CN113322055B - 一种溶解剂及其在溶解固井滑套中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种溶解剂及其在溶解固井滑套中的应用。该溶解剂包括酸、卤素盐、硫酸盐和水，其中，酸为柠檬酸、酒石酸和正磷酸中的至少一种；卤素盐为氯化铵、氯化钾、氯化钠和氯化镁中的至少一种；硫酸盐为硫酸铝和/或硫酸镁。
Description
技术领域
本发明提供了一种溶解剂，特别是其在溶解固井滑套中的应用。
背景技术
固井滑套具有分段压裂完井工艺分段级数不受限制，压裂规模大、施工排量大、不用射孔钻塞等优势，对于低渗透油气田、页岩气效益开发有重要意义。
固井滑套常采用油/套管内加压、推动活塞下行、剪切销钉的方式来开启孔眼，达到连通油/套管和地层的目的，所以固井滑套工具中会预留出活塞下行空间，而固井作业中大量水泥浆会流经此空间，导致部分水泥残留，影响活塞下行开启孔眼。其中一种滑套结构是采用镁或镁铝合金预置占据该空间，以防止水泥残留，同时这种镁或镁铝合金应在固井时顶替的液体中在设计的后一段时间内溶解，让出活塞下行的空间。这种溶解液体需要考虑两个因素，一是与水泥浆配伍性好，与水泥浆混合后稠化、凝固时间控制在合理区间内；二是能在设计时间内溶解掉镁和镁铝合金，让出活塞下行空间。
发明内容
本发明之一提供了一种溶解剂，其包括酸、卤素盐、硫酸盐和水。
在一个具体实施方式中，所述酸为柠檬酸、酒石酸和正磷酸中的至少一种。
在一个具体实施方式中，所述卤素盐为氯化铵、氯化钾、氯化钠和氯化镁中的至少一种。
在一个具体实施方式中，所述硫酸盐为硫酸铝和/或硫酸镁。
在一个具体实施方式中，以所述溶解剂的总量计作100％，所述酸的含量为1.5％至4％，所述卤素盐的含量为5％至15％，所述硫酸盐的含量为1％至5％，余量为水。
在一个具体实施方式中，所述溶解剂包括柠檬酸，氯化铵，硫酸铝和/或硫酸镁，和水；以所述溶解剂的总量计作100％，所述柠檬酸的含量为1.5％至4％，所述氯化铵的含量为5％至15％，所述硫酸铝和/或硫酸镁的含量(即当为硫酸铝和硫酸镁时，指的是两者的总含量)为3％至5％。
在一个具体实施方式中，所述溶解剂包括酒石酸，氯化铵，硫酸铝和/或硫酸镁，和水；以所述溶解剂的总量计作100％，所述酒石酸的含量为2％至3.5％，所述氯化铵的含量为8％至12％，所述硫酸铝和/或硫酸镁的含量为2.5％至3.5％。
在一个具体实施方式中，所述溶解剂包括正磷酸，氯化铵，硫酸铝和/或硫酸镁，和水；以所述溶解剂的总量计作100％，所述正磷酸的含量为2％至4％，所述氯化铵的含量为5％至8％，所述硫酸铝和/或硫酸镁的含量为1％至3％。
本发明之二提供了根据本发明之一中任意一项所述的溶解剂在用于溶解固井滑套中的应用。
本发明的有益效果：
1.本发明溶解剂与水泥浆配伍性好，与水泥浆混浆后不会引起水泥浆速凝，导致水泥浆泵送过程中在油/套管内凝固，因而不会使固井作业失败；也不会因引起水泥浆过度缓凝而影响水泥凝固，因而不会影响固井质量。
2.本发明溶解剂中各组分在协同作用下起到了水泥浆缓凝和溶解镁或镁铝合金预置环的作用，同时又能缩短水泥浆的凝固时间，进而可以防止溶解剂与水泥浆混浆后过度缓凝而影响固井质量。
3.本发明溶解剂通过顶替水泥浆时注入，可在24小时内溶解掉所有固井滑套的镁或镁铝合金预置环，让出滑套下行空间，整个作业与常规固井作业程序一致，不增加额外的工程作业时间。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明实施例仅为示例性的说明，该实施方式无论在任何情况下均不构成对本发明的限定。
实施例1
量取清水87质量份、氯化铵8质量份、柠檬酸2质量份、硫酸铝3质量份，清水在搅拌状态下加入硫酸铝，待硫酸铝完全溶解后加入柠檬酸、氯化铵，持续搅拌直至完全溶解，配制形成溶解剂。
将溶解剂与水泥浆(采用油气井固井用G级水泥，水灰比为0.44，以下各实施例相同)以体积比2:8的比例混合，得到配方1#。以不加溶解剂的水泥浆作为空白对照D#。
参照标准GB/T 19139-2012《油井水泥试验方法》测定稠化时间(测试温度38℃，测试压力20MPa)，结果见表1。
从表1可以看出，1#到达70BC的稠化时间从空白样的210分钟增加到420分钟，样品适度缓凝，到一定时间后又可凝固，因而不影响固井作业。
表1溶解剂与水泥浆混合后稠化时间变化情况
在25℃下将质量为350g和400g的镁铝合金(材料配方为：3％的铝，3％的锌，2％的铁，15％的铜，0.1％的银，1％的镍，余量为镁，以下各实施例相同)预置环分别浸没在20L的溶解剂中，测试镁铝合金预置环完全溶解时间，结果见表2。
从表2溶解剂对镁铝合金材料的溶解时间可以看出，镁铝合金预置环可在21小时内溶解，让出固井滑套活塞下行空间，使滑套在井口加压情况下顺利开启。
表2镁铝合金预置环在溶解剂中的溶解时间
| 镁铝合金预置环重量(g) | 加入溶解剂20L的溶解时间(h) |
| 350 | 18 |
| 400 | 21 |
实施例2
量取清水86.5质量份、氯化铵8质量份、柠檬酸2质量份、硫酸镁3.5质量份，清水在搅拌状态下加入硫酸镁，待硫酸镁完全溶解后加入柠檬酸、氯化铵，持续搅拌直至完全溶解，配制形成溶解剂。
将溶解剂与水泥浆以体积比2:8的比例混合，得到配方2#。以不加溶解剂的水泥浆作为空白对照D#。
稠化时间的测定方法同实施例1，结果见表3。
从表3可以看出，到达70BC的稠化时间从空白样的210分钟增加到600分钟，样品适度缓凝，到一定时间后又可凝固，因而不影响固井作业。
表3溶解剂与水泥浆混合后稠化时间变化情况
在25℃下将质量为350g和400g的镁铝合金预置环分别浸没在20L的溶解剂中，测试镁铝合金预置环完全溶解时间，结果见表4。
从表4溶解剂对镁铝合金材料的溶解时间可以看出，镁铝合金预置环可在21小时内溶解，让出固井滑套活塞下行空间，使滑套在井口加压情况下顺利开启。
表4镁铝合金预置环在溶解剂中的溶解时间
| 镁铝合金预置环重量(g) | 加入溶解剂20L的溶解时间(h) |
| 350 | 17 |
| 400 | 21 |
实施例3
量取清水86.5质量份、氯化铵8质量份、柠檬酸2质量份、硫酸铝2.5质量份、硫酸镁1质量份，清水在搅拌状态下加入硫酸铝和硫酸镁，待硫酸铝和硫酸镁完全溶解后加入柠檬酸、氯化铵，持续搅拌直至完全溶解，配制形成溶解剂。
将溶解剂与水泥浆以体积比2:8的比例混合，得到配方3#。以不加溶解剂的水泥浆作为空白对照D#。
稠化时间的测定方法同实施例1，结果见表5。
从表5可以看出，到达70BC的稠化时间从空白样的210分钟增加到510分钟，样品适度缓凝，到一定时间后又可凝固，因而不影响固井作业。
表5溶解剂与水泥浆混合后稠化时间变化情况
在25℃下将质量为350g和400g的镁铝合金预置环分别浸没在20L的溶解剂中，测试镁铝合金预置环完全溶解时间，结果见表6。
从表6溶解剂对镁铝合金材料的溶解时间可以看出，镁铝合金预置环可在21小时内溶解，让出固井滑套活塞下行空间，使滑套在井口加压情况下顺利开启。
表6镁铝合金预置环在溶解剂中的溶解时间
| 镁铝合金预置环重量(g) | 加入溶解剂20L的溶解时间(h) |
| 350 | 17 |
| 400 | 21 |
实施例4
量取清水91质量份、氯化铵5质量份、柠檬酸1.5质量份、硫酸铝2.5质量份，清水在搅拌状态下加入硫酸铝，待硫酸铝完全溶解后加入柠檬酸、氯化铵，持续搅拌直至完全溶解，配制形成溶解剂。
将溶解剂与水泥浆以体积比2:8的比例混合，得到配方4#。以不加溶解剂的水泥浆作为空白对照D#。
稠化时间的测定方法同实施例1，结果见表7。
从表7可以看出，到达70BC的稠化时间从空白样的210分钟增加到420分钟，样品适度缓凝，到一定时间后又可凝固，因而不影响固井作业。
表7溶解剂与水泥浆混合后稠化时间变化情况
在25℃下将质量为350g和400g的镁铝合金预置环分别浸没在20L的溶解剂中，测试镁铝合金预置环完全溶解时间，结果见表8。
从表8溶解剂对镁铝合金材料的溶解时间可以看出，镁铝合金预置环可在24小时内溶解，让出固井滑套活塞下行空间，使滑套在井口加压情况下顺利开启。
表8镁铝合金预置环在溶解剂中的溶解时间
| 镁铝合金预置环重量(g) | 加入溶解剂20L的溶解时间(h) |
| 350 | 19 |
| 400 | 24 |
实施例5
量取清水81质量份、氯化铵10质量份、柠檬酸4质量份、硫酸铝5质量份，清水在搅拌状态下加入硫酸铝，待硫酸铝完全溶解后加入柠檬酸、氯化铵，持续搅拌直至完全溶解，配制形成溶解剂。
将溶解剂与水泥浆以体积比2:8的比例混合，得到配方5#。以不加溶解剂的水泥浆作为空白对照D#。
稠化时间的测定方法同实施例1，结果见表9。
从表9可以看出，到达70BC的稠化时间从空白样的210分钟增加到1410分钟，缓凝时间较长，现场候凝时间一般超过48小时，因而不影响固井作业。
表9溶解剂与水泥浆混合后稠化时间变化情况
在25℃下将质量为350g和400g的镁铝合金预置环分别浸没在20L的溶解剂中，测试镁铝合金预置环完全溶解时间，结果见表10。
从表10溶解剂对镁铝合金材料的溶解时间可以看出，镁铝合金预置环可在18小时内溶解，让出固井滑套活塞下行空间，使滑套在井口加压情况下顺利开启。
表10镁铝合金预置环在溶解剂中的溶解时间
| 镁铝合金预置环重量(g) | 加入溶解剂20L的溶解时间(h) |
| 350 | 15 |
| 400 | 18 |
实施例6
量取清水80质量份、氯化铵15质量份、柠檬酸2质量份、硫酸铝质量3份，清水在搅拌状态下加入硫酸铝，待硫酸铝完全溶解后加入柠檬酸、氯化铵，持续搅拌直至完全溶解，配制形成溶解剂。
将溶解剂与水泥浆以体积比2:8的比例混合，得到配方6#。以不加溶解剂的水泥浆作为空白对照D#。
稠化时间的测定方法同实施例1，结果见表11。
从表11可以看出，到达70BC的稠化时间从空白样的210分钟增加到390分钟，样品只是适度缓凝，因而不影响固井作业。
表11溶解剂与水泥浆混合后稠化时间变化情况
在25℃下将质量为350g和400g的镁铝合金预置环分别浸没在20L的溶解剂中，测试镁铝合金预置环完全溶解时间，结果见表12。
从表12溶解剂对镁铝合金材料的溶解时间可以看出，镁铝合金预置环可在20小时内溶解，让出固井滑套活塞下行空间，使滑套在井口加压情况下顺利开启。
表12镁铝合金预置环在溶解剂中的溶解时间
| 镁铝合金预置环重量(g) | 加入溶解剂20L的溶解时间(h) |
| 350 | 17 |
| 400 | 20 |
实施例7
量取清水87质量份、氯化钾8质量份、柠檬酸2质量份、硫酸铝3质量份，清水在搅拌状态下加入硫酸铝，待硫酸铝完全溶解后加入柠檬酸、氯化钾，持续搅拌直至完全溶解，配制形成溶解剂。
将溶解剂与水泥浆以体积比2:8的比例混合，得到配方7#。以不加溶解剂的水泥浆作为空白对照D#。
稠化时间的测定方法同实施例1，结果见表13。
从表13可以看出，到达70BC的稠化时间从空白样的210分钟增加到420分钟，样品适度缓凝，到一定时间后又可凝固，因而不影响固井作业。
表13溶解剂与水泥浆混合后稠化时间变化情况
在25℃下将质量为350g和400g的镁铝合金预置环分别浸没在20L的溶解剂中，测试镁铝合金预置环完全溶解时间，结果见表14。
从表14溶解剂对镁铝合金材料的溶解时间可以看出，镁铝合金预置环可在20小时内溶解，让出固井滑套活塞下行空间，使滑套在井口加压情况下顺利开启。
表14镁铝合金预置环在溶解剂中的溶解时间
| 镁铝合金预置环重量(g) | 加入溶解剂20L的溶解时间(h) |
| 350 | 18 |
| 400 | 20 |
实施例8
量取清水87质量份、氯化钠8质量份、柠檬酸2质量份、硫酸铝3质量份，清水在搅拌状态下加入硫酸铝，待硫酸铝完全溶解后加入柠檬酸、氯化钠，持续搅拌直至完全溶解，配制形成溶解剂。
将溶解剂与水泥浆以体积比2:8的比例混合，得到配方8#。以不加溶解剂的水泥浆作为空白对照D#。
稠化时间的测定方法同实施例1，结果见表15。
从表15可以看出，到达70BC的稠化时间从空白样的210分钟增加到430分钟，样品适度缓凝，到一定时间后又可凝固，因而不影响固井作业。
表15溶解剂与水泥浆混合后稠化时间变化情况
在25℃下将质量为350g和400g的镁铝合金预置环分别浸没在20L的溶解剂中，测试镁铝合金预置环完全溶解时间，结果见表16。
从表16溶解剂对镁铝合金材料的溶解时间可以看出，镁铝合金预置环可在22小时内溶解，让出固井滑套活塞下行空间，使滑套在井口加压情况下顺利开启。
表16镁铝合金预置环在溶解剂中的溶解时间
| 镁铝合金预置环重量(g) | 加入溶解剂20L的溶解时间(h) |
| 350 | 18 |
| 400 | 22 |
实施例9
量取清水87质量份、氯化镁8质量份、柠檬酸2质量份、硫酸铝3质量份，清水在搅拌状态下加入硫酸铝，待硫酸铝完全溶解后加入柠檬酸、氯化镁，持续搅拌直至完全溶解，配制形成溶解剂。
将溶解剂与水泥浆以体积比2:8的比例混合，得到配方9#。以不加溶解剂的水泥浆作为空白对照D#。
稠化时间的测定方法同实施例1，结果见表17。
从表17可以看出，到达70BC的稠化时间从空白样的210分钟增加到420分钟，样品适度缓凝，到一定时间后又可凝固，因而不影响固井作业。
表17溶解剂与水泥浆混合后稠化时间变化情况
在25℃下将质量为350g和400g的镁铝合金预置环分别浸没在20L的溶解剂中，测试镁铝合金预置环完全溶解时间，结果见表18。
从表18溶解剂对镁铝合金材料的溶解时间可以看出，镁铝合金预置环可在20小时内溶解，让出固井滑套活塞下行空间，使滑套在井口加压情况下顺利开启。
表18镁铝合金预置环在溶解剂中的溶解时间
| 镁铝合金预置环重量(g) | 加入溶解剂20L的溶解时间(h) |
| 350 | 18 |
| 400 | 20 |
实施例10
量取清水87.5质量份、氯化铵8质量份、酒石酸2质量份、硫酸铝2.5质量份，清水在搅拌状态下加入硫酸铝，待硫酸铝完全溶解后加入酒石酸、氯化铵，持续搅拌直至完全溶解，配制形成溶解剂。
将溶解剂与水泥浆以体积比2:8的比例混合，得到配方10#。以不加溶解剂的水泥浆作为空白对照D#。
稠化时间的测定方法同实施例1，结果见表19。
从表19可以看出，到达70BC的稠化时间从空白样的210分钟增加到390分钟，样品适度缓凝，到一定时间后又可凝固，因而不影响固井作业。
表19溶解剂与水泥浆混合后稠化时间变化情况
在25℃下将质量为350g和400g的镁铝合金预置环分别浸没在20L的溶解剂中，测试镁铝合金预置环完全溶解时间，结果见表20。
从表20溶解剂对镁铝合金材料的溶解时间可以看出，镁铝合金预置环可在23小时内溶解，让出固井滑套活塞下行空间，使滑套在井口加压情况下顺利开启。
表20镁铝合金预置环在溶解剂中的溶解时间
| 镁铝合金预置环重量(g) | 加入溶解剂20L的溶解时间(h) |
| 350 | 21 |
| 400 | 23 |
实施例11
量取清水81质量份、氯化铵12质量份、酒石酸3.5质量份、硫酸铝3.5质量份，清水在搅拌状态下加入硫酸铝，待硫酸铝完全溶解后加入酒石酸、氯化铵，持续搅拌直至完全溶解，配制形成溶解剂。
将溶解剂与水泥浆以体积比2:8的比例混合，得到配方11#。以不加溶解剂的水泥浆作为空白对照D#。
稠化时间的测定方法同实施例1，结果见表21。
从表21可以看出，到达70BC的稠化时间从空白样的210分钟增加到420分钟，样品适度缓凝，到一定时间后又可凝固，因而不影响固井作业。
表21溶解剂与水泥浆混合后稠化时间变化情况
在25℃下将质量为350g和400g的镁铝合金预置环分别浸没在20L的溶解剂中，测试镁铝合金预置环完全溶解时间，结果见表22。
从表22溶解剂对镁铝合金材料的溶解时间可以看出，镁铝合金预置环可在19小时内溶解，让出固井滑套活塞下行空间，使滑套在井口加压情况下顺利开启。
表22镁铝合金预置环在溶解剂中的溶解时间
| 镁铝合金预置环重量(g) | 加入溶解剂20L的溶解时间(h) |
| 350 | 17 |
| 400 | 19 |
实施例12
量取清水92质量份、氯化铵5质量份、正磷酸2质量份、硫酸镁1质量份，清水在搅拌状态下加入硫酸镁，待硫酸铝完全溶解后加入酒石酸、氯化铵，持续搅拌直至完全溶解，配制形成溶解剂。
将溶解剂与水泥浆以体积比2:8的比例混合，得到配方12#。以不加溶解剂的水泥浆作为空白对照D#。
稠化时间的测定方法同实施例1，结果见表23。
从表23可以看出，到达70BC的稠化时间从空白样的210分钟增加到390分钟，样品适度缓凝，到一定时间后又可凝固，因而不影响固井作业。
表23溶解剂与水泥浆混合后稠化时间变化情况
在25℃下将质量为350g和400g的镁铝合金预置环分别浸没在20L的溶解剂中，测试镁铝合金预置环完全溶解时间，结果见表24。
从表24溶解剂对镁铝合金材料的溶解时间可以看出，镁铝合金预置环可在24小时内溶解，让出固井滑套活塞下行空间，使滑套在井口加压情况下顺利开启。
表24镁铝合金预置环在溶解剂中的溶解时间
| 镁铝合金预置环重量(g) | 加入溶解剂20L的溶解时间(h) |
| 350 | 21 |
| 400 | 24 |
实施例13
量取清水85质量份、氯化铵8质量份、正磷酸4质量份、硫酸铝3质量份，清水在搅拌状态下加入硫酸铝，待硫酸铝完全溶解后加入正磷酸、氯化铵，持续搅拌直至完全溶解，配制形成溶解剂。
将溶解剂与水泥浆以体积比2:8的比例混合，得到配方13#。以不加溶解剂的水泥浆作为空白对照D#。
稠化时间的测定方法同实施例1，结果见表25。
从表25可以看出，到达70BC的稠化时间从空白样的210分钟增加到410分钟，样品适度缓凝，到一定时间后又可凝固，因而不影响固井作业。
表25溶解剂与水泥浆混合后稠化时间变化情况
在25℃下将质量为350g和400g的镁铝合金预置环分别浸没在20L的溶解剂中，测试镁铝合金预置环完全溶解时间，结果见表26。
从表26溶解剂对镁铝合金材料的溶解时间可以看出，镁铝合金预置环可在18小时内溶解，让出固井滑套活塞下行空间，使滑套在井口加压情况下顺利开启。
表26镁铝合金预置环在溶解剂中的溶解时间
| 镁铝合金预置环重量(g) | 加入溶解剂20L的溶解时间(h) |
| 350 | 16 |
| 400 | 18 |
各实施例的溶解剂配方组成如表27。
表27
虽然本发明已经参照具体实施方式进行了描述，但是本领域的技术人员应该理解在没有脱离本发明的真正的精神和范围的情况下，可以进行的各种改变。此外，可以对本发明的主体、精神和范围进行多种改变以适应特定的情形、材料、材料组合物和方法。所有的这些改变均包括在本发明的权利要求的范围内。
Claims (4)
1.一种溶解剂在顶替水泥浆时注入用于溶解固井滑套的应用，所述溶解剂包括酸、卤素盐、硫酸盐和水；
所述酸为柠檬酸、酒石酸和正磷酸中的至少一种；
所述卤素盐为氯化铵、氯化钾、氯化钠和氯化镁中的至少一种；
所述硫酸盐为硫酸铝和/或硫酸镁；
以所述溶解剂的总量计作100%，所述酸的含量为1.5%至4%，所述卤素盐的含量为5%至15%，所述硫酸盐的含量为1%至5%，余量为水。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述溶解剂包括柠檬酸，氯化铵，硫酸铝和/或硫酸镁，和水；
以所述溶解剂的总量计作100%，所述柠檬酸的含量为1.5%至4%，所述氯化铵的含量为5%至15%，所述硫酸铝和/或硫酸镁的含量为3%至5%。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述溶解剂包括酒石酸，氯化铵，硫酸铝和/或硫酸镁，和水；
以所述溶解剂的总量计作100%，所述酒石酸的含量为2%至3.5%，所述氯化铵的含量为8%至12%，所述硫酸铝和/或硫酸镁的含量为2.5%至3.5%。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述溶解剂包括正磷酸，氯化铵，硫酸铝和/或硫酸镁，和水；
以所述溶解剂的总量计作100%，所述正磷酸的含量为2%至4%，所述氯化铵的含量为5%至8%，所述硫酸铝和/或硫酸镁的含量为1%至3%。
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