CN107418533B - 一种热采井封固剂、封固浆料及封固方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热采井封固剂、封固浆料及封固方法，属于油田发开技术领域。本发明的热采井封固剂由以下重量份数的组分组成：油井水泥50‑100份、矿渣微粉0‑50份、膨润土2‑5份、稳定剂30‑70份、堵漏剂5‑8份。该热采井封固剂与水配制后的封固浆料，可实现热采井套损井下小套管修复、封堵漏失地层和二次固井一体化安全施工；并且，对热采井的大孔道疏松地层和窜流通道有较好的适应性能，能够解决热采井抗高温封固堵漏的各种复杂技术问题，能够满足大剂量现场施工的需要。

Description

一种热采井封固剂、封固浆料及封固方法
技术领域
本发明属于油田发开技术领域，具体涉及一种热采井封固剂，还涉及一种热采井封固浆料，及采用该热采井封固浆料的封固方法。
背景技术
目前稠油热采主要采用注蒸汽的方式，如蒸汽驱、蒸汽吞吐、蒸汽辅助重力泄油等。稠油热采时井筒温度高，如蒸汽吞吐井注气温度达到300℃左右，蒸汽驱开采井局部井温也在200℃左右，4500m以上的深井温度在150℃以上。如此高的温度必然对固井有很大的影响。油井套管损坏已成为油田生产过程中经常遇到的技术问题，如在蒸汽吞吐过程中，套管长时间的承受高温、高压、受交变热应力负荷的影响，套管热胀伸长，在停止注气的冷却过程中，套管又收缩。多次伸长，收缩之后，套管和水泥环及水泥环和地层之间的胶结被破坏；同时，由于油井经过长期和多轮次的注汽吞吐，油井不同程度地出现了管套损坏情况，造成了上下层系干扰及水层水沿两个界面流入油井，严重影响了热采井的开发。
针对于热采井套损，目前所采用的解决方案，大多采用机械手段的修复加固技术或者一些化学堵漏剂封堵的技术。但是，这些技术的实施，存在很多局限性：以机械手段实施时，1)封堵、修套分开实施，即先封堵需封堵层，再实施下小套管修套作业，工艺复杂，周期长、费用高；2)一体化作业固井水泥浆因滞留性能较差无法返至地面，存在安全隐患，实施补救作业，增加作业费用。而应用化学堵漏剂封堵、固井，一定程度上解决了封堵、固井一体化作业技术问题，但存在成本较高，修复成功率不稳定的问题，制约了热采井的高效和长久开发，并且采用化学封固剂对地层温度有一定的要求，在温度较高的环境条件下不太不适用，如现有技术公开的CN 102516963 B公开的油井套管修复的化学复合树脂封固剂，各组分重量百分比之和为百分之百；各组分的重量百分比为：苯酚与甲醛的预聚缩合物：60-75％，F-46环氧酚醛树脂10-20％，环氧树脂6101 5-30％，乙二胺1-5％，三乙醇胺1-5％，醋酐0.5-2％，邻苯二钾酸二丁酯1-3％，乙二醇2-5％，聚乙烯醇2-5％，超细腈纶短丝0.1-0.2％，但是该化学复合树脂封固剂适用的地层温度最高只达110℃。
为了克服上述现有技术的缺点，本发明开发了一种能热采井封固剂，能实现热采井套管修复、封堵漏失地层和二次固井一体施工，残留浆料返回地面，解决了目前稠油热采井套管破损严重的问题，避免机械或化学方法修复套损所带来的不便，同时满足可现场配置，达到初凝时间可调的技术要求；还能抗高达300℃的温度，适用于热采井的开发。
发明内容
本发明的目的是提供一种热采井封固剂，该封固剂适用于不同套管破损程度和较高温度的油井，整体封固效果稳定。
本发明的第二个目的，是提供一种含有热采井封固剂的热采井封固浆料。
本发明的第三个目的，是提供一种采用热采井封固浆料的封固方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种热采井封固剂，由以下重量份数的组分组成：油井水泥50-100份、矿渣微粉0-50份、膨润土2-5份、稳定剂30-70份、堵漏剂5-8份。
上述的热采井封固剂的制备方法，将配方量的组分混合均匀即可。
所述油井水泥为G级油井水泥。
所述矿渣微粉的活性指数为7d＞75％、28d＞95％。
所述矿渣微粉为GB/T 8046-2008规定的用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉。
所述矿渣微粉为比表面积≥450m2/kg的矿渣微粉。
所述膨润土为钙膨润土或钠膨润土。
所述堵漏剂包括以下重量百分比的组分：CaCO3 15％～30％、3MgO·3SiO2·2H2O25％～50％、Mg2Al4Si5O18 10％～20％、MgCO3·CaCO3 20％～40％。所述堵漏剂为深灰色的矿物纤维封窜堵漏剂，堵漏剂的纤维长度＜5mm，密度为2.2～2.75g/cm3。
所述稳定剂包括以下重量百分比的组分：Al2O3·2SiO2·2H2O 5％～10％、CaCO330％～50％、Al2O3·SiO2 10％～30％、SiO2 20％～40％、Na2O·Al2O3·SiO2·nH2O 10％～20％。
一种含有上述的热采井封固剂的热采井封固浆料，由封固剂和水组成，封固剂与水的质量比为(1.6～1.8)：1。
一种上述的热采井封固浆料的封固方法，包括以下步骤：
1)向施工井泵入热采井封固浆料，再泵入水将热采井封固浆料顶替至环空内的套管破损井段，观测井口液体的返出量；
如返出排量小于泵入排量，停泵10～20min，再开泵泵入水至无漏失发生；
如返出量正常，则按步骤2)操作；
2)继续泵入水直到碰压，热采井封固浆料返出地面，停泵，憋压候凝。
优选的，步骤1)中，停泵后，每次泵入水0.5～1.0m3，根据泵入压力和井口液体返出情况判断是否存在漏失，直至无漏失发生。该步骤中，通过定量化确定是否存在漏失，如返出排量小于泵入排量即说明存在漏失。
所述步骤2)中，候凝的时间为7天。
本发明的热采井封固剂，由油井水泥、矿渣微粉、膨润土、稳定剂、堵漏剂组成，在高温条件下，稳定剂与堵漏剂的常温水化产物发生二次水化反应，生成纤维状晶体的水化产物，在封堵层中形成牢固的网状结构，进一步填充井壁和管套上的空隙和裂缝，从而牢固封堵和胶结井壁和套管裂缝；能抗300℃的高温，原料来源广，配制成本低。
本发明的封固剂浆料，由油井水泥、矿渣微粉、膨润土、稳定剂、堵漏剂和水混配制成，该封固浆料流变性能好，触变性较强，可实现热采井套损井下小套管修复、封堵漏失地层和二次固井一体化安全施工；并且，对热采井的大孔道疏松地层和窜流通道有较好的适应性能，能够解决热采井抗高温封固堵漏的各种复杂技术问题，能够满足大剂量现场施工的需要。优越的抗高达300℃温度的能力，也能确保封堵和封固的可靠性和耐久性。同时，热采井封固浆料在渗透性高的模拟漏失层中渗入深度小于2cm，不会对储层造成伤害，具有良好的储层保护性能；提高作业效率，降低施工成本。
本发明的热采井封固剂浆料的封固方法，能适用不同程度的套管损坏和较高温度的油井，施工安全，修复效果稳定，能使油井套管长期封固，提高生产效率，降低生产成本。
附图说明
图1为常温养护后的G级油井水泥硬化浆料形貌图；
图2为常温养护后的本发明实施例2的热采井封固剂硬化浆料形貌图；
图3为高温养护后的G级油井水泥硬化浆料形貌图；
图4为高温养护后的本发明实施例2的热采井封固剂硬化浆料形貌图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的热采井封固剂，由以下重量份数的组分组成：G级油井水泥100份、钙膨润土4份、稳定剂60份、堵漏剂7份。
所述堵漏剂由以下重量百分比的组分组成：CaCO3 15％、3MgO·3SiO2·2H2O50％、Mg2Al4Si5O18 10％、MgCO3·CaCO3 25％。
所述稳定剂由以下重量百分比的组分组成：Al2O3·2SiO2·2H2O 5％、CaCO3 50％、Al2O3·SiO2 15％、SiO2 20％、Na2O·Al2O3·SiO2·nH2O 10％。
本实施例的热采井封固剂的制备方法，将配方量的组分混合均匀即可。
本实施例的含热采井封固剂的热采井封固浆料，由封固剂和水混合制成，封固剂与水的质量比为1.6：1。
本实施例的热采井封固浆料的封固方法，包括以下步骤：
1)向施工井连续泵入设计量的热采井封固浆料；
2)泵入设计量的清水将热采井封固浆料驱替入环空到达套管破损井段，观测井口液体的返出量；
3)如返出量减少，则停泵15min，再开泵泵入0.5m3清水，观测泵入压力和井口液体返出情况，如井口液体返出小于0.5m3，则存在漏失；后续每次泵入水0.5～1.0m3，直至井口液体返出0.5～1.0m3，无漏失存在；
如返出量正常，则按步骤4)操作；
4)继续泵入清水直到碰压，热采井封固浆料返出地面，停泵，憋压候凝。
实施例2
本实施例的热采井封固剂，由以下重量份数的组分组成：G油井水泥50份、矿渣微粉50份、钠膨润土4份、稳定剂60份、堵漏剂7份。
所述堵漏剂由以下重量百分比的组分组成：CaCO3 30％、3MgO·3SiO2·2H2O25％、Mg2Al4Si5O18 15％、MgCO3·CaCO3 30％。
所述稳定剂由以下重量百分比的组分组成：Al2O3·2SiO2·2H2O 7％、CaCO3 30％、Al2O3·SiO2 30％、SiO2 20％、Na2O·Al2O3·SiO2·nH2O 13％。
本实施例的热采井封固剂的制备方法，将配方量的组分混合均匀即可。
本实施例的含热采井封固剂的热采井封固浆料，由封固剂和水混合制成，封固剂与水的质量比为1.6：1。
本实施例的热采井封固浆料的封固方法，包括以下步骤：
1)向施工井连续泵入设计量的热采井封固浆料；
2)泵入设计量的清水将热采井封固浆料驱替入环空到达套管破损井段，观测井口液体的返出量；
3)如返出量减少，则停泵15min，再开泵泵入0.8m3清水，观测泵入压力和井口液体返出情况，如井口液体返出小于0.8m3，则存在漏失；后续每次泵入水0.5～1.0m3，直至井口液体返出0.5～1.0m3，无漏失存在；
如返出量正常，则按步骤4)操作；
4)继续泵入清水直到碰压，热采井封固浆料返出地面，停泵，憋压候凝。
实施例3
本实施例的热采井封固剂，由以下重量份数的组分组成：G油井水泥50份、矿渣微粉50份、钠膨润土4份、抗高温稳定剂40份、堵漏剂7份。
所述堵漏剂由以下重量百分比的组分组成：CaCO3 20％、3MgO·3SiO2·2H2O35％、Mg2Al4Si5O18 20％、MgCO3·CaCO3 25％。
所述稳定剂由以下重量百分比的组分组成：Al2O3·2SiO2·2H2O 8％、CaCO3 40％、Al2O3·SiO2 10％、SiO2 30％、Na2O·Al2O3·SiO2·nH2O 12％。
本实施例的热采井封固剂的制备方法，将配方量的组分混合均匀即可。
本实施例的含热采井封固剂的热采井封固浆料，由封固剂和水混合制成，封固剂与水的质量比为1.8：1。
本实施例的热采井封固浆料的封固方法，包括以下步骤：
1)向施工井连续泵入设计量的热采井封固浆料；
2)泵入设计量的清水将热采井封固浆料驱替入环空到达套管破损井段，观测井口液体的返出量；
3)如返出量减少，则停泵15min，再开泵泵入1.0m3清水，观测泵入压力和井口液体返出情况，如井口液体返出小于1.0m3，则存在漏失；后续每次泵入水0.5～1.0m3，直至井口液体返出0.5～1.0m3，无漏失存在；
如返出量正常，则按步骤4)操作；
4)继续泵入清水直到碰压，热采井封固浆料返出地面，停泵，憋压候凝。
实施例4
本实施例的热采井封固剂，由以下重量份数的组分组成：G级油井水泥70份、矿渣微粉30份、钙膨润土5份、抗高温稳定剂50份、堵漏剂6份。
所述堵漏剂由以下重量百分比的组分组成：CaCO3 25％、3MgO·3SiO2·2H2O40％、Mg2Al4Si5O18 15％、MgCO3·CaCO3 20％。
所述稳定剂由以下重量百分比的组分组成：Al2O3·2SiO2·2H2O 5％、CaCO3 30％、Al2O3·SiO2 20％、SiO2 25％、Na2O·Al2O3·SiO2·nH2O 20％。
本实施例的热采井封固剂的制备方法，将配方量的组分混合均匀即可。
本实施例的含热采井封固剂的热采井封固浆料，由封固剂和水混合制成，封固剂与水的质量比为1.7：1。
本实施例的热采井封固浆料的封固方法，包括以下步骤：
1)向施工井连续泵入设计量的热采井封固浆料；
2)泵入设计量的清水将热采井封固浆料驱替入环空到达套管破损井段，观测井口液体的返出量；
3)如返出量减少，则停泵15min，再开泵泵入0.5m3清水，观测泵入压力和井口液体返出情况，如井口液体返出小于0.5m3，则存在漏失；后续每次泵入水0.5～1.0m3，直至井口液体返出0.5～1.0m3，无漏失存在；
如返出量正常，则按步骤4)操作；
4)继续泵入清水直到碰压，热采井封固浆料返出地面，停泵，憋压候凝。
实施例5
本实施例的热采井封固剂，由以下重量份数的组分组成：G级油井水泥80份、矿渣微粉20份、钙膨润土3份、抗高温稳定剂30份、堵漏剂5份。
所述堵漏剂由以下重量百分比的组分组成：CaCO3 15％、3MgO·3SiO2·2H2O35％、Mg2Al4Si5O18 10％、MgCO3·CaCO3 40％。
所述稳定剂由以下重量百分比的组分组成：Al2O3·2SiO2·2H2O 6％、CaCO3 30％、Al2O3·SiO2 14％、SiO2 40％、Na2O·Al2O3·SiO2·nH2O 10％。
本实施例的热采井封固剂的制备方法，将配方量的组分混合均匀即可。
本实施例的含热采井封固剂的热采井封固浆料，由封固剂和水混合制成，封固剂与水的质量比为1.6：1。
本实施例的热采井封固浆料的封固方法，包括以下步骤：
1)向施工井连续泵入设计量的热采井封固浆料；
2)泵入设计量的清水将热采井封固浆料驱替入环空到达套管破损井段，观测井口液体的返出量；
3)如返出量减少，则停泵15min，再开泵泵入0.5m3清水，观测泵入压力和井口液体返出情况，如井口液体返出小于0.5m3，则存在漏失；后续每次泵入水0.5～1.0m3，直至井口液体返出0.5～1.0m3，无漏失存在；如返出量正常，则按步骤4)操作；
如返出量正常，则按步骤4)操作；
4)继续泵入清水直到碰压，热采井封固浆料返出地面，停泵，憋压候凝。
试验例1
对发明实施例1-2所得的热采井封固剂与纯G级油井水泥，进行不同温度下养护后的粘结强度比较试验，结果如表1所示：
表1堵漏材料的常温与高温抗压强度比较
样品 25℃常温养护后抗压强度/MPa 300℃高温养护后抗压强度/MPa
G级油井水泥 >30.000 3.700
实施例1 >30.000 >30.000
实施例2 28.000 >30.000
实施例3 28.000 >30.000
实施例4 29.000 >30.000
实施例5 >30.000 >30.000
实验结果看出，本发明实施例1、2的封固剂与常规油井水泥比较，常温养护条件下抗压强度相差不大，且都能满足常温堵漏工程的需要；但300℃高温时性能相差很大，纯油井水泥的高温抗压强度相对于常温时明显降低，本发明的封固剂在高温和常温下的抗压强度无明显改变，表明本发明的热采井封固剂的抗高温性能好。
试验例2
对发明实施例2的热采井封固剂与纯G级油井水泥，在常温(25℃)和高温(300℃)下养护后的微观结构比较试验。
结果如图1-4所示，图中箭头A为CSH凝胶，箭头B为Ca(OH)2晶体。图1、2为G级油井水泥和本发明实施例2的热采井封固剂在常温养护条件下的微观结构，发现两种材料在常温的养护条件下微观结构都比较致密。但油井水泥固化体的微观结构中明显可以看出Ca(OH)2晶体，在热采井高温蒸气吞吐的工况下容易被浸蚀破坏，造成封固层整体结构的失效，因此会影响实施井的有效期。而本发明实施例2的热采井封固剂是多相复合材料，能够产生多相水化反应，吸收游离的Ca(OH)2晶体，形成抗冲蚀的水化产物和致密的微观结构。
图3和图4分别为G级油井水泥和本发明实施例2的热采井封固剂在高温养护条件下的微观结构，图3高温养护的普通油井水泥试样中，存在叠层生长的Ca(OH)2和大量无定形的CSH凝胶。Ca(OH)2结晶良好，而CSH凝胶成团分布。CSH凝胶团之间，以及Ca(OH)2晶体与CSH凝胶团之间都没有很强的粘结，形成较为疏松的类似颗粒堆积的浆体结构，从而导致很低的高温粘结强度；而图4中本发明实施例2的热采井封固剂在养护时生成的CSH凝胶通过微细纤微状硅质抗高温稳定剂与水化产物之间的二次水化反应才形成纤维状晶体。这种水化后期形成的纤维状晶体是本发明封固剂具有优良高温堵漏性能的主要原因。

Claims (7)

1.一种热采井封固剂，其特征在于，由以下重量份数的组分组成：油井水泥50-100份、矿渣微粉0-50份、膨润土2-5份、稳定剂30-70份、堵漏剂5-8份，所述堵漏剂包括以下重量百分比的组分：CaCO3 15％～30％、3MgO·3SiO2·2H2O 25％～50％、Mg2Al4Si5O1810％～20％、MgCO3·CaCO3 20％～40％，所述稳定剂包括以下重量百分比的组分：Al2O3·2SiO2·2H2O5％～10％、CaCO3 30％～50％、Al2O3·SiO2 10％～30％、SiO2 20％～40％、Na2O·Al2O3·SiO2·nH2O 10％～20％。
2.根据权利要求1所述的热采井封固剂，其特征在于，所述油井水泥为G级水泥。
3.根据权利要求1所述的热采井封固剂，其特征在于，所述矿渣微粉的活性指数为7d＞75％、28d＞95％。
4.根据权利要求1或3所述的热采井封固剂，其特征在于，所述矿渣微粉为比表面积≥450m2/kg的矿渣微粉。
5.根据权利要求1所述的热采井封固剂，其特征在于，所述膨润土为钙膨润土或钠膨润土。
6.一种含有如权利要求1所述的热采井封固剂的热采井封固浆料，其特征在于，由封固剂和水组成，封固剂与水的质量比为(1.6～1.8)：1。
7.一种采用如权利要求6所述的热采井封固浆料的封固方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)向施工井泵入热采井封固浆料，再泵入水将热采井封固浆料顶替至环空内的套管破损井段，观测井口液体的返出量；
如返出排量小于泵入排量，停泵10～20min，再开泵泵入水至无漏失发生；
如返出量正常，则按步骤2)操作；
2)继续泵入水直到碰压，热采井封固浆料返出地面，停泵，憋压候凝。
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