CN101161760A - 油井注水泥前置液外加剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种油井注水泥前置液外加剂，应用于固井施工中。特征是：由微胶囊乳化增粘剂和稀释、研磨、抗胶凝剂两种组分重量百分比为：40～50％∶50～60％。其中：微胶囊乳化增粘剂各组分重量百分比为：山梨醇酐单硬脂酸脂乳化剂30～40％；羧甲基纤维素钠60～70％。稀释、研磨、抗胶凝剂各组分重量百分比为：磺化单宁30～40％；二氧化硅微粉30～40％；硫酸钠10～25％；碳酸钠10～25％。效果是：该油井注水泥前置液外加剂配制的前置液与钻井液和油井水泥浆相容性好。利用该油井注水泥前置液外加剂可配制冲洗液、加重隔离液、粘弹性隔离液和压塞液。该油井注水泥前置液外加剂具有溶解速度快，现场容易配制的特点。

Description

油井注水泥前置液外加剂及制备方法

技术领域

本发明涉及石油、天然气、水井固井技术领域，特别涉及固井用注水泥前置液外加剂，是一种能配制固井注水泥浆用冲洗液、隔离液和压塞液外加剂的制备方法。

背景技术

在油气井固井注水泥浆之前，为了使水泥浆与钻井液隔离开，提高顶替效率，需要在水泥浆与钻井液之间注入一种液体，所注入的液体称之为水泥浆前置液。为什么要使用水泥浆前置液呢？因为水泥浆液相为饱和的C_a(OH)₂溶液，一旦与钻井液混合，钻井液中的粘土成分发生钙侵形成粘稠团块的絮凝物质，使混合物变成流动性极差或不能流动的胶状体；另外钻井液中含有大量高分子材料和离子基团，上述成分对水泥浆有很强的絮凝和闪凝作用，使混合物的流动性变的极差甚至失去流动性。所以为了提高顶替效率和固井施工安全，固井时要使用水泥浆前置液把水泥浆和钻井液隔离开。

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、同时还具有防止井壁坍塌和压稳地层流体防止井涌的作用。

水泥浆前置液是由清水、加重材料与外加剂组成。按使用的外加剂成份分类，可分为：

硅酸钠型前置液，该前置液具有一定粘度，可以提高顶替效率，但是与水泥浆相容性不好，影响其流动性。

稀释型前置液，该前置液以钻井液稀释剂为主要成分，能够稀释钻井液，提高冲洗效率，但是影响井壁稳定性。

纤维素型前置液，该前置液能提高液柱的平均密度，能够压稳地层，但是现场配制困难。

聚合物型前置液，该前置液能提高液柱的平均密度，但成本高，现场配制困难。

中国专利公告号CN1205298C，提供了一种高密度冲洗隔离液及其制备方法。这种高密度冲洗隔离液属于一种纤维素与聚合物混合型的前置液，所使用的外加剂各成分及配比按重量份：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。

发明内容：

本发明的目的是提供一种油井注水泥前置液外加剂，适应于油气水井固井注水泥作业，油井注水泥前置液外加剂与各种类型的钻井液体系和水泥浆体系相容性好；能提高顶替效率、提高水泥环界面胶结强度。

本发明采用的技术方案是：

油井注水泥前置液外加剂由微胶囊乳化增粘剂和稀释、研磨、抗胶凝剂两种组分组成，两种组分的重量百分比为：微胶囊乳化增粘剂，40～50％；稀释、研磨、抗胶凝剂，50～60％。

其中：微胶囊乳化增粘剂各组分重量百分比为：山梨醇酐单硬脂酸脂，30～40％；羧甲基纤维素钠(CMC)，60～70％。

微胶囊乳化增粘剂的制造方法是：把山梨醇酐单硬脂酸脂表面活性剂加入捏合机中，捏合温度60℃～90℃，山梨醇酐单硬脂酸脂乳化剂融化后，加入羧甲基纤维素钠，在60℃～90℃温度条件下搅拌均匀。使山梨醇酐单硬脂酸脂乳化剂包裹在羧甲基纤维素钠颗粒表面，形成以山梨醇酐单硬脂酸脂乳化剂为壁材，以羧甲基纤维素钠颗粒为芯材的微胶囊乳化增粘剂。冷却至常温粉碎后得到微胶囊乳化增粘剂。

其中：稀释、研磨、抗胶凝剂各组分重量百分比为：磺化单宁(SMT)30～40％；二氧化硅微粉，30～40％；硫酸钠，10～25％；碳酸钠，10～25％。

稀释、研磨、抗胶凝剂的制造方法是：把磺化单宁(SMT)、二氧化硅微粉(微硅)、硫酸钠和碳酸钠按重量百分比加入混合机中，在常温下混合均匀，制成稀释、研磨、抗胶凝剂。

微胶囊乳化增粘剂和稀释、研磨、抗胶凝剂两种组分混合均匀，得到油井注水泥前置液外加剂。

固井现场配制前置液的方法是：在混合罐中加入清水重量的油井注水泥前置液外加剂1～3％，充分循环搅拌10分钟，既可配置成冲洗液。配制成的冲洗液注入井内，能适应井下温度范围10℃～140℃。

如果配制加重隔离液、粘弹性隔离液和压塞液，能适应井下温度范围10℃～90℃。

山梨醇酐单硬脂酸脂的分子式：C₂₄H₄₆O₆；分子质量：430.63；中文名称：脱水山梨醇单十八酸酯；山梨醇酐单硬脂酸酯；山梨醇硬脂酸酯；山梨糖醇酐硬脂酸酯；乳化剂S-60。性质：淡黄易碎蜡状物，熔点56-58℃。能分散于热水，溶于热油类及一般有机溶剂。微有脂肪气味。生产方法：由山梨糖醇失水成环后，与硬脂酸酯化而得。辽宁省大连市旅顺化工助剂厂生产，并收录在中国化工产品目录中。

磺化单宁是将五倍子单宁酸经磺化及其它化学改性而成。具有吸水性强，易溶于水特点。在水基泥浆体系中是优良的稀释剂或降粘剂。能有效地降低泥浆的粘度和切力。在盐水泥浆、饱和盐水泥浆中也能保持一定的降粘能力，抗Ca2+污染可达1000mg/L以上。在180-200℃的高温条件下，它能改善泥浆的高温稳定性，控制高温下泥浆的流变性能。成都川锋化学工程有限责任公司有产品销售。

本发明油井注水泥前置液外加剂的有益效果是：具有溶解速度快，现场容易配制的特点。利用该油井注水泥前置液外加剂配制的前置液与钻井液和油井水泥浆相容性好。利用该油井注水泥前置液外加剂可配制冲洗液、加重隔离液、粘弹性隔离液和压塞液。

本发明的油井注水泥前置液外加剂属于复合型纤维素油井注水泥前置液外加剂，与单纯的纤维素前置液外加剂相比，具有如下优点：因为羧甲基纤维素钠颗粒经过山梨醇酐单硬脂酸脂乳化剂包裹，形成微胶囊，使产品容易分散在水中，加快了羧甲基纤维素钠增粘剂溶解速度，所以现场容易配制；油井注水泥前置液中含有表面活性剂，所以对油基泥浆具有洗涤作用；油井注水泥前置液中复配了磺化单宁(SMT)，所以对钻井液有稀释作用；油井注水泥前置液中复配了二氧化硅微粉(微硅)，所以对井壁泥饼具有研磨冲刷作用；油井注水泥前置液中复配了硫酸钠和碳酸钠，可以抗水泥浆胶凝。另外油井注水泥前置液外加剂具有便于运输、储藏，同时具有现场配制简便的特点。

具体实施方式

实施例1：制备油井注水泥前置液外加剂试验样品

称取400g山梨醇酐单硬脂酸脂乳化剂，在小型捏合机中加热到90℃，山梨醇酐单硬脂酸脂乳化剂完全融化之后，开启搅拌器，在搅拌捏合条件下加入600g羧甲基纤维素钠，搅拌捏合2小时后，给捏合机通水冷却，冷却到室温。把得到的样品粉碎，即可得到中间样品微胶囊乳化增粘剂。

称取磺化单宁(SMT)500g，二氧化硅微粉(微硅)500g，硫酸钠250g，碳酸钠250g，加入小型混合机中混合10分钟，然后加入微胶囊乳化增粘剂1000g混合均匀，既可得到油井注水泥前置液外加剂样品。

配制实验室用的冲洗液

称取10g油井注水泥前置液外加剂样品放入烧杯中，加入500ml水，用搅拌棒搅拌10分钟，既可得到冲洗液。把该冲洗液分别与钻井液和水泥浆按照体积比20∶80、50∶50、80∶20比例混合，按SY/T 5546-92规定的方法测流变性，其表观粘度均小于配浆使用的相应的钻井液和水泥浆。说明该冲洗液对钻井液具有稀释作用，对水泥浆不产生增稠现象。

配制加重隔离液

称取30g油井注水泥前置液外加剂样品放入烧杯中，加入500ml水，用搅拌棒搅拌10分钟，然后加入600g重晶石，充分搅拌均匀后，既可得到密度1.72～1.80g/cm³的加重隔离液。把加重隔离液放置在60℃条件下静止2小时，按SY/T 5546-92规定的方法分别测量上部和下部密度，密度差小于±0.04。

加重隔离液与水泥浆相容性试验：

把配制的加重隔离液与G级水泥原浆按不同比例混合，按SY/T 5546-92规定的方法，在模拟井下温度77℃条件下，进行相容性试验，试验结果见表1：

表1：加重隔离液与G级水泥原浆相容性试验

隔离液∶水泥浆％	初始稠度BC	流动度cm	稠化时间min	滤失量ml
					0∶100	19	20	65	1987
10∶90	16	19	165	1876
					20∶80	14	20	289	1133
50∶50	13	21	＞350	628

80∶20	12	22	＞350	437
					90∶10	12	22	＞350	203
100∶0	11	22	＞350	98

试验数据表明，加重隔离液与水泥浆有很好的相容性，以多种比例混合后都不会产生严重胶凝和絮凝现象。随着隔离液加量增大，初始稠度降低，流动度变化不大，虑失量减小，稠化时间延长。

实施例2：称取辽宁省大连市旅顺化工助剂厂生产的350kg山梨醇酐单硬脂酸脂乳化剂，在捏合机中加热到80℃，山梨醇酐单硬脂酸脂乳化剂完全融化之后，开启搅拌器，在搅拌捏合条件下加入650kg羧甲基纤维素钠，搅拌捏合2.5小时后，给捏合机通水冷却，冷却到室温。把得到的产品粉碎，即可得到中间产品微胶囊乳化增粘剂。

称取成都川锋化学工程有限责任公司生产的磺化单宁(SMT)350kg，二氧化硅微粉(微硅)350kg，硫酸钠100kg，碳酸钠200kg，加入混合机混合15分钟，然后加入粉碎好的微胶囊乳化增粘剂1000kg，混合均匀，即可得到现场使用的油井注水泥前置液外加剂2000kg。

实施例3：称取270kg山梨醇酐单硬脂酸脂乳化剂，在捏合机中加热到85℃，山梨醇酐单硬脂酸脂乳化剂完全融化之后，开启搅拌器，在搅拌捏合条件下加入630kg羧甲基纤维素钠，搅拌捏合2.5小时后，给捏合机通水冷却，冷却到室温。把得到的产品粉碎，即可得到中间产品微胶囊乳化增粘剂。

称取磺化单宁(SMT)418kg，二氧化硅微粉(微硅)352kg，硫酸钠198kg，碳酸钠132kg，加入混合机中混合20分钟，然后加入粉碎好的微胶囊乳化增粘剂900kg，混合均匀，即可得到现场使用的油井注水泥前置液外加剂2000kg。

Claims (2)

1.一种油井注水泥前置液外加剂，其特征是：由微胶囊乳化增粘剂和稀释、研磨、抗胶凝剂两种组分组成，两种组分的重量百分比为：微胶囊乳化增粘剂，40～50％；稀释、研磨、抗胶凝剂，50～60％，

其中：微胶囊乳化增粘剂各组分重量百分比为：山梨醇酐单硬脂酸脂，乳化剂代号：S-60，30～40％；羧甲基纤维素钠，60～70％；

其中：稀释、研磨、抗胶凝剂各组分重量百分比为：磺化单宁，30～40％；二氧化硅微粉，30～40％；硫酸钠，10～25％；碳酸钠，10～25％。

2.根据权利要求1所述的油井注水泥前置液外加剂的制备方法，其特征是：

制备微胶囊乳化增粘剂：把山梨醇酐单硬脂酸脂表面活性剂加入捏合机中，捏合温度60℃～90℃，山梨醇酐单硬脂酸脂表面活性剂融化后，加入羧甲基纤维素钠，在60℃～90℃温度条件下搅拌均匀；

制备稀释、研磨、抗胶凝剂：把磺化单宁、二氧化硅微粉、硫酸钠和碳酸钠按重量百分比加入混合机中，在常温下混合均匀，制成稀释、研磨、抗胶凝剂，

微胶囊乳化增粘剂和稀释、研磨、抗胶凝剂两种组分混合均匀，得到油井注水泥前置液外加剂。