CN112096335A - 一种基于离子液体胶塞的井筒隔离方法 - Google Patents

一种基于离子液体胶塞的井筒隔离方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于离子液体胶塞的井筒隔离方法，包含基于高强度磁性和声控相变型离子液体胶塞的井筒隔离方法，步骤包括(1)选定离子液体胶塞类型；(2)选定目标位置P2或F1，确定所需离子液体胶塞和上部工作液用量；(3)选定目标位置P1或F2，确定磁悬浮装置或声波发生器；(4)确定离子液体胶塞各组分浓度；(5)注入离子液体胶塞母液(若是高强度磁性离子液体胶塞需提前放入磁悬浮装置)；(6)注入工作液；(7)施工作业；(8)磁力助排返排或声波相变返排；本发明定点定位靶向封堵隔离工作液与产层，返排彻底，成本低，保障作业效果且对储层零接触、零污染。

Description

一种基于离子液体胶塞的井筒隔离方法
技术领域
本发明涉及油田化学凝胶暂堵隔离领域，具体而言，涉及一种基于离子液体胶塞的井筒隔离方法。
背景技术
以液体胶塞(又称凝胶)为主的井筒隔离方法广泛应用于钻完井作业和修井作业等油气田领域。常规胶塞井筒隔离方法是在修井作业前，提前泵入液体胶塞初始母液，在目标位置成胶，形成致密的3D网络结构，隔离工作液与产层，这样不仅能保障工作液不漏入地层，还能起到堵水、防气侵的作用。但就目前来看，这种方法极其依赖胶塞体系的性能，经常存在交联不充分或尚未交联而全部漏入到地层的风险。
常规井筒隔离所依赖的水基液体胶塞，由于接触产层，始终会有部分胶塞在地层中吸附滞留，影响油气产量，而且难以实现定点定位的靶向封堵隔离，用量普遍过大。离子液体凝胶广泛应用于生物医学和电化学领域，由于其耐温性、高机械性、物理场响应特性，如参考磁场响应：Hayashi S,Hamaguchi H.Discovery of a Magnetic Ionic Liquid[bmim]FeCl4[J].Chem.Lett,2005,34(5):740；震荡响应：Cai M,Liang Y,Zhou F,etal.Functional ionic gels formed by supramolecular assembly of a novel lowmolecular weight anticorrosive/antioxidative gelator[J].Journal of MaterialsChemistry,2011,21(35):13399，结合声波震荡解堵(如参考李旭.超声波辅助强氧化剂解除凝胶堵塞规律研究[D].中国石油大学(华东),2018)和磁场响应特性，其有望作为一种液体胶塞封堵隔离新方法应用于油气田领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于高强度磁性离子液体胶塞的井筒隔离方法，利用离子液体胶塞在磁场下具备的响应特性，悬浮胶塞与上部液柱，隔离胶塞与产层，对任意位置实现定点定位的靶向封堵隔离，保障作业效果且对储层零接触、零伤害。
本发明的另一目的在于提供一种基于声控相变型离子液体胶塞的井筒隔离方法，利用离子液体胶塞具备的震荡响应特性，采用声波震荡技术，返排作业时下入声波发生装置，离子液体胶塞由冻胶状态转变为自由流动液体，自然返排，避免化学破胶剂和机械油管破胶的使用，节约成本。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。
一种基于高强度磁性离子液体胶塞的井筒隔离方法，依次包括如下步骤：
(1)选定高强度磁性离子液体胶塞，
(2)选定目标位置P2，确定所需磁性离子液体胶塞和上部工作液用量；
(3)选定目标位置P1，确定磁悬浮装置(内含磁场检测电子设备)，由电缆连接并控制磁场强弱，光纤连通磁场检测电子设备与地面仪表(实时监控)；
(4)确定高强度磁性离子液体胶塞磁性颗粒浓度和增强材料浓度；
(5)施工之前，先下入悬浮装置(目标位置P1)，保障电缆输送稳定、光纤信号正常；
(6)注入磁性离子液体胶塞母液(目标位置P2)；
(7)注入工作液(前段具有顶替作用)；
(8)施工作业；
(9)作业完成后，加大电缆功率循环出工作液，高强度磁性胶塞与悬浮装置随管柱起出。
进一步的，所述高强度磁性离子液体胶塞，该胶塞磁性需满足：在磁场作用下，所产生的磁力大于胶塞和上部工作液重力；该胶塞强度需满足：承受上部工作液与下部磁场作用力之差；该胶塞成胶时间需满足：到达目标位置为固态，可采用发明专利“一种磁性水凝胶的制备方法(201910206217.0)”中公开的磁性离子液体凝胶制备方法，但不限于此方法，为达到上述效果可选择增加磁性颗粒浓度、添加增强材料、缓凝剂或促凝剂。
进一步的，所述悬浮装置要求与磁性离子液体胶塞产生排斥力，悬浮装置由小径管柱衔接并控制升降，衔接处设有安装固定装置；小径管柱内含电缆，装置底座由线圈缠绕，电缆连接悬浮装置并控制磁场强弱，悬浮装置可采用发明专利“一种磁悬浮支撑装置(201910820535.6)”中公开的装置作为底座，但不限于此方法，光纤连接磁场检测电子设备与地面仪表(实时监控)，可采用发明专利“磁场检测装置和磁场检测方法(201911256942.5)”中公开的磁场检测电子设备，但不限于此方法。
进一步的，所述高强度磁性离子液体胶塞颗粒浓度和增强材料浓度的确定，需遵循准则(1)(2)；
F弹≥|F斥上-F液重-F摩-F胶重| (1)
F斥下+F悬重＞F井底 (2)
式(1)(2)中，F弹为高强度磁性离子液体胶塞的弹力，F液重为胶塞上部工作液重力，F斥上为悬浮装置对胶塞向上的悬浮力，F摩为胶塞膨胀后与井壁的摩擦力(有方向)，F胶重为胶塞自身重力，F斥下为悬浮装置所受的反作用力，F悬重为悬浮装置重力，F井底为向上的井底压力。
进一步的，所述注入高强度磁性离子液体胶塞母液的具体步骤为：以常规注入压力向井筒注入磁性离子液体胶塞母液，达到目标位置P2，形成固态，注入同时，悬浮装置输入电功率与注入速度成比例增加，始终遵循式(3)：
F动斥上＝F动胶重 (3)
式(3)中F动斥上为悬浮装置与胶塞之间产生的磁场斥力，由输入电功率控制磁场强弱以及力的大小；F动胶重为注入胶塞达到目标位置P2时的重力；
进一步的，所述工作液还具备顶替作用，注入同时保障悬浮装置的输电功率与注入速度成比例增加，始终遵循式(4)：
F动斥上≥F动液重+F胶重+F摩 (4)
式(4)中F动斥上为悬浮装置与胶塞之间产生的磁场斥力，由输入电功率控制磁场强弱以及力的大小；F胶重为注入胶塞达到目标位置P2时的重力；F动液重为注入过程中的工作液重力；F摩为胶塞膨胀后与井壁的摩擦力(有方向)；
一种基于声控相变型离子液体胶塞的井筒隔离方法，依次包括如下步骤：
(1)选定声控相变型离子液体胶塞，
(2)选定目标位置F1，确定所需声控相变型离子液体胶塞和上部工作液用量；
(3)选定目标位置F2，确定声波发生器；
(4)注入声控相变型离子液体胶塞(目标位置F1)；
(5)注入工作液；
(6)施工作业；
(7)作业完成后，声控相变返排。
进一步的，所述声控相变型离子液体胶塞在地面表现为具有一定粘度的液体，井底高温条件下成为冻胶状态，变频声波震荡下其转变为能够自由流动的液体，该胶塞强度需满足：承受上部工作液与井底压力之差；该胶塞成胶时间需满足：到达目标位置为冻胶状态，可参照发明专利“一种甲壳素再生水凝胶及其制备方法与应用(201911049628.X)”中公开的制备方法进行制备，但不限于此方法，根据井下工况要求和强度准则式(5)，确定胶塞各组分浓度；
F弹≥|F井-F液重| (5)
式(5)中F弹为磁性离子液体胶塞的弹力，F液重为胶塞上部工作液重力；
进一步的，所述声波发生器由小径管柱衔接并控制升降，衔接处设有安装固定装置；小径管柱内含电缆，连接悬浮装置并控制声波强弱；光纤连接声波发生器检测电子设备与地面仪表(实时监控)，可采用发明专利“一种用于油气井解堵增油的超声波发生器(201410436957.0)”中公开的装置作为声波发生器，但不限于此方法，更进一步的，可采用发明专利“超声波检测仪测试装置(201810997804.1)”中公开的声波检测装置，但不限于此方法；
进一步的，注入声控相变型离子液体胶塞的具体步骤为：以常规注入压力从油管向井筒注入(2)所计算的声控相变型离子液体胶塞母液，并由清水顶替，到达目标位置F1。
进一步的，注入工作液的具体步骤为：成胶之后形成胶塞，并向井筒注入(2)所计算的工作液；
进一步的，声控相变返排的具体步骤为：下入声波发生器到达目标位置F2，保障电缆输送稳定、光纤信号正常，输入功率，保持声波震荡2-3h后，撤出声波发生器，循环返排。
本发明与现有技术相比，有益效果是：本发明提供的一种基于高强度磁性离子液体胶塞的井筒隔离方法，依靠磁性液体胶塞与井底磁悬浮底座之间的相互作用力，达到平衡液柱压力与井底压力的效果，使胶塞与产层零接触，并且能够达到定点定位靶向隔离的效果，作业完成后，井底悬浮装置可起到助排作用，保护储层零污染；本发明提供的一种基于声控相变型离子液体胶塞的井筒隔离方法，结合声波发生器和声控相变型离子液体胶塞，在返排作业时转变为自由流动的液体，避免了化学破胶剂和机械油管破胶的使用，节约成本。
附图说明
图1是基于高强度磁性离子液体胶塞的井筒隔离方法原理示意图
图2是基于声控相变型离子液体胶塞的井筒隔离方法原理示意图
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
实施例1
参照图1，本实施例提供一种基于高强度磁性离子液体胶塞的井筒隔离方法，包括以下步骤：
(1)选定高强度磁性离子液体胶塞，该胶塞磁性需满足：在磁场作用下，所产生的磁力大于胶塞和上部工作液重力；该胶塞强度需满足：承受上部工作液与下部磁场作用力之差；该胶塞成胶时间需满足：到达目标位置为固态，可采用发明专利“一种磁性水凝胶的制备方法(201910206217.0)”中公开的磁性离子液体凝胶制备方法，但不限于此方法，为达到上述效果可选择增加磁性颗粒浓度、添加增强材料、缓凝剂或促凝剂。
(2)根据工况需求和井下条件(温度、压力等)，选定目标位置P2，确定所需磁性离子液体胶塞和上部工作液用量；
(3)选定目标位置P1，确定磁悬浮装置，所述悬浮装置要求与磁性离子液体胶塞产生排斥力，悬浮装置由小径管柱衔接并控制升降，衔接处设有安装固定装置；小径管柱内含电缆，装置底座由线圈缠绕，电缆连接悬浮装置并控制磁场强弱，悬浮装置可采用发明专利“一种磁悬浮支撑装置(201910820535.6)”中公开的装置作为底座，但不限于此方法，光纤连接磁场检测电子设备与地面仪表(实时监控)，可采用发明专利“磁场检测装置和磁场检测方法(201911256942.5)”中公开的磁场检测电子设备，但不限于此方法；
(4)根据所需高强度磁性离子液体胶塞、上部工作液和磁悬浮装置之间相互作用力准则(1)(2)，确定胶塞磁性颗粒浓度和增强材料浓度；
F弹≥|F斥上-F液重-F摩-F胶重| (1)
F斥下+F悬重＞F井底 (2)
式(1)(2)中，F弹为磁性离子液体胶塞的弹力，F液重为胶塞上部工作液重力，F斥上为悬浮装置对胶塞向上的悬浮力，F摩为胶塞膨胀后与井壁的摩擦力(有方向)，F胶重为胶塞自身重力，F斥下为悬浮装置所受的反作用力，F悬重为悬浮装置重力，F井底为向上的井底压力，要求胶塞必须承受工作液、自身重力与悬浮力之间压力差，且反作用于悬浮装置的力与悬浮装置自身重力之和大于井底压力，并且磁悬浮装置与胶塞之间距离必须提前设定；
(5)施工之前，先下入悬浮装置(目标位置P1)，保障电缆输送稳定、光纤信号正常，电缆连通悬浮装置与地面发电装置，光纤连通磁场检测电子设备与地面仪表，地面仪表可显示悬浮装置与高强度磁性离子液体胶塞之间相互作用力；
(6)以常规注入压力向井筒注入高强度磁性离子液体胶塞母液，达到目标位置P2，形成固态，注入同时，悬浮装置输入电功率与注入速度成比例增加，保持始终遵循式(3)：
F动斥上＝F动胶重 (3)
式(3)中F动斥上为悬浮装置与胶塞之间产生的磁场斥力，由输入电功率控制磁场强弱以及力的大小；F动胶重为注入胶塞达到目标位置P2时的重力；
(7)向井筒注入(2)所计算的工作液，注入同时保障悬浮装置的输电功率与注入速度成比例增加，始终遵循式(4)：
F动斥上≥F动液重+F胶重+F摩 (4)
式(4)中F动斥上为悬浮装置与胶塞之间产生的磁场斥力，由输入电功率控制磁场强弱以及力的大小；F胶重为注入胶塞达到目标位置P2时的重力；F动液重为注入过程中的工作液重力；F摩为胶塞膨胀后与井壁的摩擦力(有方向)；
(8)进行施工作业；
(9)作业完成后，加大电缆功率循环出工作液，高强度磁性胶塞与悬浮装置随管柱起出。
本发明所述的工作液还具备顶替作用，使磁性液体胶塞全部达到目标位置P2，所述工作液可以是溴化钙、甲酸钾或溴盐锌盐等溶液。
实施例2
参照图2，本实施例提供中一种基于声控相变型离子液体胶塞的井筒隔离方法，包括以下步骤：
(1)选定声控相变型离子液体胶塞，所述声控相变型离子液体胶塞在地面表现为具有一定粘度的液体，井底高温条件下成为冻胶状态，变频声波震荡下其转变为能够自由流动的液体，该胶塞强度需满足：承受上部工作液与井底压力之差；该胶塞成胶时间需满足：到达目标位置为冻胶状态，可参照发明专利“一种甲壳素再生水凝胶及其制备方法与应用(201911049628.X)”中公开的制备方法进行制备，但不限于此方法，根据井下工况要求和强度准则式(5)，确定胶塞各组分浓度；
F弹≥|F井-F液重| (5)
式(5)中F弹为声控相变型离子液体胶塞的弹力，F液重为胶塞上部工作液重力；
(2)根据工况需求和井下条件(温度、压力等)，选定目标位置F1，确定所需声控相变型离子液体胶塞和上部工作液用量；
(3)选定目标位置F2，确定声波发生器，该装置由电缆连接并控制频率范围，可采用发明专利“一种用于油气井解堵增油的超声波发生器(201410436957.0)”中公开的装置作为声波发生器，但不限于此方法，进一步的，声波发生器包含超声波检测仪测试装置由光纤传输数据，可采用发明专利“超声波检测仪测试装置(201810997804.1)”中公开的声波检测装置，但不限于此方法；
(4)胶塞母液制备好之后，以常规注入压力从油管向井筒注入(2)所计算的声控相变型离子液体胶塞母液，并由清水顶替，到达目标位置F1；
(5)成胶之后形成冻胶状胶塞，并向井筒注入(2)所计算的工作液；
(6)进行施工作业；
(7)作业完成后返排，下入声波发生器到达目标位置F2，保障电缆输送稳定、光纤信号正常，输入功率，保持声波震荡2-3h后，撤出声波发生器，循环返排。
以上所述仅为本发明的暂堵压井作业实施例而己，并不用于限制本发明在其他工艺作业的使用，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于离子液体胶塞的井筒隔离方法，其特征在于，包括一种基于高强度磁性离子液体胶塞的井筒隔离方法和一种基于声波相变型离子液体胶塞的井筒隔离方法。
2.根据权利要求1所述的一种基于高强度磁性离子液体胶塞的井筒隔离方法，其特征在于，悬浮胶塞与工作液，实现定点定位的靶向封堵隔离。
3.根据权利要求1所述的一种基于高强度磁性离子液体胶塞的井筒隔离方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)选定高强度磁性离子液体胶塞，该胶塞磁性需满足：在磁场作用下，所产生的磁力大于胶塞和上部工作液重力；该胶塞强度需满足：承受上部工作液与下部磁场作用力之差；该胶塞成胶时间需满足：到达目标位置为固态；
(2)选定目标位置P2，确定所需磁性离子液体胶塞和上部工作液用量；
(3)选定目标位置P1，确定悬浮装置(内含磁场检测电子设备)，由小径管柱衔接并控制升降，衔接处设有安装固定装置；小径管柱内含电缆，连接悬浮装置并控制磁场强弱；光纤连接磁场检测电子设备与地面仪表(实时监控)；
(4)确定高强度磁性离子液体胶塞磁性颗粒浓度和增强材料浓度；
(5)施工之前，先下入悬浮装置(目标位置P1)，保障电缆输送稳定、光纤信号正常；
(6)注入磁性离子液体胶塞母液(目标位置P2)；
(7)注入工作液(前段具有顶替作用)；
(8)施工作业；
(9)作业完成后，加大电缆功率循环出工作液，高强度磁性胶塞与悬浮装置随管柱起出。
4.根据权利要求1所述的一种基于高强度磁性离子液体胶塞的井筒隔离方法，其特征在于，胶塞、上部工作液和磁悬浮装置之间相互作用力准则(1)(2)：
F弹≥|F斥上-F液重-F摩-F胶重| (1)
F斥下+F悬重＞F井底 (2)
式(1)(2)中，F弹为高强度磁性离子液体胶塞的弹力，F液重为胶塞上部工作液重力，F斥上为悬浮装置对胶塞向上的悬浮力，F摩为胶塞膨胀后与井壁的摩擦力(有方向)，F胶重为胶塞自身重力，F斥下为悬浮装置所受的反作用力，F悬重为悬浮装置重力，F井底为向上的井底压力。
5.根据权利要求1所述的一种基于声控相变型离子液体胶塞的井筒隔离方法，其特征在于，在高温作用下由液体转变为冻胶状态，在声波震荡下由冻胶状态转变为自由流动的液体。
6.根据权利要求1所述的一种基于声控相变型离子液体胶塞的井筒隔离方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)选定声控相变型离子液体胶塞；该胶塞强度需满足：承受上部工作液与井底压力之差；该胶塞成胶时间需满足：到达目标位置为冻胶状态；
(2)选定目标位置F1，确定所需声控相变型离子液体胶塞和上部工作液用量；
(3)选定目标位置F2，确定声波发生器，由小径管柱衔接并控制升降，衔接处设有安装固定装置；小径管柱内含电缆，连接悬浮装置并控制声波强弱；光纤连接声波发生器检测电子设备与地面仪表(实时监控)；
(4)注入声控相变型离子液体胶塞(目标位置F1)；
(5)注入工作液；
(6)施工作业；
(7)作业完成后，下入声波发生器，保障电缆输送稳定、光纤信号正常，输入功率，保持声波震荡2-3h后，撤出声波发生器，循环返排。
7.根据权利要求4所述的声控相变型离子液体胶塞，其特征在于，胶塞强度满足式(3)：
F弹≥|F井-F液重| (3)
式(3)中F弹为声控相变型离子液体胶塞的弹力，F液重为胶塞上部工作液重力。
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