CN1425740A - 高密度冲洗隔离液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种油田钻井固井技术中固井前置液领域所用的高密度冲洗隔离液及其制备方法。主要解决了高压层井防窜以及井下冲洗顶替效率低的问题。其特征在于：在100份清水中，按重量份加入羧甲基纤维素1.0～1.5份和丙酮1.8～2.0份均匀搅拌，使之充分溶解后再加入烷基醇酰胺0.5～1.0份搅拌2～3小时，然后再加入醋酸铝2.0～2.5份搅拌1小时，最后再加入重晶石(或活化重晶石)30～170份搅拌1小时。具有补充井下环空液柱压差的特点，沉降稳定性和流变性好，高压层井防窜效果好，冲洗质量好，提高了固井质量。

Description

高密度冲洗隔离液及其制备方法
技术领域：
本发明涉及油田钻井固井技术，属于固井前置液领域所用的高密度冲洗隔离液及其制备方法。
背景技术：
一口井钻完后，要进行固井作业，固井就是将一层钢管下入到井内预定深度，再在套管和井壁之间注入水泥浆封固，由于大庆地区的井深至几千米，井下的套管和水泥浆要经受高温高压的环境，同时还要承受油气水及其它介质的腐蚀，特别是大庆调整井高压层存在着不易压稳、易窜的复杂特征，单靠提高水泥浆的防窜能力，受返高的限制其作用不能充分发挥。因此对固井质量提出了更高的要求，为了保证固井质量，在注入固井水泥浆之前要先注入一种前置液，前置液的作用是将钻井液和水泥浆隔开，前置液按其功能可分为冲洗液和隔离液；冲洗液通常具有降低钻井液的粘度和切力提高对钻井液的顶替效率、提高水泥环界面胶结强度的作用，而隔离液是侧重于隔开钻井液和水泥浆、防止相互接触污染、同时还防止井塌和井漏的作用。
但是，只采用清水作为冲洗隔离液，不但降低了环空静液柱压力，而且由于水与泥浆和水泥密度、粘度相差悬殊，在固井注替过程中，极易出现窜槽或混窜、油气浸等现象，达不到有效封隔的效果。同时，对于井下水敏层段井壁易产生冲蚀和坍塌。而解决的有效手段是在水泥浆上部置入高密度冲洗隔离液，但一般加重的冲洗隔离液存在着沉降稳定性不好或体系流变性较差的状况。
发明内容：
为了克服现有冲洗隔离液稳定性不好和流变性较差的不足，本发明提供一种具有冲洗和隔离双重功能的高密度冲洗隔离液及其制备方法，可补充井下环空液柱压差，稳定性和流变性能好，具有失水低、密度高和密度范围宽的特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在100份清水中，按重量份加入羧甲基纤维素1.0～1.5份和丙酮1.8～2.0份均匀搅拌，使之充分溶解后再加入烷基醇酰胺0.5～1.0份搅拌2～3小时，然后再加入醋酸铝2.0～2.5份搅拌1小时，最后再加入重晶石(或活化重晶石)30～170份搅拌1小时。
上述的羧甲基纤维素的分子式为(C6H9O4·OCH2COOH)n，式中的n为8000～10000万；醋酸铝的分子式为Al(CH3COO)3；丙酮的分子式为CH3COCH3；烷基醇酰胺的分子式为CH3(CH2)10CONHCH(OH)CH3；重晶石的分子式为BaSO4；重晶石可由活化重晶石替代。
本发明的有益效果是，该冲洗隔离液具有补充井下环空液柱压差的特点，密度高，可在1.00～1.85g/cm3范围内可调，悬浮稳定性与流动性好，作为高压层固井的配套措施，可增强压稳程度，增加抗温性能，提高固井质量，因此，可满足油田技术的开发、完善固井技术。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明作进一步的说明：
在100份清水中，按重量份加入羧甲基纤维素1.0～1.5份和丙酮1.8～2.0份均匀搅拌，使之充分溶解后再加入烷基醇酰胺0.5～1.0份搅拌2～3小时，然后再加入醋酸铝2.0～2.5份搅拌1小时，最后再加入重晶石(或活化重晶石)30～170份搅拌1小时。
重晶石的分子式为BaSO4，由于它自身的密度为4.2g/cm3，是一种惰性材料，该冲洗隔离液中加入该成分可以提高冲洗液的密度；而重晶石加入水中会沉淀可加入适量的羧甲基纤维素(分子式为(C6H9O4·OCH2COOH)n，)调解，当温度低于50℃时主剂羧甲基纤维素起到悬浮作用，可将重晶石分散悬浮在水溶液中；可是如果羧甲基纤维素加入过多会致使冲洗隔离液变稠，影响其流动性，可由烷基醇酰胺进行调整，烷基醇酰胺可以使冲洗隔离液的流动性变好，主要起到冲洗作用，其自身也具有悬浮作用，只是在温度高于50℃时经水化才可发挥其悬浮作用，从而增加了本体系的抗温性；丙酮可增强溶解速度，渗透到泥饼中起到辅助冲洗的作用；醋酸铝参与水化并在悬浮体系中可维持分子链网状结构的稳定性，大大提高了抗温稳定性，可使该冲洗隔离液在高达120℃时仍具有好的稳定性能。因此，这种高密度冲洗隔离液密度范围宽，在1.00～1.85g/cm3范围内可调，在高密度条件下液体的悬浮稳定性好，在保持本体系稳定性的前提下流动性好，冲洗隔离效果更好，因此对于加重隔离液体系来说，较为主要的评价指标就是体系的悬浮稳定性，如果稳定性不好，隔离液就会出现分层现象，容易形成环空堵塞，造成注替困难，且不能达到有效隔离、压稳和顶替的效果，对现场施工及固井质量造成不良影响。
因此对于稳定性做了如下实验，其中表一、表二、表三中的φ值表示为旋转粘度计读数。
     表一：冲洗隔离液流变性及稳定性试验数据表(常温)
 序号  隔离液密度g/cm3  φ600  φ300  φ200  φ100  φ6  φ3  n(流性指数)  K(Pa.sn)稠度系数 沉降稳定性g/cm3
 1  1.05  37  29  23.5  16  8.5  7.5  0.540  0.510 ≤0.02
 2  1.15  48  32  26  18  8.5  7.5  0.523  0.628 ≤0.02
 3  1.25  52  35  26  20  9  8  0.508  0.751 ≤0.02
 4  1.35  63  38  29  21  9.8  8.5  0.539  0.674 ≤0.02
 5  1.45  77  40  33  23  10.5  9  0.503  0.889 ≤0.02
 6  1.55  83  47  40  26.5  12  10.5  0.521  0.934 ≤0.02
 7  1.65  84  50  40.5  28  13  11  0.527  0.956 ≤0.02
 8  1.75  84  59  41  32  15.5  13  0.556  0.941 ≤0.02
 9  1.85  95.5  67  54  35  17  14  0.590  0.864 ≤0.02
从上表看，实验结果表明，该冲洗隔离液体系在常温及加热条件下密度差均在0.02g/cm3，具有粘度低，沉降稳定性好的特点。
为了评价高密度冲洗隔液的抗温性，试验了在温度为45℃条件下的流变性能和24小时沉降稳定性，见下表：
表二：冲洗隔离液流变性及稳定性试验数据表(45℃)
 序号  隔离液密度g/cm3 φ600 φ300 φ200 φ100 φ6 φ3  N(流性指数)  K(Pa.sn)稠度系数 沉降稳定性g/cm3
 1  1.00  23.5  16.5  13.5  10  2.8  2  0.45  0.49 ≤0.02
 2  1.05  29  20.5  17  12.5  4.5  3.5  0.45  0.64 ≤0.02
 3  1.10  31  21  17  13  5  4  0.44  0.71 ≤0.02
 4  1.15  32.5  22  18.5  14  5  4  0.41  0.87 ≤0.02
 5  1.20  32.5  22  18.5  14  5  4  0.41  0.87 ≤0.02
 6  1.25  32.5  22.5  18.5  14  5  4  0.43  0.78 ≤0.02
 7  1.30  34.5  23  19  14.5  5.5  4.5  0.42  0.86 ≤0.02
  8   1.35   36.5   25.5   21   16   5.5   4.5   0.42   0.93   ≤0.02
  9   1.40   42.5   29.5   24   18   6.5   5   0.45   0.92   ≤0.02
  10   1.45   46   30   25   18.5   6.5   5   0.44   0.99   ≤0.02
  11   1.50   49   29   23   18   6   5   0.43   0.99   ≤0.02
  12   1.55   48   29   24   18   6   4.5   0.43   0.99   ≤0.02
  13   1.60   51   31   25   19   6.5   5   0.44   0.99   ≤0.02
  14   1.65   54   33   27   20   7   6   0.45   0.99   ≤0.02
  15   1.70   57   38   30.5   22.5   7.5   6   0.48   1.00   ≤0.02
  16   1.75   60.5   37   30.5   22   7.5   6   0.47   0.99   ≤0.02
  17   1.80   63.5   41.5   32.5   24   8   6.5   0.50   0.95   ≤0.02
  18   1.85   68.5   43   33   24.5   8.5   7   0.51   0.91   ≤0.02
上表中n、k值仍然保持在较适当的范围之内波动，并随着密度的增加，流变数据变化也不大，同时其24小时沉降稳定性均保持在0.02g/cm3以内，这说明了该冲洗隔离液在加温至45℃时仍可保证其稳定性。
一般冲洗隔离液体系中，悬浮稳定性与其流变性是一对矛盾，是靠增加粘度来提高其悬浮稳定性，因此必然引起流变性差，可该冲洗隔离液随着温度的升高，流变性变化不大，并在一个适中的范围内波动，流变性稳定性都很好，特别是当温度高于50℃以后，醋酸铝参与水化并在悬浮体系中可维持分子链网状结构的稳定性，大大提高了抗温稳定性。
        图一：冲洗液流变性随温度变化曲线
Figure A0310126300061
为了充分评价所研究的冲洗隔离液的性能和水平，取国外一家公司生产的油基泥浆冲洗隔离液与该冲洗隔液应用在葡深1井，进行性能对比评价试验。试验结果如下：
表三：该冲洗隔离液与国外性能对比评价试验数据表
类型 φ600 φ300 φ200 φ100 φ6 φ3 N(流性指数) K(Pa.sn)稠度系数   隔离液密度g/cm3   沉降稳定性g/cm3     温度℃
进口冲洗液 98 76 56 37 5 3.5 0.654 0.658 1.56 0.12 25
高密度冲洗液 83 47 40 25 12 10.5 0.574 0.672 1.56 0.02 25
进口冲洗液 37 29 22 15 4 3 0.599 0.354 1.56 0.21 90
高密度冲洗液 42 28 22 16 6 4 0.51 0.60 1.56 0.02 90
从上表可以看出，进口冲洗液24小时的沉降稳定性，即上下密度差为0.12g/cm3，加温至90℃后增大至0.21g/cm3，并且随着温度的增大，其稠度系数K值变化明显，说明体系对温度敏感，稳定性上难以保证；相比之下，该冲洗隔离液体系在这些性能上则是优于国外的。
实际使用时，可采取如下三种方案进行说明：
Figure A0310126300071
在上述方案中，各成分的配比及产生的效果可见，研制的冲洗隔离液具有冲洗效率高(一般为4分钟)、密度高且密度范围宽的特性，密度在1.00～1.85g/cm3范围内任意可调，高温稳定性好，温度高于50℃以上具有二级悬浮能力，抗温可达120℃以上，同时流变性也好，对钻井液的顶替效率高；有效的解决了高密度、稳定性和流变性三者之间的矛盾。同时，研制的冲洗隔离液具有一定的降失水性能，失水量保持在150ml以内，这对保护油气层、避免地层坍塌是非常有意义的。
实施例1、在肇深55-平46井上，应用上述方案1配制而成的高密度冲洗隔离液，虽然在现场配制条件不太理想的情况下，配制的冲洗液密度为1.20g/cm3，可稳定性和冲洗效率均取得了较好的效果，说明该体系混配性能和稳定性能均好，可以有效的平衡地层压力，提高压稳程度，达到了提高固井质量的目的。
实施例2、在徐深1井施工过程中，泥浆密度为1.35g/cm3，顶替排量为2.5m3/min，为在水泥浆顶替过程中，确保冲洗顶替和有效压稳，应用上述方案2配制的冲洗隔离液，采用了加重至1.48g/cm3的冲洗隔离液紊流临界返速为1.378m/s，而其环空上返速度为1.44m/s，因此，该冲洗隔离液有效的冲洗了井壁和套管壁，提高二界面的胶结强度，固井质量好，井壁稳定，从而达到了紊流状态和顶替的目的。
实施例3、在碧46-斜24井施工过程中，该井钻至1480m时，发生油气浸，钻井液密度由1.44g/cm3降至1.20g/cm3停泵井口外溢，流量为每小时2m3，将钻井液密度加重至1.52g/cm3后恢复正常，可固井前停泵后井口仍然有溢流，流量仍为每小时2m3，由于水泥面井深为1285m，油气浸位置正处于水泥封固段中上部，因此，为了防止注水泥浆及候凝过程中，油气浸入到水泥环中，应用上述方案3配制的冲洗隔离液设计密度为1.50g/cm3，注入量为7.5m3，环空液柱压力为4.087MPa，与采用同等量清水作为冲洗隔离液时，环空液柱压力为2.724MPa，压差损失为4.087MPa-2.724MPa＝1.363MPa，充分说明该冲洗隔离液能有效补偿井下环空液柱压力，大大增加了水泥浆候凝期间抗油气水浸的能力，有效保证了固井质量。
由于该高密度冲洗隔离液确保了地层的压稳程度，在补偿环空液柱压力以及防止油气浸、窜等均取得了好的效果，实现了冲洗和隔离的目的，对于保证水泥环胶结强度，提高固井质量具有重要的意义。

Claims (8)

1、一种涉及油田钻井固井技术中固井前置液领域所用的高密度冲洗隔离液，其特征在于：各成分及配比按重量份如下：羧甲基纤维素1.0～1.5份，醋酸铝2.0～2.5份，丙酮1.8～2.0份，烷基醇酰胺0.5～1.0份，重晶石30～170份。
2、根据权利要求1所述的高密度冲洗隔离液，其特征在于：羧甲基纤维素的分子式为(C6H9O4·OCH2COOH)n，式中的n为8000～10000万。
3、根据权利要求1所述的高密度冲洗隔离液，其特征在于：醋酸铝的分子式为Al(CH3COO)3。
4、根据权利要求1所述的高密度冲洗隔离液，其特征在于：丙酮的分子式为CH3COCH3。
5、根据权利要求1所述的高密度冲洗隔离液，其特征在于：烷基醇酰胺的分子式为CH3(CH2)10CONHCH(OH)CH3。
6、根据权利要求1所述的高密度冲洗隔离液，其特征在于：重晶石的分子式为BaSO4。
7、根据权利要求1所述的高密度冲洗隔离液，其特征在于：重晶石可由活化重晶石替代。
8、一种制备如权利要求1所述的的高密度冲洗隔离液方法，其特征在于：在100份清水中，按上述的重量份先加入羧甲基纤维素及丙酮均匀搅拌2～3小时，使之充分溶解，再加入烷基醇酰胺搅拌1小时，再加入醋酸铝及重晶石搅拌1小时。
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