CN107722956A - 一种用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物、水泥浆及其制备方法 - Google Patents

一种用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物、水泥浆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物、水泥浆及其制备方法，属于钻井组合物技术领域。本发明的堵漏水泥组合物，由以下重量份的组分组成：油井水泥100份，减轻剂9～36份，微硅7～10份，膨胀剂1～2份，降失水剂2～3.6份，缓凝剂0.15～2份，增粘剂0.036～0.1份，短纤维0.6～3.5份，长纤维0.18～3.6份；所述短纤维的长度为1～5mm，所述长纤维的长度为3～19mm。该于堵漏水泥组合物配方简单可调，适用范围广，可满足不同形态漏失的需要，堵漏见效快，且复漏概率极小；特别是针对3～10mm钻井裂缝性漏失具有显著的优势。

Description

一种用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物、水泥浆及其制 备方法
技术领域
本发明涉及一种用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物、水泥浆及其制备方法，属于钻井组合物技术领域。
背景技术
在石油工业油气井建井过程中，普遍面临着复杂的漏失问题。固井漏失不仅造成水泥浆返高不够，而且影响顶替效率提高，导致固井质量差，不利于油气井继续钻进，给淡水层保护以及油气井增产改造安全实施均带来隐患，为提高固井质量及加快钻井周期，各种固井防漏、堵漏技术的研究备受关注。
目前常见的堵漏方法有桥浆堵漏、水泥浆堵漏、桥浆与挤水泥堵漏等。但在实际处理井漏过程中，桥浆堵漏凭经验进行颗粒级配，一次堵漏成功率偏低；应用水泥浆堵漏存在水泥浆在初凝前在漏失通道中呈流体状，易被地层流体冲稀带走或泵入的水泥浆全部进入地层裂缝的问题，从而造成堵漏失败。固井用低密度水泥浆体系具有一定的防漏功能，但存在着水泥石高体积收缩、高脆性和低抗压强度的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物，以解决目前在钻井、固井过程中容易发生裂缝性漏失及恶性漏失堵漏成功率低的问题。
本发明还提供了一种采用上述用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物的水泥浆及其制备方法。
为了实现以上目的，本发明的用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物所采用的技术方案是：
一种用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物，由以下重量份的组分组成：油井水泥100份，减轻剂9～36份，微硅7～10份，膨胀剂1～2份，降失水剂2～3.6份，缓凝剂0.15～2份，增粘剂0.036～0.1份，短纤维0.6～3.5份，长纤维0.18～3.6份；所述短纤维的长度1～5mm，所述长纤维的长度为3～19mm。
优选的，所述长纤维和短纤维均独立地选自玻璃纤维、石棉纤维中的一种或两种。所述长纤维与短纤维的质量比为2～4:1。
优选的，所述油井水泥为G级油井水泥。
优选的，膨胀剂的重量份为1.2～1.4份。缓凝剂的重量份为0.15～0.34份。增粘剂的重量份为0.036～0.08份。长纤维的重量份为1～3.6份。
优选的，所述长纤维的长度为3～6mm，所述短纤维的长度为1～3mm。针对钻井裂缝性漏失的裂缝大小，根据缝内桥堵的相关理论，①当桥堵材料的尺寸为裂缝宽度的2/3时，可在裂缝之间稳定架桥；②桥堵材料的尺寸为裂缝宽度的1/3时，可在裂缝内部堆积，形成桥塞。该理论适用于3～10mm宽的裂缝，也适用于其他宽度的裂缝。
优选的，采用本发明的用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物进行堵漏的裂缝宽度为3～10mm。
所述微硅的主要成分是SiO2。微硅的颗粒直径约为0.15×10-3mm。表面积约为15～25mm2/g。
优选的，所述减轻剂为漂珠、玻璃微珠中的至少一种。
进一步优选的，所述减轻剂为漂珠。漂珠可以为人工漂珠。漂珠的颗粒密度约为0.79/cm3，粒径约0.1mm。将油井水泥与漂珠和微硅进行配比，既可以使密度范围可调，又可以改善水泥石的孔隙结构，获得具有一定强度及低渗透性的水泥浆体系。
优选的，所述膨胀剂为晶格膨胀剂。所述晶格膨胀剂为无机盐类晶格膨胀剂。无机盐类晶格膨胀剂能够有效抑制水泥石收缩。
优选的，所述缓凝剂为木质素磺酸盐、木质素磺酸盐衍生物、羟基羧酸、羟基羧酸盐中的一种。进一步优选的，所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钙。
优选的，所述增粘剂为聚丙烯酰胺钾盐。采用聚丙烯酰胺钾盐作为增粘剂时，停泵后，进入漏层的水泥浆的粘度能迅速升高，使其不会在漏层中流失太远，从而起到堵漏的目的。
优选的，所述降失水剂为水溶性降失水剂。进一步优选的，所述降失水剂为聚乙烯醇类成膜型降失水剂。聚乙烯醇类成膜型降失水剂是经硼砂交联后的聚乙烯醇。聚乙烯醇类成膜型降失水剂可以在渗透性井壁上形成一层具有一定韧性的薄膜，这种薄膜既可以降低水泥浆的失水量，也可以防止渗透性漏失。
本发明的水泥浆所采用的技术方案为：
一种采用上述用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物的水泥浆。
水泥浆由上述用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物和水组成。优选的，所述水泥浆中油井水泥和水的质量比为100:100～150。
本发明的水泥浆的制备方法所采用的技术方案为：
一种上述水泥浆的制备方法，包括以下步骤：
1)取配方量的油井水泥、减轻剂、微硅、膨胀剂、降失水剂、缓凝剂、短玻璃纤维和长玻璃纤维进行干混，得到混合干粉；
2)将步骤1)得到的混合干粉加入水中进行混合，然后再加入增粘剂混合均匀，即得。
步骤2)中，混合干粉是在15s内加入水中的。在将混合干粉加入水中的同时要不断进行搅拌，搅拌的速率为2800～3200r/min。加入增粘剂的同时，也要不断对混合料进行搅拌。加入增粘剂以后继续对混合料搅拌120s。
与现有技术相比，本发明的用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物配方简单可调，适用范围广，可满足不同形态漏失的需要，堵漏见效快，且复漏概率极小；特别是针对3～10mm钻井裂缝性漏失具有显著的优势。常规水泥浆经过水浴养护24h后，水泥石体积缩小率为21.5％，本发明的水泥浆经同等条件水浴养护24小时后，体积缩小率仅为1.64％，几乎不收缩；并且一般水泥浆凝固后有较大分层，不能将井内漏失通道完全封死，本发明的水泥浆凝固后是蜂窝状不连通孔洞，可将漏失通道完全封死。此外，本发明的水泥浆还具有止裂增韧的特点，并且形成的水泥石强度适中，扫塞效率较高，可以避免扫塞时水泥石破碎开裂而影响堵漏效果。
本发明的水泥浆的制备方法，工艺简单，便于施工。
附图说明
图1为采用实施例9的水泥浆的稠化曲线图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
各实施例中采用的人工漂珠的颗粒密度约为0.79/cm3，粒径约0.1mm；所采用的微硅的粒径约为0.15×10-3mm，表面积约为15～25mm2/g；所采用的油井水泥为G级油井水泥；所采用的膨胀剂为河南省新星建材有限公司生产的XJP-1油井水泥晶格膨胀剂。
实施例1
本实施例的用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物，由以下重量份的组分组成：油井水泥100份，减轻剂9.5份，微硅9.5份，膨胀剂1.2份，降失水剂2份，缓凝剂0.28份，增粘剂0.06份，短纤维1.2份，长纤维2.4份；减轻剂为人工漂珠，短纤维为长度为5mm的玻璃纤维，长纤维为长度为19mm的玻璃纤维，缓凝剂为木质素磺酸钙，增粘剂为聚丙烯酰胺钾盐，降失水剂为经硼砂交联的聚乙烯醇。
本实施例的水泥浆由本实施例的用于钻井液裂缝性漏失的堵漏水泥组合物和水组成，水和用于钻井液裂缝性漏失的堵漏水泥组合物中油井水泥的质量比为107:100。
本实施例的水泥浆的制备方法，包括以下步骤：
1)取配方量的油井水泥、减轻剂、微硅、膨胀剂、降失水剂、缓凝剂、短纤维、长纤维进行干混，得到混合干粉；
2)将配方量的水加入搅拌罐中，以3000r/min的转速进搅拌，在搅拌的同时，在15s内将步骤1)得到的混合干粉加入水中，然后加入配方量的增粘剂，继续搅拌120s，即得。
实施例2
本实施例的用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物，由以下重量份的组分组成：油井水泥100份，减轻剂36份，微硅7份，膨胀剂1.4份，降失水剂3.6份，缓凝剂0.15份，增粘剂0.05份，短纤维1.4份，长纤维2.8份；减轻剂为人工漂珠，短纤维为长度为3mm的石棉纤维，长纤维为长度为6mm的石棉纤维，缓凝剂为木质素磺酸钙，增粘剂为聚丙烯酰胺钾盐，降失水剂为经硼砂交联的聚乙烯醇。
本实施例的水泥浆由本实施例的用于钻井液裂缝性漏失的堵漏水泥组合物和水组成，水和用于钻井液裂缝性漏失的堵漏水泥组合物中油井水泥的质量比为150:100。
本实施例的水泥浆的制备方法，同实施例1。
实施例3
本实施例的用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物，由以下重量份的组分组成：油井水泥100份，减轻剂9.5份，微硅9.5份，膨胀剂1.2份，降失水剂2.4份，缓凝剂0.28份，增粘剂0.06份，短纤维3.5份，长纤维1份；减轻剂为人工漂珠，短纤维为长度为3mm的玻璃纤维，长纤维为长度为10mm的石棉纤维，缓凝剂为木质素磺酸钙，增粘剂为聚丙烯酰胺钾盐，降失水剂为经硼砂交联的聚乙烯醇。
本实施例的水泥浆由本实施例的用于钻井液裂缝性漏失的堵漏水泥组合物和水组成，水和用于钻井液裂缝性漏失的堵漏水泥组合物中油井水泥的质量比为107:100。
本实施例的水泥浆的制备方法，同实施例1。
实施例4
本实施例的用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物，由以下重量份的组分组成：油井水泥100份，减轻剂36份，微硅7份，膨胀剂1.4份，降失水剂3.6份，缓凝剂0.17份，增粘剂0.08份，短纤维0.8份，长纤维3.2份；减轻剂为人工漂珠，短纤维为长度为1mm的石棉纤维和玻璃纤维的混合纤维，长纤维为长度为3mm的石棉纤维，缓凝剂为木质素磺酸钙，增粘剂为聚丙烯酰胺钾盐，降失水剂为经硼砂交联的聚乙烯醇。
本实施例的水泥浆由本实施例的用于钻井液裂缝性漏失的堵漏水泥组合物和水组成，水和用于钻井液裂缝性漏失的堵漏水泥组合物中油井水泥的质量比为150:100。
本实施例的水泥浆的制备方法，同实施例1。
实施例5
本实施例的用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物，由以下重量份的组分组成：油井水泥100份，减轻剂9.5份，微硅9.5份，膨胀剂1.2份，降失水剂2.4份，缓凝剂0.29份，增粘剂0.036份，短纤维2份，长纤维2份；减轻剂为人工漂珠，短纤维为长度为5mm的玻璃纤维，长纤维为长度为19mm的玻璃纤维，缓凝剂为木质素磺酸钙，增粘剂为聚丙烯酰胺钾盐，降失水剂为经硼砂交联的聚乙烯醇。
本实施例的水泥浆由本实施例的用于钻井液裂缝性漏失的堵漏水泥组合物和水组成，水和用于钻井液裂缝性漏失的堵漏水泥组合物中油井水泥的质量比为107:100。
本实施例的水泥浆的制备方法，同实施例1。
实施例6
本实施例的用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物，由以下重量份的组分组成：油井水泥100份，减轻剂36份，微硅7.1份，膨胀剂1.4份，降失水剂3.6份，缓凝剂0.34份，增粘剂0.043份，短纤维2.8份，长纤维1.4份；减轻剂为人工漂珠，短纤维为长度为3mm的石棉纤维，长纤维为长度为6mm的石棉纤维，缓凝剂为木质素磺酸钙，增粘剂为聚丙烯酰胺钾盐，降失水剂为经硼砂交联的聚乙烯醇。
本实施例的水泥浆由本实施例的用于钻井液裂缝性漏失的堵漏水泥组合物和水组成，水和用于钻井液裂缝性漏失的堵漏水泥组合物中油井水泥的质量比为129:100。
本实施例的水泥浆的制备方法，同实施例1。
实施例7
本实施例的用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物，由以下重量份的组分组成：油井水泥100份，减轻剂9.5份，微硅9.5份，膨胀剂1.2份，降失水剂2.4份，缓凝剂0.29份，增粘剂0.048份，短纤维1份，长纤维3份；减轻剂为人工漂珠，短纤维为长度为3mm的玻璃纤维，长纤维为长度为10mm的石棉纤维，缓凝剂为木质素磺酸钙，增粘剂为聚丙烯酰胺钾盐，降失水剂为经硼砂交联的聚乙烯醇。
本实施例的水泥浆由本实施例的用于钻井液裂缝性漏失的堵漏水泥组合物和水组成，水和用于钻井液裂缝性漏失的堵漏水泥组合物中油井水泥的质量比为107:100。
本实施例的水泥浆的制备方法，同实施例1。
实施例8
本实施例的用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物，由以下重量份的组分组成：油井水泥100份，减轻剂9.5份，微硅9.5份，膨胀剂1.2份，降失水剂2.14份，缓凝剂0.32份，增粘剂0.06份，短纤维1.4份，长纤维2.8份；减轻剂为玻璃微珠，短纤维为长度为1.5mm的玻璃纤维，长纤维为长度为10mm的石棉纤维，缓凝剂是XJH-1油井水泥缓凝剂(河南省新星建材有限公司生产)，增粘剂采用聚丙烯酰胺钾盐，降失水剂为G309油井水泥降失水剂(卫辉市化工有限公司生产)。
本实施例的水泥浆由本实施例的用于钻井液裂缝性漏失的堵漏水泥组合物和水组成，水和用于钻井液裂缝性漏失的堵漏水泥组合物中油井水泥的质量比为101:100。
本实施例的水泥浆的制备方法，同实施例1。
实施例9
本实施例的用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物，由以下重量份的组分组成：油井水泥100份，减轻剂9.5份，微硅9.5份，膨胀剂1.2份，降失水剂2.14份，缓凝剂0.26份，增粘剂0.06份，短纤维1.4份，长纤维2.8份；减轻剂为人工漂珠，短纤维为长度为1mm的玻璃纤维，长纤维为长度为3mm的石棉纤维，缓凝剂为木质素磺酸钙，增粘剂为聚丙烯酰胺钾盐，降失水剂为经硼砂交联的聚乙烯醇。
本实施例的水泥浆由本实施例的用于钻井液裂缝性漏失的堵漏水泥组合物和水组成，水和用于钻井液裂缝性漏失的堵漏水泥组合物中油井水泥的质量比为101:100。
本实施例的水泥浆的制备方法，同实施例1。
实验例1
分别对实施例1～8的水泥浆按照现有测试方法进行应用性能试验，应用性能测试的结果见表1。
表1实施例1～8的水泥浆的应用性能测试结果
由测试结果可知：实施例1～8的水泥浆具有良好的流变性、抗压强度，API失水小，稠化时间满足施工需要。
实验例2
根据中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5840-93《钻井用桥接堵漏材料室内试验方法》，按照API规范测试对实施例的水泥浆对漏失地层的堵漏能力，室内采用缝隙宽度为6mm裂缝的钢板来模拟地层漏失缝隙，实验结果见表2。
表2实施例1～8的水泥浆的堵漏效果
从表2中可以看出，实施例1～8的水泥浆对裂缝宽度为6mm的漏失地层均有明显的堵漏效果。
实验例3
本实验例以鄂尔多斯地区JP*-3*3井钻井裂缝性漏失采用实施例9的水泥浆堵漏为例对本发明的效果进行分析。
JP*-3*3井位于鄂尔多斯盆地杭锦旗地区极易井漏区块，钻井地质条件复杂。该井于2016年6月24日钻进至2766.72m发现漏失，刘家沟井段垂深2476～2610m，段长134m，初期漏速80m3/h，随即停泵怠速检查，排量9.6L/s，井口失返。结合该井漏失特点，根据经验法判定漏点为刘家沟中下部，采用实施例9的水泥浆进行堵漏。实施例9的水泥浆的应用性能测试结果见表3，稠化曲线见图1。
表3实施例9的水泥浆的应用性能测试结果
采用实施例9的水泥浆进行堵漏施工过程为：光钻杆下至2540m，顶通后观察(静止无漏速)，注前置液1m3，注堵漏浆15m3，注后置液1m3，大泵替浆17m3，替浆过程中漏失1m3；起钻至2075m时，正挤13.3m3，套压最大2MPa，停泵后套压降至0MPa，放回水开防喷器井口不返浆。

Claims (10)

1.一种用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物，其特征在于：由以下重量份的组分组成：油井水泥100份，减轻剂9～36份，微硅7～10份，膨胀剂1～2份，降失水剂2～3.6份，缓凝剂0.15～2份，增粘剂0.036～0.1份，短纤维0.6～3.5份，长纤维0.18～3.6份；所述短纤维的长度为1～5mm，所述短纤维的长度为3～19mm。
2.根据权利要求1所述的用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物，其特征在于：所述长纤维和短纤维均独立地选自玻璃纤维、石棉纤维中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物，其特征在于：所述长纤维的长度为3～6mm，所述短纤维的长度为1～3mm。
4.根据权利要求1所述的用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物，其特征在于：所述减轻剂为漂珠、玻璃微珠中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物，其特征在于：所述缓凝剂为木质素磺酸盐、木质素磺酸盐衍生物、羟基羧酸、羟基羧酸盐中的一种。
6.根据权利要求1所述的用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物，其特征在于：所述增粘剂为聚丙烯酰胺钾盐。
7.根据权利要求1所述的用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物，其特征在于：所述降失水剂为聚乙烯醇类成膜型降失水剂。
8.一种采用如权利要求1～7中任意一项所述的用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物的水泥浆。
9.根据权利要求8所述的水泥浆，其特征在于：由如权利要求1所述的用于钻井裂缝性漏失的堵漏水泥组合物和水组成；所述水泥浆中油井水泥和水的质量比为100:100～150。
10.一种如权利要求8所述的水泥浆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)取配方量的油井水泥、减轻剂、微硅、膨胀剂、降失水剂、缓凝剂、短玻璃纤维和长玻璃纤维进行干混，得到混合干粉；
2)将步骤1)得到的混合干粉加入水中进行混合，然后再加入增粘剂混合均匀，即得。
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