CN111518527B - 一种弹性剂及其制备方法与固井用防套管涨损弹性隔离液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种弹性剂及其制备方法与固井用防套管涨损弹性隔离液，所述弹性剂的制备方法包括以下步骤：（1）取聚己内酯和无机多孔材料在加热条件下充分混合，得混合物；（2）将混合物和高弹模橡胶粉混合，得弹性剂。本发明提供的包含所述弹性剂的弹性隔离液在50℃、50MPa深水井底泵送压力下不发生破碎，所述弹性剂的弹性隔离液流变性能及失水性能良好；与水泥浆、泥浆的配伍性良好，弹性体为惰性材料，不影响隔离液其他性能。弹性隔离液的压力随温度的变化数值下降的趋势非常明显，在90℃的时候其压力仅为38.14MPa，相比于清水，其压力下降了39.73MPa，说明弹性隔离液具有很好的释放压力的效果。
Description
技术领域
本发明涉及油田钻井固井领域，特别是涉及一种弹性剂及其制备方法与固井用防套管涨损弹性隔离液。
背景技术
海上半潜式平台在13-3/8”套管和9-5/8”套管固井作业时，水泥浆一般不返至泥线，水泥浆首浆的顶部会有几百米甚至几千米的流体被封隔在13-3/8”套管和20”套管之间，或者被封隔在13-3/8”套管和9-5/8”套管之间，这一段流体即为隔离液，主要起到隔离钻井液与水泥浆的作用，防止钻井液污染到固井使用的水泥浆。
对于超高温生产井或者海洋深水钻井而言，井底的温度和井口的温度相差悬殊。如一口2000米水深的深水井，若钻井垂深为3000米，地梯温度为4℃/100米，则井底温度120℃-130℃，表层套管泥线处温度接近0℃，这段两层套管内封闭的隔离液体系很有可能在受热情况系急剧膨胀，而造成对套管涨损超过套管自身的耐挤压力后，影响整口井的固井质量和生产周期。同样，在高温超高温井中也面临同样的固井难题。
国内常规的隔离液主要使用隔离剂添加降失水剂和水组合而成，主要缺点在于：相关资料和实验结果表明(《石油钻探技术期刊》，温度和压力对井内流体密度的影响)，在密闭环境时，每升高10℃，常规隔离液的膨胀压力会提高至3-8MPa，而13-3/8”套管挤毁强度仅在20MPa左右。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题和不足，本发明的目的在于提供了一种弹性剂及其制备方法与固井用防套管涨损弹性隔离液。
本发明的目的至少是通过以下技术方案之一实现的。
本发明提供了一种弹性剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)取聚己内酯和无机多孔材料在加热条件下充分混合，得混合物；
(2)将混合物和橡胶粉混合，得弹性剂。
优选地，步骤(1)中加热的温度为60～90℃；无机多孔材料为微米级的；无机多孔材料包括多孔陶粒、硅藻土、沸石或多孔玻璃中的一种以上；聚己内酯和无机多孔材料的质量比为1：(1～8)。
优选地，步骤(2)中混合物和橡胶粉的质量比为(1～3):1；混合时的温度为室温～53℃。
优选地，步骤(2)中所述橡胶粉为高弹模橡胶粉，弹性模量为0.01～1Gpa。
优选地，步骤(1)和步骤(2)中所述的混合是指搅拌混合，步骤(1)搅拌的速率为100～150转/分钟；搅拌的时间大于3小时；步骤(2)搅拌的速率为30～120转/分钟；搅拌的时间大于1小时。
优选地，步骤(1)中聚己内酯和无机多孔材料充分混合后置于水中，在30～50RPM的条件下搅拌5～10分钟，静置30分钟以上取漂浮物，得混合物。
本发明还提供了一种由所述制备方法制备的弹性剂。
本发明还提供了一种固井用防套管涨损弹性隔离液，包括如下组分：水、消泡剂、隔离剂和弹性剂，水、消泡剂、隔离剂和弹性剂的质量比为100：(0.5～1)：(0.5～3)：(30-60)；其中弹性剂为上述的弹性剂。
优选地，所述消泡剂为PC-X60L剂。
优选地，隔离剂为PC-S23S。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果和优点：
(1)本发明提供的弹性剂在一定的压力环境下可以压缩变形释放空间，同时在压力减弱时及时反弹恢复形变，有效调节圈闭液体的压力；所述弹性剂能够在施工过程中不破碎、不提前发生化学反应，最终达到有效降低流体的热膨胀内压；
(2)本发明还提供了一种包括所述弹性剂的弹性隔离液，所述隔离液流变性能及失水性能良好；与水泥浆、泥浆的配伍性良好，弹性剂为惰性材料，不影响隔离液其他性能；弹性隔离液体系的延展性能良好，能较好的释放自身受热膨胀所产生的压力。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施不限于此。
实施例
本实施例提供了一种弹性剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)取1000g聚己内酯和2000g微米级多孔陶瓷在70℃的温度下搅拌混合3.5h，搅拌速率为120转/分钟，得混合物；
(2)将2000g混合物和1000g丁腈橡胶粉在30℃的温度下搅拌混合1.5h，搅拌速率为60转/分钟，得弹性剂。
本实施例还提供了一种固井防套管涨损弹性隔离液，包括如下重量份的组分：
400g的水、2g的消泡剂PC-X60L剂、10g的隔离剂PC-S32S和180g的所述弹性剂。
本实施例还提供了一种空白基础隔离液，包括如下重量份的组分：水400g、消泡剂PC-X60L剂2g、隔离剂PC-S32S 10g。
测试清水、空白基础隔离液和弹性隔离液的升温压力值的试验方法为：
(1)测试清水的升温压力数值
将高温高压釜体内装满清水，温度为室温26℃，为清水加一个初始压力2856.5psi(19.7MPa)开始，然后在UCA设定加热温度程序进行加热，观察压力数值增长趋势，直至升值90℃，读取温压数值，记录每个温度段压力的增加值。
(2)测试空白基础隔离液、弹性隔离液的升温压力数值
先将隔离液放置增压稠化仪环境下，模拟井底20分钟升值BHCT为55℃、40MPa环境左右保持30分钟，再将隔离液温度降至室温26℃，然后在UCA设定加热温度程序进行加热,加热至90℃,每升高5℃读取温压数值。
对比清水、空白基础隔离液升温过程的压力数值，通过观察同一温度段的压力大小来判断弹性隔离液是否能够缓解压力增长。如弹性隔离液在同一温度段压力明显小于清水，说明该隔离液具有良好的缓解压力增长能力。
测试得到的水、空白基础隔离液和弹性隔离液的升温压力值，如表1、表2和表3所示。
表1清水压力随温度升高数值
将高温高压釜体内装满水，循环将温度室温26℃，压力按照1500米左右隔离液初始压力20MPa附近开始，然后设定加热温度程序进行加热，观察压力曲线增长趋势，直至升值90℃并等待温度段的平稳时，读取温压曲线，记录每个温度段压力的增加值。
表2空白基础隔离液压力随温度升高数值
表3弹性隔离液压力随温度升高数值
先将弹性隔离液放置增压稠化仪环境下，模拟井底20分钟，升到井底循环温度(BHCT)55℃、40MPa环境左右保持30分钟，再将弹性隔离液温度降至26℃，然后重新开始加热程序至78℃(井底静止温度BHST)，最高加热至90℃。每升高5℃读取温压曲线。升温速率：2.5℃/min。对比水、空白基础隔离液升温过程的压力曲线，通过观察同一温度段的压力大小来判断该弹性隔离液是否能够缓解压力增长。弹性隔离液在同一温度段压力明显小于水和空白基础隔离液压力值，说明该弹性隔离液具有良好的缓解压力增长能力。
通过以上三组表格数据的比较，水的压力随温度的变化数值是最大的，在90℃时达到了11292.42psi(77.88MPa)；而空白基础隔离液的压力随温度的变化数值也比较明显，在90℃时达到了10845.24psi(74.79MPa)；弹性隔离液的压力随温度的变化数值下降的趋势非常明显，在60℃，其压力为4907.00psi(33.84MPa)，在70℃到80℃的时候，其压力维持在5412.00psi(37.32MPa)，而在90℃的时候其压力仅为5531.00(38.14MPa)，相比于水，其压力下降了5761.42psi(39.73MPa)，说明弹性隔离液具有很好的释放压力的效果。
对所得弹性隔离液进行密度和漏斗粘度测试，结果表明该弹性隔离液的漏斗粘度为100S，12小时无明显沉降现象，24小时有虚沉降。
配制水泥浆并测试所得弹性隔离液与水泥浆的稠化相容性，空白水泥浆包括如下的重量份的组分：40.6g水、0.5g PC-X62L、1g PC-F41L、3g PC-G86L、4g PC-GS12L、0.25gPC-H21L、1.5g PC-B10和100g JH/G。向配制的空白水泥浆中加入上述隔离液，使隔离液污染水泥浆的体积份数为25％，得受弹性隔离液污染的水泥浆。空白水泥浆和受弹性隔离液污染的水泥浆稠化时间分别为195分钟和228分钟，实验结果表明：模拟井底温压条件，即使井底水泥浆受到弹性隔离液的25％体积份数的污染，水泥浆的稠化时间延长34分钟，未造成稠化缩短或稠化超期延长的现象。
弹性隔离液作为隔离水泥浆和泥浆的中间流体，必不可少的在顶替泵送的过程中会和这两种流体产生接触和污染，污染后是否影响水泥浆的流变性能、稠化时间、抗压强度等性能至关重要；对泥浆的污染体现在流变性能是否满足要求。
对含有不同含量弹性隔离液的受弹性隔离液污染的水泥浆进行流变相容性测试，测试的仪器是六速旋转粘度计，测试之前对受弹性隔离液污染的水泥浆在46℃温度养护20分钟，测试结果如表4所示。
表4隔离液与空白水泥浆的相容性实验结果
取中海油湛江分公司陵水17-2气田的现场水基泥浆，与不同量的所述弹性隔离液进行混合，弹性隔离液与现场水基泥浆的相容性结果如表5所示。
表5弹性隔离液与现场水基泥浆的相容性结果
表4、表5的实验结果表明，隔离液与空白水泥浆、现场水基泥浆接触污染以后，流变性能影响都不大，对水泥浆的顶替及流变性能符合施工要求。
向水泥浆中加入隔离液，通常情况下，水泥浆的抗压强度下降，企业标准要求抗压强度下降小于70％，本实施例将弹性隔离液对水泥浆的抗压强度的影响进行测试，测试结果表明，空白水泥浆的抗压强度为(24h,71℃)为29.7Mpa，受弹性隔离液污染的水泥浆(弹性隔离液的体积分数为25％)的抗压强度(24h,71℃)为15.3Mpa，抗压强度下降48％，符合企业标准要求。
由此可知，本发明提供的弹性隔离液具有很好的释放压力的效果。弹性隔离液体系与现场水基泥浆流变配伍性良好、沉降稳定性良好。弹性隔离液体系和水泥浆流变配伍性良好、稠化几乎无影响、抗压强度略有下降，符合企业标准要求。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限定。凡本领域的技术人员利用本发明的技术方案对上述实施例作出的任何等同的变动、修饰或演变等，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种固井用防套管涨损弹性隔离液，其特征在于，包括如下组分：水、消泡剂、隔离剂和弹性剂，水、消泡剂、隔离剂和弹性剂的质量比为100：(0.5～1)：(0.5～3)：(30-60)；其中弹性剂的制备方法包括：
(1)取聚己内酯和无机多孔材料在加热条件下充分混合，得混合物；所述加热的温度为60～90℃；无机多孔材料为微米级的；无机多孔材料包括多孔陶粒、硅藻土、沸石或多孔玻璃中的一种以上；聚己内酯和无机多孔材料的质量比为1：(1～8)；
(2)将混合物和橡胶粉混合，得弹性剂；混合物和橡胶粉的质量比为(1～3):1。
2.根据权利要求1所述的固井用防套管涨损弹性隔离液，其特征在于，步骤(2)中混合时的温度为室温～53℃。
3.根据权利要求1所述的固井用防套管涨损弹性隔离液，其特征在于，步骤(2)中所述橡胶粉为高弹模橡胶粉，弹性模量为0.01～1Gpa。
4.根据权利要求1所述的固井用防套管涨损弹性隔离液，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中所述的混合是指搅拌混合，步骤(1)搅拌的速率为100～150转/分钟；搅拌的时间大于3小时；步骤(2)搅拌的速率为30～120转/分钟；搅拌的时间大于1小时。
5.根据权利要求1所述的固井用防套管涨损弹性隔离液，其特征在于，步骤(1)中聚己内酯和无机多孔材料充分混合后置于水中，在30～50RPM的条件下搅拌5～10分钟，静置30分钟以上取漂浮物，得混合物。
6.根据权利要求1所述的固井用防套管涨损弹性隔离液，其特征在于，所述消泡剂为PC-X60L剂。
7.根据权利要求1所述的固井用防套管涨损弹性隔离液，其特征在于，
隔离剂为PC-S23S。
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