0.1重量份的水泥增强剂混合均匀，得到第二份混合物。
3)将7重量份的丙烯酸酯室温常压下加入到30重量份的水中充分搅拌彻底乳化制成第三份水溶液；
4)将第二份混合物加入第一份水溶液中在室温、常压下充分搅拌均匀、再加入第三份水溶液，混合均匀，制得防水冲蚀堵漏剂。
实施例7
本实施例的防水冲蚀堵漏剂，包括如下组份：
固体水玻璃粉：35重量份
丙烯酸酯：9重量份
G级水泥：55重量份
氢氧化钠：0.8重量份
水泥早强剂：0.3重量份。
本实施例的防水冲蚀堵漏剂按如下方法制备：
1)将35重量份的固体水玻璃粉加入到110℃的160重量份的水中，在8MPa压力下充分搅拌水化制成第一份水溶液；
2)将55重量份G级水泥，0.8重量份的氢氧化钠，0.3重量份的水泥增强剂混合均匀，得到第二份混合物。
3)将9重量份的丙烯酸酯室温常压下加入到30重量份的水中充分搅拌彻底乳化制成第三份水溶液；
4)将第二份混合物加入第一份水溶液中在室温、常压下充分搅拌均匀、再加入第三份水溶液，混合均匀，制得防水冲蚀堵漏剂。
性能测试1
将实施例1制备的防水冲蚀堵漏剂平均分为5份，每份5mL，侯凝固化60分钟称重，分别放入到200mL的烧杯中，在室温下分别加入100mL冷蒸馏水(5℃)、100mL热蒸馏水(100℃)、100mL甲醇、100mL乙醚、100mL丙酮、100mL pH＝11的NaOH溶液、在磁力搅拌器上搅拌3h，用已知质量的滤纸过滤，用蒸馏水冲洗烧杯三次，转移到滤纸过滤，将滤纸及不溶物置于烘箱中，在105±2℃的电烘箱中干燥2h，取出，放入干燥器中冷却30min后进行称量。并按式(1)计算水溶率。
溶解率＝(试样的质量-不溶物的质量)/试样的质量×100％ (1)
按照相同操作，处理实施例2～5制备的防水冲蚀堵漏剂，结果见表1。
表1各堵漏剂的溶解性
由表1可知：本发明提供的堵漏剂在冷水(5℃)、热水(100℃)、乙醇、乙醚、丙酮不易溶解，性质稳定。因此本发明的堵漏剂能用于水基钻井液和油基钻井液中，并且对强碱性物质有较强的惰性。
性能测试2
将实施例1制备的堵漏剂平均分为8份，每份10mL，放入烧杯中，直接混合，此后不再搅拌，并及时放入不同温度的恒温槽中静置，连续观测其固化过程。记录试验结果，按照相同操作，处理实施例2～5制备的防水冲蚀堵漏剂，评价温度对该堵漏剂的起凝效果的影响，结果见表2与表3。
表2不同水温下，起始稠化时间的影响结果
表3不同水温下，整体稠化时间的影响结果
T/℃ 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
15 64 58 52 47 44
20 62 54 48 45 42
25 57 49 45 43 40
30 53 45 42 39 33
35 48 39 38 34 28
40 43 34 35 30 24
45 39 29 25 24 22
50 35 25 21 20 —
从表2和表3的结果可以看出，随着温度的升高，堵漏剂的起凝时间、整体固化时间逐渐缩短，并且随着温度的升高，起凝到整体固化的时间越来越短，表现出明显的“直角增稠、瞬时固化”的特性。同时随着固化剂丙烯酸酯溶液加入量的增加，初凝和固化时间越来越短，可以通过其加入的量来调整固化时间，来调整施工时间。
性能测试3
将实施例1制备的防水冲蚀堵漏剂，量取50mL，固化，测定其30min、60min、120min、180min后的抗压强度，按照相同操作，处理实施例2～5制备的堵漏剂，记录试验结果如下表4：
对本发明堵漏剂混配在室温下进行固化，测定其抗压强度。
表4静态混合条件下堵漏剂的抗压强度
注：整体固化时间t整固＝(起始固化时间t起固+最终固化时间t终固)
由表4结果可知，随着水温的上升，凝胶体系即堵漏剂的固化时间逐渐缩短，且凝胶抗压强度也随之逐步增加。
本发明还提供上述堵漏剂在油气井钻井过程中的应用，具体地，应用方法如下：
(1)地面容量池设计：在距离钻台附近10米内空旷地面，人工挖一个可以用来盛放一定量实验堵漏体系的方坑，具体挖一个长、宽、深分别为3米、2米、1米的方坑，容量6方，采用防渗布铺好，并吊入一个排量约1方/分钟的小型电泵；
(2)下钻：将裸眼压差式封隔器接在光钻杆立柱最下端，开始下入光钻杆，钻具下深至离漏层100米处，做好施工准备；
(3)前置隔离液的配制：在循环罐内配制20方桥塞堵漏浆体做实验堵漏前置隔离液，包括：20方水+0.5％降失水剂GD-3+10％单封FC(即前置隔离液包括20方水、水质量的0.5％的降失水剂GD-3以及水的质量10％的单封FC)；
(4)堵漏剂的配制：在挖好的地面方坑中按配比混配堵漏剂，并用铁锨快速充分搅拌均匀；
(5)前置隔离液的泵入：配制堵漏剂的同时，接好方钻杆，采用钻井液泵往井里泵入20方前置隔离液，泵排量为1.8方/分钟。
(6)堵漏剂的泵入：配制好堵漏剂体系后，紧接着迅速泵入井内，地面坑中的电泵通过软管线与钻台上的钻具连接，启动电泵将配制好的堵漏体系泵入钻具内，电泵排量为1方/分钟。
(7)替水：泵入完堵漏体系后，迅速接方钻杆，开启钻井液泵，计录替入量，将钻具内的堵漏浆替入漏层内，替水量为钻具内容积。
(8)起钻候凝：替水结束后，起钻候凝2小时。
(9)试漏：方钻杆放入井口，开泵如果能返出，即堵漏成功，可以下钻钻进。
可见，本发明的堵漏剂在钻井过程中发生井漏后，能够进行停钻堵漏处理。
本发明的堵漏剂耐水冲刷的性能良好，能够封堵出水层的裂缝，能在室温下，延时25-60分钟初凝，瞬时直角增稠固化，抗压强度持续增长的效果，并对大型失返性漏失封堵效果良好。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种防水冲蚀堵漏剂，其特征在于，按重量份数计，包括35-40份的水玻璃粉，8-12份的丙烯酸酯，30-65份的水泥，0.5-1份的氢氧化钠、0.1-0.5份的水泥早强剂以及158-190份的水；通过以下过程制得：
1）按重量份数计，将35-40份的水玻璃粉加入到140-160份的水中，搅拌水化制成第一份水溶液；
2）将30-65份G级水泥，0.5-1份的氢氧化钠以及0.1-0.5份的水泥早强剂混合均匀，得到第二份混合物；
3）将8-12份的丙烯酸酯加入到18-30份的水中，搅拌乳化，制成第三份水溶液；
4）将第二份混合物加入到第一份水溶液中，搅拌均匀后再加入第三份水溶液，混合均匀，制得防水冲蚀堵漏剂。
2.根据权利要求1所述的一种防水冲蚀堵漏剂，其特征在于，按重量份数计，38-40份的水玻璃粉，10-12份的丙烯酸酯，50-65份的水泥，0.5-1份的氢氧化钠、0.5-0.1份的水泥早强剂以及158-190份的水。
3.根据权利要求1所述的一种防水冲蚀堵漏剂，其特征在于，按重量份数计，35-28份的水玻璃粉，8-10份的丙烯酸酯，30-50份的水泥，0.5-1份的氢氧化钠、0.5-0.1份的水泥早强剂以及158-190份的水。
4.根据权利要求1所述的一种防水冲蚀堵漏剂，其特征在于，水泥为G级水泥。
5.一种防水冲蚀堵漏剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按重量份数计，将35-40份的水玻璃粉加入到140-160份的水中，搅拌水化制成第一份水溶液；
2）将30-65份G级水泥，0.5-1份的氢氧化钠以及0.1-0.5份的水泥早强剂混合均匀，得到第二份混合物；
3）将8-12份的丙烯酸酯加入到18-30份的水中，搅拌乳化，制成第三份水溶液；
4）将第二份混合物加入到第一份水溶液中，搅拌均匀后再加入第三份水溶液，混合均匀，制得防水冲蚀堵漏剂。
6.根据权利要求5所述的一种防水冲蚀堵漏剂的制备方法，其特征在于，步骤1）中搅拌是在80-120℃下进行的。
7.根据权利要求6所述的一种防水冲蚀堵漏剂的制备方法，其特征在于，步骤1）中搅拌是在压力为5-8MPa下进行的。
8.根据权利要求5所述的一种防水冲蚀堵漏剂的制备方法，其特征在于，步骤3）中搅拌是在室温常压下进行的。
9.一种基于权利要求5-8中任意一项所述方法制得的防水冲蚀堵漏剂在油气井钻井中的应用。
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