CN109650788B - 一种钻井液用储气层封堵材料 - Google Patents

一种钻井液用储气层封堵材料 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种钻井液用储气层封堵材料，以重量份计，包括：油井水泥30～50份；助滤材料40～70份，所述助滤材料选自钙质土、青石粉和硅藻土中的一种或几种；悬浮材料2～5份；增韧材料1～5份；缓凝材料0.15～0.25份。与现有技术相比，本发明提供的钻井液用储气层封堵材料能够对储气层孔缝进行及时封堵，封堵强度高，有效减缓了气体侵入井筒；同时为了满足高温条件下储气层保护的需要，封堵材料的抗温性达到185℃，酸溶率高于75％，以保证后期顺利产气。

Description

一种钻井液用储气层封堵材料
技术领域
本发明涉及钻井液技术领域，尤其涉及一种钻井液用储气层封堵材料。
背景技术
新疆顺南区块近几年在塔里木塔中沙漠腹地取得勘探突破，分别在奥陶系一间房组、鹰山组、蓬莱坝组钻遇油气显示且获得工业油气流。奥陶系储层埋藏深约7000m，进入一间房组，井底静止温度在180℃左右，其中顺南501井四开井深6890m处测井温度为183℃。钻遇过程中的裂缝以孔洞型为主，裂缝宽度主要集中在0.1～2mm。部分裂缝贯穿气层，压力窗口窄，压稳与防漏矛盾突出，通常发生漏失与气侵并存现象。在钻遇裂缝时需迅速将裂缝封堵，防止气体浸入钻井液，阻隔钻井液进入裂缝的通道。因此，开发逢缝即堵材料对储气层进行有效封堵具有重要意义。
目前，国内常采用桥塞类材料对储气层进行暂堵，例如专利号为ZL02100055.7公开的“钻井屏蔽暂堵剂及其应用”由楠木根粉、棉花桃等溶胀性材料，云母片等架桥材料和碳酸钙填充材料等组成，封堵含气孔缝从而达到防气侵的目的，但该类材料抗温能力不足，不能满足深井(6000m以上)高温(180℃)条件下的长期封气要求。专利201510256217.3中采用粒径0.15μm的液硅悬浊液，用于防气窜固井和增加水泥浆体系的稳定性，其超细颗粒的填充作用能够迅速提高水泥浆的胶凝速度，增加气窜阻力，达到防气窜的目的。专利201210099007.4采用丁苯胶乳、丙烯酰胺、甲基丙烯酸等原料聚合形成聚合物/胶乳，可有效提高水泥浆流动的阻力，还可形成滤饼，候凝过程初期，水泥颗粒孔隙变大，若孔隙内游离水充足，生成的水化产物可充满水泥颗粒孔隙，便可降低水泥浆渗透率，防止气窜。
现有技术中水泥浆类材料多用于固井过程中，而无法用于钻井过程中封堵储气层孔缝，其不满足保护储层的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钻井液用储气层封堵材料，能够满足高温条件下储层保护的要求。
现有技术提供的封堵储气层孔缝材料，粒径级配不合理、酸溶率低、长期耐高温不足。本发明提供的钻井液用储气层封堵材料可有效封堵气藏孔缝，阻止气体浸入井筒，可用于深井高温井段，酸溶率高，能够有效保护储层。
本发明提供了一种钻井液用储气层封堵材料，以重量份计，包括：
Figure BDA0001431753690000021
在本发明中，所述油井水泥的重量份数优选为35～45份，更优选为40份。在本发明中，所述油井水泥优选为抗硫酸盐油井水泥，可以为中抗硫酸盐油井水泥和高抗硫酸盐油井水泥中的一种或几种，如G级、H级或J级中抗硫酸盐油井水泥和高抗硫酸盐油井水泥中的一种或几种。本发明对所述油井水泥的来源没有特殊的限制，可由郑州市新兴特种水泥厂购买获得。
在本发明中，所述助滤材料的重量份数优选为45～65份，更优选为50份～60份，最优选为55份。在本发明中，所述钙质土优选为高酸溶率钙质土，即酸性土钙质土。在本发明中，所述助滤材料的粒径优选为15～45μm，更优选为20～40μm，最优选为25～35μm。本发明对所述助滤材料的来源没有特殊的限制，可由灵寿县矿产品加工厂购买获得。
在本发明中，所述悬浮材料的重量份数优选为3～4份。在本发明中，所述悬浮材料优选选自硅粉或钠基膨润土。
在本发明中，所述增韧材料的重量份数优选为2～4份，更优选为3份。在本发明中，所述增韧材料优选选自石棉绒、海泡石绒和合成纤维中的一种或几种。在本发明中，所述增韧材料中的纤维长度优选为75～380μm，更优选为100～300μm，最优选为150～250μm。
在本发明中，所述缓凝材料的重量份数优选为0.2份。在本发明中，所述缓凝材料优选选自单宁、栲胶和硼砂中的一种或几种，更优选选自改性单宁和改性栲胶。本发明对所述缓凝材料的种类和来源没有特殊的限制，可由濮阳三力实业有限公司购买获得。
本发明对所述钻井液用储气层封堵材料的制备方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的混合技术方案将上述成分混合均匀即可。
本发明提供的钻井液用储气层封堵材料可有效封堵新疆深井储气层2mm以内的孔缝。在本发明中，所述助滤材料可提高油井水泥在近井段富集驻留，在极短的时间内迅速滤失，形成较高的防气侵阻力的固体；油井水泥在地层温度下固化胶结，形成具有胶结能力的封堵层，一方面阻止钻井液进入污染储层，另一方面可防止气体浸入井筒，影响钻井安全；增韧材料能够提高材料的抗冲击性能，进一步提高材料封堵气层孔缝的能力。在本发明提供的钻井液用储气层中各种成分的综合作用下，使这种封堵材料具有良好的封堵效果。实验结果表明，本发明提供的钻井液用储气层封堵材料酸溶率≥77％，在185℃条件下固化强度达10MPa并维持15d，抗高温效果好，可满足长期高温深井井段的施工要求，并有效保护储层。
与现有技术相比，本发明提供的钻井液用储气层封堵材料能够对孔缝进行及时封堵，封堵强度高，有效减缓气体侵入井筒；同时为了满足高温条件下储层保护的需要，封堵材料的抗温性达到185℃，酸溶率高于75％，以保证后期顺利产气。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例3制备得到的钻井液用储气层封堵材料的抗温性能测试结果；
图2为本发明实施例6中模拟井筒的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明以下实施例所用到的原料均为市售商品。
G级高抗硫酸盐水泥、H级高抗硫酸盐水泥和J级高抗硫酸盐水泥购自郑州市新兴特种水泥厂；
高酸溶率钙质土购自灵寿县矿产品加工厂；
改性单宁购自濮阳三力实业有限公司，为磺化单宁，代号SMT，磺甲基单宁酸钠的铬络合物。
合成纤维为泰安路腾工程材料公司提供的聚乙烯/丙烯类纤维。
改性栲胶购自濮阳三力实业有限公司，为磺化栲胶，代号为SMK。
实施例1
以重量份计，将G级高抗硫酸盐水泥25份，H级高抗硫酸盐水泥25份，高酸溶率钙质土(酸性土钙质土)45份，硅粉3.75份，纤维长度为100μm的海泡石绒1份，0.25份改性单宁，放在混合设备中进行均匀混合，得到钻井液用储气层封堵材料。
实施例2
以重量份计，将H级高抗硫酸盐水泥44份，硅藻土50份，钠基膨润土4.8份，纤维长度为70μm的合成纤维1份，0.2份改性栲胶，放在混合设备中进行均匀混合，得到钻井液用储气层封堵材料。
实施例3
以重量份计，将J级高抗硫酸盐水泥10份，G级高抗硫酸盐水泥20份，钠基膨润土2份，青石粉65.80份，硼砂1份，纤维长度为70μm的石棉绒1份，放在混合设备中进行均匀混合，得到钻井液用储气层封堵材料。
实施例4
储气层封堵材料能够快速滤失富集，从而阻碍压力传递是防气侵气窜的关键因素。对本发明实施例1～3制备得到的钻井液用储气层封堵材料的富集时间进行测试，具体方法为：
按照水和钻井液用储气层封堵材料的质量比为1:1.5，将实施例制备得到的钻井液用储气层封堵材料在水中分散均匀，倒入中压失水仪样品杯中至规定刻度，组装好失水仪样品杯，在排液管下放置一烧杯，调节气源并加压至0.69MPa，同时开始计时，记录浆体全滤失时的时间，作为钻井液用储气层封堵材料的富集时间，实施例3制备得到的钻井液用储气层封堵材料的富集时间如表1。
表1实施例3制备得到的钻井液用储气层封堵材料的富集时间考察
Figure BDA0001431753690000051
实施例1制备得到的钻井液用储气层封堵材料的富集时间的平均值为51.2s，实施例2制备得到的钻井液用储气层封堵材料的富集时间的平均值为47.8s。
本发明实施例制备的钻井液用储气层封堵材料能够快速滤失富集，其平均中压滤失时间低于50s，具有良好的防气侵气窜效果。
实施例5
对本发明实施例1～3制备得到的钻井液用储气层封堵材料的抗温性能进行检测，具体方法为：
按照水和钻井液用储气层封堵材料的质量比为1:1.5，将实施例制备的钻井液用储气层封堵材料在水中分散均匀，按照实施例4中富集时间测试的条件形成封堵层，在185℃下考察封堵层长期养护强度，实施例3制备得到的钻井液用储气层封堵材料的抗温性能如图1所示，由图1可知，在185℃条件下，实施例3制备的钻井液用储气层封堵材料的封堵强度达10MPa以上，并能维持15d，可满足长裸眼段钻井周期的需要。
在185℃条件下，实施例1制备的钻井液用储气层封堵材料的封堵强度达12.5MPa，并能维持15d。在185℃条件下，实施例2制备的钻井液用储气层封堵材料的封堵强度达10.5MPa，并能维持15d。
实施例6
测试本发明实施例1～3制备得到的钻井液用储气层封堵材料在清水中的抗返排能力，具体方法为：
在模拟井筒底部放入20～40目石英砂用以模拟漏层，将钻井液用储气层封堵材料倒入如图2所示的模拟井筒中，密封管线，用氮气从1处挤注，2为出口。挤注完毕后，将模拟井筒内压力泄至常压，密闭1和2处进出口，并将装置整体置于185℃下养护15d。然后将挤入管线连接至2处，密封管线，用清水从2处挤注，1为出口，在挤注过程中观察记录压力变化情况。其模拟井筒的有效滤失尺寸为18cm2。实施例3制备得到的钻井液用储气层封堵材料的返排能力如表2。
表2实施例3制备得到的钻井液用储气层封堵材料的返排能力测试结果
Figure BDA0001431753690000061
实施例1制备的钻井液用储气层封堵材料的返排能力的平均值为8.5MPa。实施例2制备的钻井液用储气层封堵材料的返排能力的平均值为8.0MPa。本发明实施例制备得到的钻井液用储气层封堵材料的封堵层抗返排能力达8MPa以上，抗返排能力较好。
实施例7
为保证储气层后期能够酸化解堵再次采气，要求储气层封堵材料的酸溶率大于70％，为此测试了钻井液用储气层封堵材料在质量浓度为15％盐酸溶液中的酸溶率。
将钻井液用储气层封堵材料混拌均匀并烘干，称取5g左右实施例制备得到的钻井液用储气层封堵材料放入500mL烧杯中，倒入100g质量浓度为15％的盐酸溶液，浸泡24h后，过滤，并用蒸馏水冲洗，直至滤液呈中性。将残余样品放入干燥箱中于80℃±5干燥，称重，记录并计算酸溶率。计算公式如下：
η＝[(M1-M2)/M1]×100％
式中：η——酸溶率，％
M1——实验前酸溶凝胶样，g
M2——试验后烘干残样，g
做三个平行试验，求算术平均值，取两位有效数字报告结果，实施例3制备得到的钻井液用储气层封堵材料的酸溶率如表3所示。
表3实施例3制备得到的钻井液用储气层封堵材料的酸溶率
Figure BDA0001431753690000071
实施例1制备的钻井液用储气层封堵材料的酸溶率的平均值为78.42％。实施例2制备的钻井液用储气层封堵材料的酸溶率的平均值为71％。本发明实施例制备的钻井液用储气层封堵材料的平均酸溶率大于77％，满足储层保护要求。
比较例1
按照实施例3所述的方法制备得到钻井液用储气层封堵材料，与实施例3不同的是，不添加高抗硫酸盐水泥。
按照上述实施例4、5、6、7的方法测试钻井液用储气层封堵材料的性能，测试结果为，本发明比较例1制备得到的钻井液用储气层封堵材料的富集时间平均值为47.2s；在185℃条件下养护24h的封堵强度仅为3MPa；返排能力的平均值为1.5MPa；酸溶率的平均值为31.5％。
比较例2
按照实施例3所述的方法制备得到钻井液用储气层封堵材料，与实施例3不同的是，不添加钠基膨润土。
按照上述实施例4、5、6、7的方法测试钻井液用储气层封堵材料的性能，测试结果为，本发明比较例2制备得到的钻井液用储气层封堵材料的富集时间平均值为42s；在185℃条件下养护24h的封堵强度达4.5MPa；返排能力的平均值为2.1MPa；酸溶率的平均值为79.87％。
比较例3
按照实施例3所述的方法制备得到钻井液用储气层封堵材料，与实施例3不同的是，不添加青石粉。
按照上述实施例4、5、6、7的方法测试钻井液用储气层封堵材料的性能，测试结果为，本发明比较例3制备得到的钻井液用储气层封堵材料的富集时间平均值为48.9s；在185℃条件下的封堵强度达10.8MPa，并能维持15d；返排能力的平均值为8.4MPa；酸溶率的平均值为31.9％。
比较例4
按照实施例3所述的方法制备得到钻井液用储气层封堵材料，与实施例3不同的是，不添加硼砂。
按照上述实施例4、5、6、7的方法测试钻井液用储气层封堵材料的性能，测试结果为，本发明比较例4制备得到的钻井液用储气层封堵材料的富集时间平均值为48.5s；在185℃条件下的封堵强度达10.5MPa，并能维持15d；返排能力的平均值为8.3MPa；酸溶率的平均值为80.2％，但在185℃下初凝时间仅为10min，无法满足现场施工要求。
比较例5
按照实施例3所述的方法制备得到钻井液用储气层封堵材料，与实施例3不同的是，不添加石棉绒。
按照上述实施例4、5、6、7的方法测试钻井液用储气层封堵材料的性能，测试结果为，本发明比较例5制备得到的钻井液用储气层封堵材料的富集时间平均值47.2s；在185℃条件下的封堵强度仅为3.7MPa；返排能力的平均值为5.7MPa；酸溶率的平均值为81.5％。
由以上实施例可知，本发明提供了一种钻井液用储气层封堵材料，以重量份计，包括：油井水泥30～50份；助滤材料40～70份，所述助滤材料选自钙质土、青石粉和硅藻土中的一种或几种；悬浮材料2～5份；增韧材料1～5份；缓凝材料0.15～0.25份。与现有技术相比，本发明提供的钻井液用储气层封堵材料能够对储气层孔缝进行及时封堵，封堵强度高，有效减缓了气体侵入井筒；同时为了满足高温条件下储气层保护的需要，封堵材料的抗温性达到185℃，酸溶率高于75％，以保证后期顺利产气。

Claims (5)

1.一种钻井液用储气层封堵材料，以重量份计，包括：
油井水泥 30~50份；
助滤材料 40~70份，所述助滤材料选自钙质土、青石粉和硅藻土中的一种或几种；
悬浮材料 2~5份；
增韧材料 1~5份；
缓凝材料 0.15~0.25份；
所述缓凝材料选自单宁、栲胶和硼砂中的一种或几种；
所述助滤材料的粒径为15~45μm；
所述增韧材料的纤维长度为75~380μm；
所述悬浮材料选自硅粉或钠基膨润土；
所述增韧材料选自石棉绒、海泡石绒和合成纤维中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的钻井液用储气层封堵材料，其特征在于，所述油井水泥为抗硫酸盐油井水泥。
3.根据权利要求2所述的钻井液用储气层封堵材料，其特征在于，所述油井水泥为中抗硫酸盐油井水泥和高抗硫酸盐油井水泥中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的钻井液用储气层封堵材料，其特征在于，所述钙质土为高酸溶率钙质土。
5.根据权利要求1所述的钻井液用储气层封堵材料，其特征在于，所述单宁为改性单宁；
所述栲胶改性栲胶。
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