CN115895619B - 一种井壁强化段塞浆和大位移井井壁强化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种井壁强化段塞浆和大位移井井壁强化方法，涉及油气田勘探开发钻井技术领域。本发明创新的采用了增加地层粘接力的方式来强化井壁，可有效避免井壁表面滤饼被破坏导致的井壁失稳；该方法可由井壁向外扩散一定纵深范围，使较大范围的地层得到强化，能大大提高地层的稳定性；本发明方法强化井壁后能阻止钻井液滤液侵入地层，防止地层受到持续损害；本发明的强化方法应用范围广泛，适用于各类高渗和低渗的地层，且能有效应对异常高压和异常低压的地层井壁强化。
Description
技术领域
本发明涉及油气田勘探开发钻井技术领域，尤其涉及一种井壁强化段塞浆和大位移井井壁强化方法。
背景技术
大位移井是水垂比不小于2且测量深度大于3000m的井，或水平位移大于3000m的井，而超大位移井的位移与垂深比例达到2.5～3倍。由于大位移井的井眼延伸长，裸眼段长，压力激动大，上部地层易垮塌，井壁稳定难度大，这些问题会随着井眼位移距离的增长而产生更为复杂的井下状况。因此，如何提高井壁的稳定性，营造良好的井下作业环境是大位移、超大位移井作业的关键。
目前，业内稳定井壁的方法主要是从钻井液技术的角度出发，降低钻井液与地层流体的流水动力压差与化学势差。现行的主要方案有2种，一种是优化钻井液，减少其对井壁的破坏；另一种是对井壁进行加固。对于钻井液的改良优化，可通过抑制泥页岩水化膨胀、降低钻井液水活度方式来进行，从而减少滤液入侵的不良影响。还可调整钻井液密度或者改善其化学成分，减弱钻井液对井壁的侵蚀。传统的井壁加固通常是提高钻井液滤饼的成膜效率，增强井壁对钻井震动压力传递的阻挡能力，提高井下作业环境的稳定性。
申请号为202010596572.6的中国发明专利，公开了一种破碎地层用井壁强化段塞浆及其制备方法和应用，其组成为水泥100份，胶结强化剂5～30份，界面强化剂5～20份，活性填充剂1～5份，高温稳定剂0～40份，水35～60份。通过在水泥中添加树脂类胶结强化剂，提高水泥的韧性及地层的粘结性，该方法主要用于强化破碎地层，对于大位移井的易垮塌地层而言，强化剂不能很好的进入地层内部，强化效果不理想，且会在井筒内固化，需要钻塞，现场使用不方便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种井壁强化段塞浆和大位移井井壁强化方法，本发明可以有效加固井壁，增强井壁的稳定性，且现场使用方便。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种井壁强化段塞浆，以质量份数计，包括以下组分：
水100份、悬浮剂0.5～1份、分散剂1～3份、粘结剂8～20份和激活剂2～4份；所述粘结剂为酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂、有机硅树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、丙烯酸树脂和聚氨酯中的一种或多种；所述激活剂为乙烯基三胺、三乙烯四胺、二甲氨基丙胺、乙二胺、间苯二胺和双氰胺中的一种或多种；所述粘结剂为纳米级乳液；所述粘结剂和分散剂的质量比为(4～7)：1；当所述粘结剂为20份时，所述悬浮剂和粘结剂的质量比在1:20以上。
优选的，还包括加重剂。
优选的，所述加重剂为甲酸钾、甲酸铯、氯化钾、氯化钠、5000目铁矿粉和5000目重晶石中的一种或多种。
优选的，所述水为淡水或海水。
优选的，所述悬浮剂为瓜尔胶、魔芋胶、黄原胶和羧甲基纤维素中的一种或多种。
优选的，所述分散剂为阴离子聚丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十八烷基三甲基氯化铵和脂肪醇羟基磺酸钠中的一种或多种。
本发明提供了一种大位移井井壁强化方法，包括以下步骤：钻井进入大位移井段后，泵送井壁强化段塞浆，将钻杆起至井筒强化段塞浆液面之上，关井憋挤，然后开井边钻进边循环洗出井壁强化段塞浆；所述井壁强化段塞浆为上述方案所述的井壁强化段塞浆。
优选的，每钻进300～500m泵送一段井壁强化段塞浆。
优选的，每段井壁强化段塞浆的用量为井筒高度100～200m。
优选的，所述关井憋挤的时间为6～10h。
本发明提供了一种井壁强化段塞浆，以质量份数计，包括以下组分：水100份、悬浮剂0.5～1份、分散剂1～3份、粘结剂8～20份和激活剂2～4份；所述粘结剂为酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂、有机硅树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、丙烯酸树脂和聚氨酯中的一种或多种；所述激活剂为乙烯基三胺、三乙烯四胺、二甲氨基丙胺、乙二胺、间苯二胺和双氰胺中的一种或多种；所述粘结剂为纳米级乳液；所述粘结剂和分散剂的质量比为(4～7)：1；当所述粘结剂为20份时，所述悬浮剂和粘结剂的质量比在1:20以上。
本发明井壁强化段塞浆中的粘结剂为纳米级乳液，可有效进入地层孔隙中，将较大范围的地层胶结，大大增加井壁强度；井壁强化段塞浆中的粘结剂处于均匀分散的状态，只有挤入地层的部分会与地层岩石胶结，井筒内剩余的部分则保持液体状态，避免了井筒的固结风险。
本发明创新的采用了增加地层粘接力的方式来强化井壁，可有效避免井壁表面滤饼被破坏导致的井壁失稳；该方法可由井壁向外扩散一定纵深范围，使较大范围的地层得到强化，能大大提高地层的稳定性；本发明方法强化井壁后能阻止钻井液滤液侵入地层，防止地层受到持续损害；本发明的强化方法应用范围广泛，适用于各类高渗和低渗的地层，且能有效应对异常高压和异常低压的地层井壁强化。
本发明是从根本上增强地层的胶结强度，有利于降低钻井液密度，提高钻井时效，增加大位移井的位移长度，降低整体开发成本。
进一步的，本发明井壁强化段塞浆中的加重剂为甲酸钾、甲酸铯、氯化钾、氯化钠、5000目铁矿粉和5000目重晶石中的一种或多种；甲酸钾、甲酸铯、氯化钾和氯化钠可溶于水，本发明尽可能的降低固相物质的加量，或使用粒径在10μm以下的加重剂，可有效增加粘结剂的侵入深度，增加井壁强化的纵深。
具体实施方式
本发明提供了一种井壁强化段塞浆，以质量份数计，包括以下组分：
水100份、悬浮剂0.5～1份、分散剂1～3份、粘结剂8～20份和激活剂2～4份；所述粘结剂为酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂、有机硅树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、丙烯酸树脂和聚氨酯中的一种或多种；所述激活剂为乙烯基三胺、三乙烯四胺、二甲氨基丙胺、乙二胺、间苯二胺和双氰胺中的一种或多种；所述粘结剂为纳米级乳液；所述粘结剂和分散剂的质量比为(4～7)：1；当所述粘结剂为20份时，所述悬浮剂和粘结剂的质量比在1:20以上。
在本发明中，未经特殊说明，所用原料均为本领域熟知的市售商品。
以质量份数计，本发明提供的井壁强化段塞浆包括水100份。在本发明中，所述水优选为淡水或海水。
以所述水的质量份数为基准，本发明提供的井壁强化段塞浆包括悬浮剂0.5～1份，更优选为0.6～0.9份，进一步优选为0.7～0.8份。在本发明中，所述悬浮剂优选为瓜尔胶、魔芋胶、黄原胶和羧甲基纤维素中的一种或多种。当所述悬浮剂为上述物质中的多种时，本发明对各物质的配比没有特殊要求，任意配比均可。在本发明中，所述悬浮剂的作用是.使浆液中各类固相物质保持悬浮状态，不发生沉降。在本发明中，所述悬浮剂的用量优选根据悬浮效果在上述范围内优化调整。
以所述水的质量份数为基准，本发明提供的井壁强化段塞浆包括分散剂1～3份，优选为1.5～2.5份。在本发明中，所述分散剂优选为阴离子聚丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十八烷基三甲基氯化铵和脂肪醇羟基磺酸钠中的一种或多种。当所述分散剂为上述物质中的多种时，本发明对各分散剂的配比没有特殊要求，任意配比均可。在本发明中，所述分散剂的作用是使粘结剂乳化分散，在浆液中不发生凝结。
以所述水的质量份数为基准，本发明提供的井壁强化段塞浆包括粘结剂8～20份，优选为10～18份，更优选为12～16份。在本发明中，所述粘结剂为酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂、有机硅树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、丙烯酸树脂和聚氨酯中的一种或多种。在本发明中，所述粘结剂为纳米级乳液。本发明的粘结剂为纳米级乳液，可有效进入地层孔隙中，将较大范围的地层胶结，大大增加井壁强度。在本发明中，所述粘结剂的质量份数是以纳米级乳液的固含量计。本发明对所述粘结剂的固含量没有特殊要求，市售产品的固含量均可。
在本发明中，所述粘结剂和分散剂的质量比为(4～7)：1，优选为4:1、5:1或6.7:1。本发明通过控制粘结剂和分散剂的比例在上述范围，促使粘结剂均匀分散，保证施工的安全性。
当所述粘结剂为20份时，所述悬浮剂和粘结剂的质量比在1:20以上，优选为1:20，以确保粘结剂均匀分散。
以所述水的质量份数为基准，本发明提供的井壁强化段塞浆包括激活剂2～4份，优选为2.5～3.5份，更优选为3份。在本发明中，所述激活剂为乙烯基三胺、三乙烯四胺、二甲氨基丙胺、乙二胺、间苯二胺和双氰胺中的一种或多种；当为多种时，本发明对各激活剂的配比没有特殊要求。在本发明中，所述激活剂的作用是使粘结剂在挤入地层后发生固化胶结的化学反应。
本发明提供的井壁强化段塞浆还包括加重剂。本领域技术人员可以根据实际需要选择加入加重剂或不加入加重剂。当加入加重剂时，所述加重剂优选为甲酸钾、甲酸铯、氯化钾、氯化钠、5000目铁矿粉和5000目重晶石中的一种或多种。甲酸钾、甲酸铯、氯化钾和氯化钠可溶于水，本发明尽可能的降低固相物质的加量，或使用粒径在10μm以下的加重剂，可有效增加粘结剂的侵入深度，增加井壁强化的纵深。本发明优选先使用盐类加重，若盐类加重无法达到所需密度，再补充铁矿粉或重晶石加重。
本发明所述井壁强化段塞浆优选现用现配。
在本发明中，所述井壁强化段塞浆的配制方法优选包括以下步骤：
将水加入到搅拌器中，调整搅拌器转速为3000～6000转/min；边搅拌边加入悬浮剂，搅拌20～40min；边搅拌边加入分散剂，搅拌20～40min；升温至50℃，边搅拌边加入粘结剂，搅拌20～40min；根据实际需求添加加重剂进行加重，搅拌20～40min；降温至室温，得到井壁强化段塞浆基液；现场使用时，在井壁强化段塞浆基液中加入激活剂，以20～50转/min的速率搅拌10～20min，使激活剂与井壁强化段塞浆基液混合均匀即可，得到井壁强化段塞浆。
本发明提供了一种大位移井井壁强化方法，包括以下步骤：钻井进入大位移井段后，泵送井壁强化段塞浆，将钻杆起至井筒强化段塞浆液面之上，关井憋挤6～10h，然后开井边钻进边循环洗出井壁强化段塞浆；所述井壁强化段塞浆为上述方案所述的井壁强化段塞浆。
本发明优选每钻进300～500m泵送一段井壁强化段塞浆。在本发明中，每段井壁强化段塞浆的用量优选为井筒高度100～200m。本发明关井后，泵入的井壁强化段塞浆在憋挤压力下被挤入地层内部，在地层内进行固结强化。
若钻遇异常高压或异常低压地层，本发明重复所述大位移井井壁强化方法。
本发明创新的采用了增加地层粘接力的方式来强化井壁，可有效避免井壁表面滤饼被破坏导致的井壁失稳；该方法可由井壁向外扩散一定纵深范围，使较大范围的地层得到强化，能大大提高地层的稳定性；本发明方法强化井壁后能阻止钻井液滤液侵入地层，防止地层受到持续损害；本发明的强化方法应用范围广泛，适用于各类高渗和低渗的地层，且能有效应对异常高压和异常低压的地层井壁强化。
下面结合实施例对本发明提供的井壁强化段塞浆和大位移井井壁强化方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1～3及对比例1～5
配制不同配方的井壁强化段塞浆，使用岩芯驱替设备，将其驱替入岩芯内部，待反应时间达到后，切开岩芯，测量侵入深度，最后将侵入部分的岩性截取，测试其胶结后的抗压强度，从而反应井壁强化的程度。
以重量份数计，井壁强化段塞浆配方：100份水+悬浮剂(黄原胶：瓜胶＝7:3)+分散剂(十二烷基硫酸钠)+粘结剂(酚醛树脂：环氧树脂：有机硅树脂＝1:1:1)+激活剂(乙烯基三胺：乙二胺＝1:1)+40份加重剂(30份甲酸钾和10份5000目铁矿粉)。
表1各实施例的配方和粘结剂的悬浮性以及反应时间
| 实施例 | 悬浮剂 | 分散剂 | 粘结剂 | 激活剂 | 粘结剂悬浮性 | 反应时间 |
| 对比例1 | 0.5份 | 1份 | 8份 | 2份 | 少量聚集 | 6h |
| 对比例2 | 0.5份 | 1份 | 15份 | 2份 | 大量聚集 | 6h |
| 实施例1 | 0.5份 | 2份 | 8份 | 2份 | 均匀分散 | 6h |
| 对比例3 | 0.5份 | 2份 | 15份 | 2份 | 少量聚集 | 8h |
| 实施例2 | 0.5份 | 3份 | 15份 | 3份 | 均匀分散 | 6h |
| 对比例4 | 0.5份 | 3份 | 20份 | 3份 | 少量聚集 | 9h |
| 对比例5 | 0.5份 | 4份 | 20份 | 4份 | 少量聚集 | 6h |
| 实施例3 | 1份 | 3份 | 20份 | 4份 | 均匀分散 | 6h |
表2体系对岩芯的侵入能力和胶结情况
由表1和表2可以看出，激活剂加量随着粘结剂加量增大需要适当增加，以满足反应时间的需求，粘结剂加量越大，需要的分散剂加量也越大，否则不能有效悬浮分散粘结剂，实验结果显示，粘结剂与分散剂的质量比应在4:1到7:1之间，在实际现场应用中，若粘结剂无法均匀分散，会存在施工风险。当粘结剂加量达到20份时，仅增加分散剂不能有效使粘结剂很好的悬浮分散，需要使悬浮剂和粘结剂的比例达到1:20，才能使粘结剂均匀分散，粘结剂的分散情况直接影响其侵入岩芯的能力。同时侵入深度和分散情况也影响岩芯的胶结强度，根据室内结果，粘结剂分散不均匀时，可能导致抗压强度的测试结果偏大。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种井壁强化段塞浆，其特征在于，以质量份数计，包括以下组分：
水100份、悬浮剂0.5～1份、分散剂1～3份、粘结剂8～20份和激活剂2～4份；所述粘结剂为酚醛树脂、环氧树脂和有机硅树脂，所述酚醛树脂、环氧树脂和有机硅树脂的质量比为1:1:1；所述激活剂为乙烯基三胺和乙二胺，所述乙烯基三胺和乙二胺的质量比为1:1；所述粘结剂为纳米级乳液；所述粘结剂和分散剂的质量比为(4～7)：1；当所述粘结剂为20份时，所述悬浮剂和粘结剂的质量比为1:20；
所述悬浮剂为瓜尔胶、魔芋胶、黄原胶和羧甲基纤维素中的一种或多种；
所述分散剂为阴离子聚丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十八烷基三甲基氯化铵和脂肪醇羟基磺酸钠中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的井壁强化段塞浆，其特征在于，还包括加重剂。
3.根据权利要求2所述的井壁强化段塞浆，其特征在于，所述加重剂为甲酸钾、甲酸铯、氯化钾、氯化钠、5000目铁矿粉和5000目重晶石中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的井壁强化段塞浆，其特征在于，所述水为淡水或海水。
5.一种大位移井井壁强化方法，其特征在于，包括以下步骤：钻井进入大位移井段后，泵送井壁强化段塞浆，将钻杆起至井筒强化段塞浆液面之上，关井憋挤，然后开井边钻进边循环洗出井壁强化段塞浆；所述井壁强化段塞浆为权利要求1～4任一项所述的井壁强化段塞浆。
6.根据权利要求5所述的大位移井井壁强化方法，其特征在于，每钻进300～500m泵送一段井壁强化段塞浆。
7.根据权利要求5或6所述的大位移井井壁强化方法，其特征在于，每段井壁强化段塞浆的用量为井筒高度100～200m。
8.根据权利要求5所述的大位移井井壁强化方法，其特征在于，所述关井憋挤的时间为6～10h。
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