CN1900210A - 抗高温高密度隔离液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抗高温高密度隔离液。解决现有的隔离液深井固井顶替效率低、抗高温性能差的问题。该抗高温高密度隔离液包括下列组分，下列各组分按重量份配比：100份水中加入活性重晶石粉13份～117份、聚乙烯醇0.97份～1.35份、无水硼砂0.01份～0.02份及硅藻土4份～9份。该隔离液的密度和粘度值处于水泥浆和泥浆之间，具深井固井顶替效率高、抗高温及密度可调的特点。

Description

抗高温高密度隔离液
技术领域：
本发明涉及石油钻井领域中用的一种助剂，尤其是一种抗高温高密度隔离液。
背景技术：
随着大庆外围勘探的不断深入，长封井越来越多。在固井施工过程中，为平衡压力，更好地达到压稳效果，提高顶替效果，要求隔离液具有一定的密度和粘度。对隔离液的抗高温性能也提出了新的要求。
发明内容：
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种抗高温高密度隔离液，该隔离液的密度和粘度值处于水泥浆和泥浆之间，具深井固井顶替效率高、抗高温及密度可调的特点。
本发明的技术方案是：该抗高温高密度隔离液，其特征在于：包括下列组分，下列各组分按重量份配比：100份水中加入活性重晶石粉13份～117份、聚乙烯醇0.97份～1.35份、无水硼砂0.01份～0.02份及硅藻土4份～9份。
上述组合物中还包括磺化单宁0.6份；活性重晶石粉细度在200～325目之间；聚乙烯醇的分子量在17～22万之间；硅藻土的细度为600目。
本发明具有如下有益效果：本发明针对目前的技术现状及生产的需求，在充分调研和室内试验基础上，研制开发了深井高密度抗高温隔离液体系，在上述技术方案中：活性重晶石粉用作加重剂，细度在200～325目之间最好；高分子量的聚合物—聚乙烯醇作为悬浮稳定剂使用，分子量约为17～22万，4000＜n＜5500，聚乙烯醇具有良好的水溶性，可溶于冷水、热水、饱和盐水和海水，随着浓度的提高，粘度也明显提高，在交联剂硼砂的作用下，可以形成一种立体网状结构，提高隔离液的粘度，降低滤失量，稳定井壁，并能有效地分散、承托加重材料，使体系保持良好的悬浮稳定性；磺化单宁用作稀释剂，可以降低隔离液的粘度，改善流体的流变性，有利于现场固井施工；因为硅藻土比表面积大，具有吸附作用，在流体中具有悬浮作用，硅藻土的细度为600目为最好。
该体系抗高温可达150℃，密度调节范围宽，在1.10～1.70g/cm3之间可自由调节，抗盐能力强，悬浮稳定性好，与水泥浆和钻井液兼容。隔离液成功地应用于大庆油田深井固井。该项目的成功，配套了大庆油田的深井固井技术，满足大庆外围深层油气井固井的需要。室内实验和现场应用表明，隔离液的密度和粘度值处于水泥浆和泥浆之间，这样可以获得最佳的顶替效率，有效地隔离钻井液和水泥浆，提高固井顶替效率。在高温条件下，且保持良好的悬浮稳定性和流变性。
附图说明：
图1水泥浆稠化实验曲线；
图2隔离液与水泥浆1∶1混合后稠化实验曲线。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步说明：该抗高温高密度隔离液，包括下列组分，下列各组分按重量份配比：100份水中加入活性重晶石粉13份～117份、聚乙烯醇0.97份～1.35份、无水硼砂0.01份～0.02份及硅藻土4份～9份。
上述组合物中还可以加入磺化单宁0.6份；其中：活性重晶石粉细度在200～325目之间，聚乙烯醇的分子量在17～22万之间，硅藻土的细度为600目。
下面是7种隔离液的组分配比见下表1：
                   表1  隔离液体系中各组成部分配比数据表
  序号   比重   各组分在体系中占水的比例(％)
  重晶石   聚乙烯醇   硼砂   磺化单宁   硅藻土
  1#   1.09   13   1.35   0.02   0.6   9
  2#   1.20   28   1.33   0.02   0.6   8
  3#   1.29   43   1.28   0.02   0.6   7
  4#   1.41   60   1.22   0.02   0.6   6
  5#   1.50   76   1.18   0.01   0.6   5
  6#   1.61   97   1.10   0.01   0.6   5
  7#   1.70   117   0.97   0.01   0.6   4
注：以下配方编号同上。
隔离液的配制方法如下：根据要求的密度和总量，计算各组分的需求量并准备齐全。首先在容器中加入水，搅拌，依次加入磺化丹宁、硅藻土、硼砂，充分搅拌等硼砂全部溶解后，加入聚乙烯醇，搅拌30分钟，硼砂与聚乙烯醇的胶联反应需要一定的时间，最后加入重晶石粉。继续搅拌，约30分钟后，隔离液配制完成，可以运送至现场进行固井施工。
下面是用上述7种不同配比配制的隔离液进行性能评价实验：实验方法是按照GB10238-1998《油井水泥》中的规定执行。
一、不同密度的隔离液悬浮稳定性：
研制的DG隔离液体系具有良好的悬浮稳定性，在常温下静止48小时、90℃和150℃条件下静止5小时，流体的上下密度差小于0.02g/cm3。悬浮稳定性试验数据见下表2。
                          表2  不同密度的隔离液悬浮稳定性试验数据表
  编号   室温静止48h   90℃下静止5h   150℃下静止5h
  上层，g/cm3   下层，g/cm3   上层，g/cm3   下层，g/cm3   上层，g/cm3   下层，g/cm3
  1#   1.09   1.09   1.09   1.09   1.09   1.09
  2#   1.20   1.20   1.20   1.20   1.19   1.21
  3#   1.29   1.29   1.29   1.29   1.29   1.30
  4#   1.41   1.41   1.41   1.41   1.40   1.41
  5#   1.50   1.50   1.50   1.50   1.49   1.51
  6#   1.61   1.61   1.61   1.61   1.60   1.61
  7#   1.70   1.70   1.70   1.70   1.69   1.71
上表2的试验数据表明，隔离液密度调节范围宽。从1.0～1.7可自由调节；抗高温能力强，在150℃高温条件下静止5小时，隔离液体系仍具有良好的悬浮稳定性。
二、DG隔离液体系流变性能：
流变性是隔离液最重要的性能，通过测量可以确定流体的n、k值、塑性粘度、动切力、表观粘度等。这些参数直接关系到固井施工的安全和质量。不同密度的DG隔离液体系流变参数见下表3。
              表3  DG隔离液流变性数据表
  编号   流变计刻度盘读数   n KPa.sn PV/mPa.s YP/Pa   表观粘度mPa.s
φ600 φ300 φ200 φ100 φ6 φ3
  编号   常温流变性
  1#   134   82   70   43   8   7   0.71   0.77   52   15   67
  2#   129   94   56   43   13   11   0.46   0.97   35   29.5   64.5
  3#   137   86   64   39.5   7   6.5   0.67   1.01   51   17.5   68.5
  4#   145   89   71   42   12   9   0.70   0.88   56   16.5   72.5
  5#   148   88   73   51   11   10   0.75   0.66   60   14   74
  6#   138   90   70   62   14   12   0.62   1.38   48   26   69
  7#   155   98   81   67   16   14   0.66   1.21   57   20.5   77.5
  编号   150℃下静止5h后流变性
  1#   137   88   64   56   16   14   0.64   0.78   49   19.5   68.5
  2#   146   98   72   60   19   18   0.57   1.12   48   25   73
  3#   141   102   84.5   65   29   25   0.47   1.25   39   31.5   70.5
  4#   152   99   81   59   25   18   0.62   1.52   53   23   76
  5#   167   105   87   63   26   25   0.67   1.23   31   37   83.5
  6#   161   101   90   61   26   25   0.67   1.18   60   20.5   80.5
  7#   169   112   95   60   31   29   0.59   2.04   57   27.5   84.5
上表3试验数据表明，在常温下和150℃下静止5小时后，不同密度的DG隔离液均具有很好的流变特性。
三、DG隔离液体系相容性实验：
1、隔离液DG与钻井液的相容性试验：
钻井液：徐深21井(4273米)，隔离液配方为4#，相容性试验数据如下表4。
                         表4  DG与钻井液相容性试验数据表
  钻井液∶隔离液   流变计刻度盘读数   n   KPa.sn   PV/mPa.s   YP/Pa   表观粘度mPa.s
600 300 200 100 6 3
  钻井液   198   160   142   125   86   85   0.31   14.32   38   61   99
  95∶5   191   137   113   83   51   48   0.48   4.57   54   41.5   95.5
  75∶25   180   123   99   42   21   17   0.55   2.79   57   33   90
  50∶50   165   91   55   32   12   9   0.86   0.37   74   8.5   82.5
  25∶75   153   85   46   25   9   7   0.87   0.26   68   8.5   76.5
  5∶95   144   77   35   25   5   4   0.90   0.25   67   5   72
隔离液 137 86 64   39.5 7 6.5 0.67 1.01 51 17.5 68.5
2、隔离液与胶乳水泥浆的相容性：
水泥浆配方：G级水泥+18％丁苯胶乳，隔离液配方为3#，相容性试验数据如下。
                                            表5  DG与丁苯胶乳水泥浆相容性试验数据表
  水泥浆/隔离液   流变计刻度盘读数   n   kPa.sn   PV/mPa.s   YP/Pa   表观粘度mPa.s
600 300 200 100 6 3
  水泥浆   195   101   68   36   3   2   0.95   0.13   94   3.5   87.5
  95∶5   189   99   69   34.5   5   4   0.93   0.27   90   4.5   94.5
  75∶25   198   110   76   59   35   34   0.85   0.47   88   11   99
  50∶50   203   112   78   60   40   38   0.86   0.46   91   10.5   101.5
  25∶75   160   85   56   29   18   16   0.91   0.26   75   5   80
  5∶95   140   78   60   39   10   9   0.84   0.76   52   13   70
  25％钻井液50％隔离液25％水泥浆 179 119 94 67 31 29 0.33 7.20   75.218   17.23 89.5
表4及表5的相容性试验数据表明，DG隔离液与钻井液、丁苯胶乳水泥浆体系以不同比例混合后，流体的流变性能好，在一定程度上对钻井液有稀释作用，有利于现场施工。
四、DG隔离液体系抗污染稠化试验：
水泥浆(G级水泥+18％丁苯胶乳)与DG隔离液(4#)以1∶1混合后，做抗污染稠化试验，试验数据如下图1和图2。稠化实验的温度为150℃，压力为70MPa。丁苯胶乳水泥浆的稠化时间(80BC)为126分钟，DG隔离液与水泥浆1∶1混合后，在相同的实验条件下，稠化时间(80BC)为163分钟，稠化时间稍有延长，表明DG隔离液在一定程度上有延缓水泥浆稠化时间的作用，满足现场施工的要求。
五、DG隔离液体系抗盐能力：
为检测隔离液体系的抗盐能力，在常温条件下，选择4#隔离液，密度为1.50g/cm3，改变NaCl的加量，测量隔离液体系的六速。实验结果如下表6。
                                                  表6  隔离液抗盐性实验数据表
  盐的加量％   流变计刻度盘读数   n   KPa.sn   PV/mPa.s   YP/Pa   表观粘度mPa.s
600 300 200 100 6 3
  0   137   86   64   39.5   7   6.5   0.67   1.01   51   17.5   68.5
  5   138   86   64   40   7   6   0.68   0.96   52   17   69
  10   137   84   62   41   8   7   0.70   0.83   53   42   68.5
  30％   139   85   63   39   8   7   0.71   0.79   54   42.5   69.5
表6的隔离液抗盐性实验数据表明，NaCl的加量变化不影响隔离液体系的流变性，DG隔离液体系具有良好的抗盐性，可应用于含盐量很高的复杂地层环境。
六、DG隔离液体系降失水性能：
DG隔离液体系中的交联剂与聚合物发生交联反应，形成立体网状结构，使隔离液体系具有很好的降失水作用。在试验温度为150℃、压力为7MPa条件下，实验时间为30min。不同比重的隔离液降失水试验数据见下表7。
                             表7  加量对降失水效果影响试验数据表
  隔离液编号   1#   2#   3#   4#   5#   6#   7#
  API失水ml   49   45   42   38   36   32   18
上表7的试验数据表明，在150℃高温条件下，隔离液DG体系具有很好的降失水能力，可以把失水控制在50ml以内。
该隔离液在大庆油田徐深13井进行现场实验，井深4450米，采用双级注水泥工艺。一级封固段1750米。从4450-2700米，用G级水泥+25％石英砂+18％丁苯胶乳，水泥浆密度为1.90g/cm3；二级封固段1400米，从2400-1000米，用高强度低密度水泥+1.5％降失水剂。水泥浆密度为1.60g/cm3。隔离液密度为1.35g/cm3，一级隔离液环空高度为600米，固井施工顺利，返出的隔离液界面清楚。表明隔离液能有效地分隔钻井液。固井质量明显改善。

Claims (5)

1、一种抗高温高密度隔离液，其特征在于：包括下列组分，下列各组分按重量份配比：100份水中加入活性重晶石粉13份～117份、聚乙烯醇0.97份～1.35份、无水硼砂0.01份～0.02份及硅藻土4份～9份。
2、根据权利要求1所述的抗高温高密度隔离液，其特征在于：上述组合物中还包括磺化单宁0.6份。
3、根据权利要求2所述的抗高温高密度隔离液，其特征在于：活性重晶石粉细度在200～325目之间。
4、根据权利要求3所述的抗高温高密度隔离液，其特征在于：聚乙烯醇的分子量在17～22万之间。
5、根据权利要求4所述的抗高温高密度隔离液，其特征在于：硅藻土的细度为600目。
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