CN113185957B - 一种可固化隔离液 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种可固化隔离液，包括以下重量份的原料：硅藻土4份至40份、胶凝材料40份至80份、激发剂10份至15份、降失水剂1份至5份。本申请提供的技术方案可以在不使用价格昂贵的空心玻璃微珠为减轻剂的前提下，仅通过提高造浆率，可获得1.20g/cm3至1.50g/cm3的可固化隔离液，可固化隔离液固化体30d强度介于3.0MPa至25.0MPa。

Description

一种可固化隔离液
技术领域
本申请涉及油田固井技术领域，尤指一种可固化隔离液及其组成。
背景技术
在油田固井中，为防止固井水泥浆与钻井泥浆产生增稠等不相容现象，需要在固井水泥浆与钻井泥浆中间泵注一段工作液，起到隔离泥浆、冲刷泥饼、增强水泥环界面胶接等作用，这段工作液被称为隔离液。
传统隔离液是由悬浮增粘剂(如：黏土矿物类、生物聚合物、合成高分子聚合物或其组合物等)、分散稀释剂(如：磺酸盐、羧酸盐等低分子量聚合物)、密度调节剂(如：加重剂或减轻剂)，与水混配而成，这类隔离液不具有可固化特性。在固井注水泥作业中，隔离液一般未被完全顶替出井筒，而是留在水泥端面以上的环形空间内。在油气开采后期，可能存在井下油气通过该环形空间上窜的风险。若隔离液具有可固化特性，在一定程度上能起到封隔环形空间，防止油气上窜几率的发生。另外，这种具有可固化特性的隔离液，在油基泥浆固井时，一方面可有效回收价格昂贵的油基泥浆，另一方面还能起到增加固井封隔段的作用。
中国专利CN104995279A公开了一种固结隔离液(即：可固化隔离液)及其使用方法。在该专利中，可固化隔离液主要以水泥制造过程窑尾收集的副产物水泥窑灰(CementKiln Dust,CKD)为主要原料。据考察，在国内水泥制造企业中，水泥窑灰没有单独作为副产物进行排放和收集。获取水泥窑灰，要受限于水泥生产企业有意向进行投资及对收尘系统的改造。另外，在该专利所给出的实施例1中，密度为13ppg(即：1.56g/cm3)隔离液，固化体强度仅为388psi(即：2.7MPa)。
中国专利CN101857799公开了一种可固化隔离液的配方。在该专利中，可固化隔离液主要是以矿渣为固化剂，黏土类为悬浮剂，氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠及氧化钙为激发剂，铁矿粉及漂珠为密度调节剂，加水混配而成。以氢氧化钠、硅酸钠等强碱为激发剂制备的可固化隔离液与水泥浆体共混时，可能存在水泥浆固化时间不可控的风险。在该专利的实施例中，并没给出隔离液与水泥浆体共混时，固化时间可调可控的结果。
因此，开发一种具有固化可控、原材料来源丰富、性能优良的可固化隔离液，可丰富固井技术和提高固井封隔质量。
发明内容
本发明的目的在于提出一种可固化隔离液。该可固化隔离液具有与钻井泥浆及与固井水泥浆共混时粘度方面的配伍性，还具有固化时间可调可控、固化体强度高以及原材料来源丰富的特点。
一种可固化隔离液，包括以下重量份的原料：硅藻土4份至40份、胶凝材料40份至80份、激发剂10份至15份、降失水剂1份至5份。可选地，所述可固化隔离液由以上组分组成。
在本申请提供的一种实施方式中，所述可固化隔离液还包括土类悬浮剂0份至4份、缓凝剂0份至2份、消泡剂0份至0.2份；
在本申请提供的一种实施方式中，所述土类悬浮剂为0.001份至4份、缓凝剂0.001份至2份、消泡剂0.001份至0.2份。可选地，所述可固化隔离液由以上组分组成。
在本申请提供的一种实施方式中，所述硅藻土的粒度为100目至400目；
在本申请提供的一种实施方式中，所述硅藻土中SiO2的含量不小于85％；
在本申请提供的一种实施方式中，所述的硅藻土为煅烧硅藻土，或煅烧硅藻土在分选过程布袋收集的除尘粉副产物。
在本申请提供的一种实施方式中，所述硅藻土经过800-900℃煅烧。
在本申请提供的一种实施方式中，所述胶凝材料选自矿渣或粉煤灰的一种或两种；
在本申请提供的一种实施方式中，所述胶凝材料包括矿渣和粉煤灰，所述矿渣和粉煤灰的重量比为(1:2)至(2.5:1)。
在本申请提供的一种实施方式中，所述矿渣可为S95级矿渣(符合中国国家标准GB/T 18046-2008)，所述粉煤灰可为Ⅰ级粉煤灰(符合中国国家标准GB/T 1596-2017)。
在本申请提供的一种实施方式中，所述激发剂为城市垃圾焚烧处理所产生的飞灰。所述飞灰为城市垃圾焚烧至最终阶段得到的飞灰。
在本申请提供的一种实施方式中，所述激发剂为城市垃圾粉烧处理过程所产生的飞灰(Municipal Solid Waste incinerator-Fly ash,代号：MSW-FA，简称：飞灰)。飞灰中含有重金属、二恶英等危害物。
在本申请提供的一种实施方式中，所述土类悬浮剂选自膨润土、硅酸镁铝土类悬浮剂、凹凸棒粘土和海泡石中的任意一种或更多种。
在本申请提供的一种实施方式中，所述降失水剂为AMPS单体与N，N二甲基丙烯酰胺单体的共聚物，可选地，所述降失水剂选自PC-G86S和PC-G80L中的一种或两种。
在本申请提供的一种实施方式中，所述缓凝剂为磷酸盐或木质素磺酸盐的溶液，所述溶液的质量分数为10％至50％；
在本申请提供的一种实施方式中，所述消泡剂选自磷酸酯类消泡剂、聚醚类消泡剂和有机硅类消泡剂中的任意一种或更多种。
在本申请提供的一种实施方式中，所述可固化隔离液中包括水；可选地，所述水选自海水和淡水中的一种或两种；
在本申请提供的一种实施方式中，所述可固化隔离液的密度为1.20g/cm3至1.50g/cm3。
本发明区别与现有技术，具有如下优点：
(1)在不使用价格昂贵的空心玻璃微珠为减轻剂的前提下，仅通过提高造浆率，可获得1.20g/cm3至1.50g/cm3的可固化隔离液，可固化隔离液固化体30d强度介于3.0MPa至25.0MPa；(2)在温度为27℃至87℃时，具有固化可调可控；(3)具有与钻井泥浆以及与固井水泥浆共混时粘度方面的配伍性。(4)所使用的主要材料均来自于工业过程中产生的副产物(如火力发电所产生的粉煤灰，冶炼钢铁所产生的矿渣，粉烧城市垃圾所产生的飞灰)，实现副产物的资源化利用，特别是实现了危险废弃物飞灰的固化处理。
本发明的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为飞灰(MSW-FA)的粉末衍射物相组成分析图；
图2为表2-1中编号为2#(密度为1.25g/cm3)的可固化隔离液倒入稠化仪浆杯中的流动状态。
图3为表2-1和表2-2中编号为1#、2#、3#、4#、5#、6#及7#可固化隔离液固化后所得的固化体。
图4A、图4B、图4C及图4D分别对应于缓凝剂H10L不同加量下的可固化隔离液在27℃、47℃、67℃及87℃时的稠化曲线。
图5为表2-1中编号为2#(密度为1.25g/cm3)的可固化隔离液与钻井泥浆的固结状况。
图6为表2-1中编号为2#(密度为1.25g/cm3)的可固化隔离液固化体的粉末衍射物相组成分析图。
图7为表2-1中编号为2#(密度为1.25g/cm3)的可固化隔离液固化体的扫描电镜微观形貌分析图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在下述实施例中，硅藻土(325目筛余量5％，二氧化硅含量90％)、矿渣(S95级，符合GB/T 18046-2008)及粉煤灰(Ⅰ级灰，符合GB/T 1596-2017)可商购，海泡石粉购置于Tolsa公司，牌号为S9。飞灰(MWS-FA)由北京某垃圾粉烧厂提供。实施例中其余材料见表1，均来自于天津中海油服化学公司。
表1
Figure BDA0003045879650000051
实施例1
依照表2所示配方，首先由硅藻土、胶凝材料中的矿渣、胶凝材料中的粉煤灰、激发剂(飞灰)、土类悬浮剂(海泡石)及固体降失水剂(PC-G86S)混配并获得可固化隔离液的干混料，再依照表2配制编号1#至8#可固化隔离液。其中，编号为2#的可固化隔离液倒入稠化仪浆杯中的流动状态，如图2所示。依据API RP10B-2-2013规范测试各配方性能，结果见表3。
表2
Figure BDA0003045879650000052
Figure BDA0003045879650000061
表3
Figure BDA0003045879650000062
由表3可以获得如下结论：(1)在浆体密度方面，可以不使用价格昂贵的空心玻璃微珠作为减轻剂，仅通过提高造浆率，便可获得1.20g/cm3至1.50g/cm3的可固化隔离液。(2)在浆体流变性方面，随着浆体密度增加，流变读数增加，但高转速读数(如，￠600转)仍能介于常规钻井泥浆和固井水泥浆的读数，因而能满足施工过程顶替需要。(3)在固化体强度方面，抗压强度基本介于3.0MPa至25.0MPa；30d强度还要略高于1d的强度，并没有出现因养护龄期延长而出现强度倒缩现象；随着浆体密度增大，固化体强度逐步增加。
在2英寸铜模具中，45℃养护编号1#至7#不同密度的可固化隔离液，固化脱模后，所得固化体实物图，如图3所示。在图3中，各固化体均能呈现2英寸完整立方体，说明不同密度可固化隔离液没有出现离析和分层现象，浆体稳定。
实施例2
在实施例1的表2中，选取编号为2#的可固化隔离液，添加基于可固化隔离液固体组分重量的缓凝剂H10L，分别测定稠化条件为27℃×20MPa、47℃×20MPa、67℃×30MPa及87℃×35MPa时的稠化曲线，结果如表4所示。节选27℃、47℃、67℃和87℃部分稠化曲线，分别对应于图4A、图4B、图4C和图4D。
表4
Figure BDA0003045879650000071
备注：稠化时间为在稠化曲线中稠度达到30BC所需的时间。
由表4和图4A至图4D可见，通过调节缓凝剂用量，可以实现27℃至87℃可固化隔离液固化可控可调，稠化曲线无异常现象。
另外，在实施例1中，将1#配方中的激发剂换成建材行业中常用的激发剂，如氢氧化钠、硅酸钠及二者的不同比例的组合物后，通过混凝剂H10L调节其固化可控可调性，结果发现不具有本技术所展现的固化可控可调性。
实施例3
在实施例1的表2中，选取编号为2#的可固化隔离液，考察该可固化隔离液分别与钻井泥浆(编号为M)和油井水泥浆(编号为C)的相容性，考察结果如表5所示。
具体做法为：(1)按表5所示混合比取样，在瓦林搅拌器中以搅拌速度为1000转/min混配10min，得各混合样；(2)所得各混合样，在55℃常压养护仪中养护30min，采用6速粘度计测定流变读数；(3)将所得各混合样，在60℃水浴养护3d，观察各混合样的固化状况或测定其强度。其中，编号为M的钻井泥浆配方为“100％海水+0.2％NaOH+0.2％Na2CO3+0.3％提粘剂PF-XCD+1.0％钻井土+2.0％PF-Flotrol+0.2％包被剂PF-Plus+3.0％KCl+16％重晶石粉，％为重量百分数，浆体密度为1.20g/cm3”；编号为C的油井水泥浆配方为“100％油井水泥+4.0％降失水剂PC-G80L+0.5％分散剂PC-F44S+0.2％消泡剂PC-X60L，％为重量百分数，浆体密度为1.92g/cm3”。
表5
Figure BDA0003045879650000081
由表5可见，编号为2#的可固化隔离液分别与编号为M的钻井泥浆和编号为C的固井水泥浆以不同比例混合时，6速粘度计读数未出现明显变化，均处于认可和可接受的浆体流变值，没有出现混合浆体增稠现象，即说明该可固化隔离液具有与钻井泥浆以及与固井水泥浆共混时粘度方面的配伍性。此外，该可固化隔离液与钻井泥浆共混时和与固井水泥浆共混时的固化状况和抗压强度分析见表5，其中与钻井泥浆共混时的固化状况，见图5，图5中从左至右分别为编号1至编号7。在图5中，惊奇地发现，可固化隔离液中混入等体积钻井泥浆时(即：表5中混配比为“50％M+50％2#”)，仍看到“可得固化体”的效果，以此可说明，本发明所述可固化隔离液具有固化钻井泥浆的作用。
实施例4
选取实施例1中编号为2#可固化隔离液的固化体，利用荷兰Panlytical公司Aeris台式衍射仪获取固化体的物相组成(测试条件为：步长0.01°、扫描范围、扫描速度0.06°/min、铜靶镍过滤)，如图6所示；以及利用日本JEOL公司7600F扫描电镜获取固化体的微观形貌(测试条件为：样品观察面喷金、加速电压10kv、工作距离10mm)，如图6所示。在图6中，出现了以2θ大约为30°为中心的“馒头峰”，以及微弱的石英砂物相峰(主峰2θ为26.64°)和少量未知峰，表明固化体主要以无定形的水化硅酸盐类为主，微弱的石英砂峰来源于硅藻土粉尘。
另外，图7所呈现的该固化体微观形貌，主要为无定型态凝胶包围不连续空隙以及由硅藻土机体内部构造所形成的不连续空隙(图7中箭头所指处)。不连续的空隙构成了固化体骨架结构的内部空间。
综上所述，采用本发明所提供的可固化隔离液，具有与钻井泥浆以及与固井水泥浆共混时的相溶性，满足隔离液的基本性能要求；在不使用价格昂贵的空心玻璃微珠作为减轻剂的前提下，通过提高造浆率，可获得密度范围(1.20g/cm3至1.50g/cm3)较宽的可固化隔离液，且固化体强度较高(>3.0MPa)；在温度为27℃至87℃，具有固化可调可控。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种可固化隔离液，包括以下重量份的原料：硅藻土4份至40份、胶凝材料40份至80份、激发剂10份至15份、降失水剂1份至5份；
所述硅藻土的粒度为100目至400目，所述硅藻土中SiO2的含量不小于85%；
所述硅藻土经过800-900℃煅烧；
所述激发剂为城市垃圾焚烧处理所产生的飞灰；
所述降失水剂选自PC-G86S和PC-G80L中的一种或两种；
所述胶凝材料包括矿渣和粉煤灰，所述矿渣和粉煤灰的重量比为(1:2.5)至(2.5:1)。
2.根据权利要求1所述的可固化隔离液，其中，所述土类悬浮剂为0.001份至4份、缓凝剂0.001份至2份、消泡剂0.001份至0.2份。
3.根据权利要求1所述的可固化隔离液，其中，所述土类悬浮剂选自膨润土、硅酸镁铝土类悬浮剂、凹凸棒粘土和海泡石中的任意一种或更多种。
4.根据权利要求1所述的可固化隔离液，其中，所述缓凝剂为磷酸盐或木质素磺酸盐的溶液，所述溶液的质量分数为10%至50%。
5.根据权利要求3或4所述的可固化隔离液，其中，所述消泡剂选自磷酸酯类消泡剂、聚醚类消泡剂和有机硅类消泡剂中的任意一种或更多种。
6.根据权利要求3或4所述的可固化隔离液，其中，所述可固化隔离液中包括水。
7.根据权利要求3或4所述的可固化隔离液，其中，所述水选自海水和淡水中的一种或两种。
8. 根据权利要求7所述的可固化隔离液，其中，所述可固化隔离液的密度为1.20 g/cm3至1.50 g/cm3。
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