CN107446560B - 一种应用于深水弱胶结地层的固井—地层固化一体液 - Google Patents

一种应用于深水弱胶结地层的固井—地层固化一体液 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种应用于深水弱胶结地层的固井‑地层固化一体液，其特征在于，构成组分及其重量份数分别为：超细粒化高炉矿渣100份，树脂5～40份，空心玻璃微珠5～30份，氢氧化钠或氢氧化钾2～8份，硅烷偶联剂0.2～1份，水70～100份。本发明所述的的固井‑地层固化一体液体系24h抗压强度均大于3.5MPa，加入偶联剂、空心玻璃微珠、树脂后一体液体系的凝结时间大幅度延长，稠化时间均大于2h，流动度都大于20cm。同时，该固井‑地层固化一体液对淤泥质粘土也有较好的固化效果。空心玻璃微珠的加入和水灰比的增加，会增强浆体的流动性，另一方面会延长浆体的凝结时间。

Description

一种应用于深水弱胶结地层的固井—地层固化一体液
技术领域
本发明属于一种深水弱胶结地层固井技术领域，尤其涉及一种深水弱胶结地层固井用矿渣-树脂基固化液。
背景技术
近年来，随着海洋钻采技术的进步，我国海洋石油工业已步入深水时代，除了深水海洋石油设备、技术、工具之外，深水固井技术是保证深水海洋油气钻探井安全建井和长期寿命的关键技术之一。其中，深水弱胶结地层是否能长期有效封固面临着更多的挑战。对于深水固井而言，深部地层的压实条件和温度特征与常规陆地或浅海地层是相似的，固井技术的要求也基本相似；但深水浅层是弱胶结的，弱胶结地层的复杂地质条件，使得深水浅层固井面临着诸多亟待解决的问题。常规的水泥浆体系和固井工艺技术无法有效适应深水弱胶结地层低温、低强度、高渗透等复杂的地质条件，由于水泥环与地层胶结质量差导致了井口装置下沉、水合物上窜至井口结晶等问题，造成了严重的安全隐患。
针对于这些问题，专利201610832167.3中提出了“固井强度梯度层”的概念，即通过固井施工形成深水弱胶结地层近井地层由水泥环到地层的具有一定强度渐变的过度区，从而扩大地层的固化范围，提高固井环空固结物与固化地层的有效“联结”，为保证固井质量、提高井口承载能力提供了可能。但在固化环空的同时固化地层，固化浆液的注入工艺将难以实施，主要体系在以下三点：1、若采用传统灌浆加固技术的注浆管泵注固化浆液，注浆管的安放与回收问题难以解决。2、若采用加压循环的方式使固化浆液在环空中冲洗地层，则很难保证固化浆液与地层的接触时间，不能达到是目的层段充分固化的良好效果。3、若将固化浆液加入水泥浆中，由于固化浆液与水泥浆性能的差异，会在很大程度上影响水泥浆的水化，从而影响弱胶结地层的固井质量。
基于以上三点，本专利提出“固井-固化一体液”的概念，即通过对地层固化浆液工程性能的调控，使其满足油井固井的要求，采用一种液体使其在固化环空的同时固化地层。这种思路为解决地层固化浆液注入的工艺问题提供了可能。但现有技术无法在满足固井施工要求的基础上同时对地层有良好的固化效果。因此，急需开发一种能在深水低温条件下，具有低温早强性质的固化液，其自身有较高的固化强度，满足油井固井的施工要求，同时对深水弱胶结地层有较好的固化效果，从而为解决固化浆液注入地层的工艺提供方法，为深水油气资源的安全高效开采提供保障。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术存在的不足与问题，提供了一种低温早强、工程性能可调的矿渣-树脂基混合固化液，它能在保证固井施工技术要求的基础上，对地层有良好的固化效果。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种应用于深水弱胶结地层的固井-地层固化一体液，构成组分及其重量份数分别为：超细粒化高炉矿渣100份，树脂5～40份，空心玻璃微珠5～30份，氢氧化钠或氢氧化钾2～8份，硅烷偶联剂0.2～1份，水70～100份。
作为优选，构成组分及其重量份数分别为：超细粒化高炉矿渣100份，树脂5～20份，空心玻璃微珠10～20份，份氢氧化钠或氢氧化钾4～6，硅烷偶联剂0.4％～0.8份，水70～80份。
作为优选，构成组分及其重量份数分别为：超细粒化高炉矿渣100份，树脂10份，空心玻璃微珠20份，氢氧化钠6份，硅烷偶联剂0.6份，水80份。
作为优选，构成组分及其重量份数分别为：超细粒化高炉矿渣100份，树脂5份，空心玻璃微珠10份，氢氧化钾6份，硅烷偶联剂0.4份，水90份。
作为优选，所述超细粒化高炉矿渣粒径为1.0～10μm。
作为优选，所述树脂为环氧树脂与固化剂混合液。
作为优选，所述环氧树脂为水性环氧树脂。
作为优选，所述固化剂为水性固化剂。
作为优选，所述环氧树脂与固化剂质量比为1:1.3。
作为优选，所述硅烷偶联剂为KH550或KH560。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、本发明所述的固井-固化一体液，其主要原料不需要经过煅烧，利用工业废弃物-矿渣，其二氧化碳排放量可以忽略不计，因此将工业废渣变废为宝，大幅度节约了成本，其环境友好性大大降低了企业的环保压力，同时解决了水泥行业产能不足的问题，具有较高的环保效益和经济效益。
2、其强度能满足油井固井的需求，对深海弱胶结粘土、细沙有较好的固化效果。
3、成分中的环氧树脂在提升矿渣固化强度的同时，可以增加固化物的致密性，抑制固化物中胶凝组分在深水高含水环境下的溶出。
4、通过调整硅烷偶联剂和空心玻璃微珠的加量来调控凝结时间，不需要额外加入缓凝剂控制凝结速率，在20℃下，其凝结时间最长可达12小时以上，有利于固井施工的进行。
5、该一体液分散性好，在配浆时无需加入分散剂，配制简单，节约成本。
6、该一体液在7℃其自身固化24小时强度可达6MPa，其固化土7天强度可达4.5MPa，在15℃条件下，其自身固化24小时强度可达9.6MPa，其固化土7天强度可达7.04MPa。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例做具体说明。
试件制备及测试：采用青岛唐岛湾地区淤泥质粉质粘土(70％粒径小于0.2mm，塑限27％，液限58.5％，含水率49.6％)作为固化对象进行固化，固井-固化一体液各组分按照一定配比准确称量混配即得到固井-固化一体液。
将唐岛湾土自然风干，之后在烘箱中60℃环境下烘干，在球磨机中将小块打碎，过2mm筛，除去大颗粒，取过筛土作为实验用土。
将上述配置好的固井-固化一体液按GB/T 19139-2003标准制备，测定固化液在不同养护温度和养护时间下的抗压强度。同时，将配置好的固井-固化一体液浆体按一定比例(质量比)与配制好的土样混合，按含水率49.6％配制土样，搅拌均匀后灌入高径比为2:1的圆柱形模具中，按照GB50123-1999标准测定固化土在不同养护温度和养护时间下的无侧限抗压强度。
实施例1：
固井-固化一体液各组分质量配比为：
超细矿渣400g(1250目)，水320g，氢氧化钠24g，环氧树脂7.6g，固化剂12.4g，40g空心玻璃微珠，2.4g硅烷偶联剂，记为GR1。
搅拌并混合均匀制备固井-固化一体液浆体试件，测定15℃下的凝结时间，7℃下，15℃下养护24h的抗压强度。
分别称取掺入比15％、20％的固井-固化一体液制备软土固化试样，称取配置好的土样700g，混合并搅拌均匀得到固化土试件，测定7℃，15℃下养护7天无侧限抗压强度。
实施例2：
固井-固化一体液各组分含量改变，其它均与实施例1相同，固井-固化一体液各组分质量配比为：超细矿渣400g(1250目)，水320g，氢氧化钠24g，环氧树脂15.2g，固化剂24.8g，40g空心玻璃微珠，2.4g硅烷偶联剂，记为GR2。
实施例3：
固井-固化一体液各组分含量改变，其它均与实施例1相同，固井-固化一体液各组分质量配比为：超细矿渣400g(1250目)，水360g，氢氧化钠24g，环氧树脂7.6g，固化剂12.4g，40g空心玻璃微珠，2.4g硅烷偶联剂，记为GR3。
实施例4：
固井-固化一体液各组分含量改变，其它均与实施例1相同，固井-固化一体液各组分质量配比为：超细矿渣400g(1250目)，水320g，氢氧化钠24g，环氧树脂7.6g，固化剂12.4g，60g空心玻璃微珠，2.4g硅烷偶联剂，记为GR4。
实施例5：
固井-固化一体液各组分含量改变，其它均与实施例1相同，固井-固化一体液各组分质量配比为：超细矿渣400g(1250目)，水320g，氢氧化钠24g，环氧树脂7.6g，固化剂12.4g，40g空心玻璃微珠，3.2g硅烷偶联剂，记为GR5。
对比例1：
称取嘉华G级油井水泥制备试样，取水灰比为0.44，记为DB1，其它均与实施例1相同。
对比例2：
称取超细矿渣400g，氢氧化钠24g，水320g，制备试样，记为DB2，其它均与实施例1相同。
测试结果如表1所示：
表1固井-固化一体液在不同温度、不同养护时间下的凝结时间、抗压强度
Figure BDA0001411538750000051
Figure BDA0001411538750000052
Figure BDA0001411538750000061
实验结果表明，本发明所述的固井-地层固化一体液体系24h抗压强度均大于3.5MPa，加入偶联剂、空心玻璃微珠、树脂后一体液体系的凝结时间大幅度延长，稠化时间均大于2h，流动度都大于20cm。同时，该固井-地层固化一体液对淤泥质粘土也有较好的固化效果。空心玻璃微珠的加入和水灰比的增加，会增强浆体的流动性，另一方面会延长浆体的凝结时间。该固井-地层固化一体液各项性能指标均优于嘉华G级水泥以及碱-矿渣体系，且满足固井施工要求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种应用于深水弱胶结地层的固井-地层固化一体液，其特征在于，构成组分及其重量份数分别为：超细粒化高炉矿渣100份，树脂5～40份，空心玻璃微珠5～30份，氢氧化钠或氢氧化钾2～8份，硅烷偶联剂0.2～1份，水70～100份，不含降失水剂和分散剂，其中，所述超细粒化高炉矿渣粒径为1.0～10μm，所述树脂为质量比为1:1.3的水性环氧树脂和水性固化剂的混合液，所述硅烷偶联剂为KH550或KH560；所述环氧树脂在提升矿渣固化强度的同时增加固化物的致密性并抑制固化物中胶凝组分在深水高含水环境下的溶出，重量份数比为5:1～150:1的所述空心玻璃微珠和所述硅烷偶联剂相互配合用于调控凝结时间；加入空心玻璃微珠和增加水灰比用于增强浆体的流动性和延长浆体的凝结时间。
2.根据权利要求1所述的应用于深水弱胶结地层的固井-地层固化一体液，其特征在于，构成组分及其重量份数分别为：超细粒化高炉矿渣100份，树脂5～20份，空心玻璃微珠10～20份，氢氧化钠或氢氧化钾4～6份，硅烷偶联剂0.4～0.8份，水70～80份。
3.根据权利要求2所述的应用于深水弱胶结地层的固井-地层固化一体液，其特征在于，构成组分及其重量份数分别为：超细粒化高炉矿渣100份，树脂10份，空心玻璃微珠20份，氢氧化钠6份，硅烷偶联剂0.6份，水80份。
4.根据权利要求2所述的应用于深水弱胶结地层的固井-地层固化一体液，其特征在于，构成组分及其重量份数分别为：超细粒化高炉矿渣100份，树脂5份，空心玻璃微珠10份，氢氧化钾6份，硅烷偶联剂0.4份，水90份。
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