CN105086968B - 固井用先导浆相容剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固井用先导浆相容剂及其制备方法，该固井用先导浆相容剂由以下重量百分数的组分混合而成，包括15～25％改性木质素磺酸盐、20～30％改性磺化单宁、3～5％磺化醛酮缩聚物、10～20％碳酸钠、30～40％二氧化硅微粉；且该固井用先导浆相容剂的制备方法简单易行，将各组分加入混拌机中混合均匀后，过筛得到；该固井用先导浆相容剂有效的改善钻井液与水泥浆的相容性，并降低钻井液与水泥浆的界面接触污染，使钻井液的性能有利于提高顶替效率，减少钻井液在井筒环空的滞留量，增强水泥环对油气层的封隔效果，进而达到提高油气采收率，延长油气井寿命的效果；另一方面也能消除由于水泥浆遇到钻井液后变稠从而引发的憋泵，“灌香肠”等施工隐患。

Description

固井用先导浆相容剂及其制备方法
技术领域
本发明属于油气井固井工程作业领域，特别涉及一种固井用先导浆相容剂及其制备方法。
背景技术
为了保障水泥环对油气层的封隔效果，在注替水泥浆期间防止泥浆窜槽，让水泥浆最大限度的充满封固段环形空间是最关键的技术环节之一。为了防止泥浆窜槽，之前人们研究最多的是水泥浆的流变性及流型、前置液性能、套管居中度等相关技术问题，对提高顶替效率起到了很大的促进作用。然而，对于套管偏心井眼、糖葫芦井眼的井泥浆滞留问题始终没有得到很好的解决。
由于多数钻井液与水泥浆是不相容的，因此混合后会发生严重增稠、絮凝现象，这种化学接触污染会导致水泥浆流动性能恶化、水泥石抗压强度和界面胶结强度大幅度降低，现场应用时会导致流阻过大或循环压耗剧增，容易压漏薄弱地层，引起井下复杂情况。目前，防止水泥浆与钻井液碰头，往往采取加大隔离液用量的方法，但在生产实践中往往会出现不允许隔离液过大用量的情况，随着油田开发的深入，遇到的复杂井数量持续增加，这时仅仅从隔离液的角度解决这样的问题已经无法满足生产的要求。因此，在钻井液与水泥浆之间注入一段化学兼容性好的先导浆，对于提高顶替效率和固井重量具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加入先导浆中能够与水泥浆的相容性能良好、对水泥浆的流动性能影响不大，且对水泥浆不会产生失水影响的固井用先导浆相容剂。
本发明还提供了一种简单易行的制备该固井用先导浆相容剂的制备方法。
为了实现上述目的，本发明所述固井用先导浆相容剂，由以下重量百分数的组分混合而成：
优选地，所述改性木质素磺酸盐为木质酸磺酸盐经氧化后的产物与丙烯酰胺、马来酸酐、聚乙二醇按重量比(90～110):(0.6～1.0):(20～35):(40～60):(30～50)聚合而成。
具体地，向反应器中加入木质素磺酸钠90～110重量份、溶剂80～110重量份、氧化剂0.6～1.0重量份，搅拌20min，再加入6～10重量份催化剂和0.6～1.0重量份丙烯酰胺，升温至60～90℃反应0.5～2.0h，再加入20～35重量份过硫酸铵和40～60重量份马来酸酐、30～50重量份聚乙二醇，在60～90℃温度下继续反应0.5～2.0h，降至室温，加入乙醇，将得到的沉淀干燥、研磨得褐色改性木质素磺酸盐固体粉末。
所述聚乙二醇优选为PEG-4000。
所述改性木质素磺酸盐具有一定的分散、降粘、降失水和抗盐作用。
优选地，所述改性磺化单宁为五倍子单宁酸经磺化改性而成。
所述改性磺化单宁在该先导浆相容剂中具有一定稀释降粘作用。
优选地，所述磺化醛酮缩聚物通过丙酮、甲醛和亚硫酸钠按重量比(0.8～1.4):(2.0～4.0):(0.3～0.7)制成。
具体地，在反应器中加入8～14重量份溶剂、0.3～0.7重量份亚硫酸钠，搅拌升温至50～80℃，逐步滴加0.8～1.4重量份丙酮，保温反应0.5～1.5h，滴加2.0～4.0重量份甲醛，升温至80～90℃，反应0.5～2.0h，冷却至室温，干燥，研磨得深红色粉末磺化醛酮缩聚物。
所述磺化醛酮缩聚物在该先导浆相容剂中起分散作用。
优选地，所述二氧化硅微粉的粒径为10～20μm。
所述二氧化硅微粉在先导浆相容剂中起防潮防结块、提高流变性等作用。
该所述固井用先导浆相容剂的制备方法为：将磺化醛酮缩聚物、碳酸钠、改性木质素磺酸盐、改性磺化单宁和二氧化硅微粉加入混拌机中，控制搅拌速度为100r/min，经搅拌时间为40min混合均匀后，过40目筛子，得到的灰褐色粉末为即先导浆相容剂。所述磺化醛酮缩聚物、碳酸钠、改性木质素磺酸盐、改性磺化单宁和二氧化硅微粉的加入顺序优选为按照加入量从少到多的顺序依次加入。
本发明所述制备方法所得到的固井用先导浆相容剂灰褐色粉末，其粒径小于40目。该固井用先导浆相容剂在钻井液中的加入量为5wt％时，即可表现出良好的各项性能。
该先导浆相容剂加入到钻井液中混合而成的固井用先导浆，不仅与水泥浆的相容性能良好，对水泥浆的流动性能影响不大，并且该先导浆，反而会有一定的降失水作用，此外该先导浆对水泥浆不会产生增稠的作用，也不会使稠化时间缩短，可以满足安全施工的要求；此外该固井用先导浆相容剂的制备方法，该制备方法简单易行，容易加工，制备成本低。
综上所述，该固井用先导浆相容剂有效的改善钻井液与水泥浆的相容性，并降低钻井液与水泥浆的界面接触污染，使钻井液的性能有利于提高顶替效率，减少钻井液在井筒环空的滞留量，增强水泥环对油气层的封隔效果，进而达到提高油气采收率，延长油气井寿命的效果；另一方面也能消除由于水泥浆遇到钻井液后变稠从而引发的憋泵，“灌香肠”等施工隐患。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的上述发明内容作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内。
在一下实施例1～4中，所述改性磺化单宁采用成都川峰化学工程有限责任公司购买的磺化单宁，所述改性木质素磺酸盐和磺化醛酮缩聚物通过下述方法制备而成：
实施例1～4中使用的改性木质素磺酸盐的具体制备方法为：向反应器中加入木质素磺酸钠100份、水100份、高锰酸钾1份，搅拌20min，再加入8份焦亚硫酸钠和25份丙烯酰胺，80℃反应2h，再加入10份过硫酸铵和50份马来酸酐、40份聚乙二醇(PEG-4000)，85℃继续反应1h，降至室温，加入乙醇，沉淀，干燥研磨得褐色改性木质素磺酸盐固体粉末。
实施例1～4中使用的磺化醛酮缩聚物的具体制备方法为：在反应器中加入水10份水、0.5份亚硫酸钠，搅拌升温至60℃，逐步滴加1份丙酮，保温反应1h，滴加2.5份甲醛混合液，升温至85℃，反应1h，冷却至室温，干燥，研磨得深红色粉末磺化醛酮缩聚物。
实施例1
分批取磺化醛酮缩聚物500g、碳酸钠1500g、改性木质素磺酸盐2000g、改性磺化单宁2500g和二氧化硅微粉3500g依次加入混拌机以100r/min速度混拌40min至混合均匀，过40目筛子，得到灰褐色先导浆相容剂粉末。
实施例2
分批取磺化醛酮缩聚物400g、碳酸钠1600g、改性木质素磺酸盐1700g、改性磺化单宁2700g和二氧化硅微粉3600g依次加入混拌机以100r/min速度混拌40min至混合均匀，过40目筛子，得到灰褐色先导浆相容剂粉末。
实施例3
分批取磺化醛酮缩聚物300g、碳酸钠1200g、改性木质素磺酸盐2500g、改性磺化单宁3000g和二氧化硅微粉3000g依次加入混拌机以100r/min速度混拌40min至混合均匀，过40目筛子，得到灰褐色先导浆相容剂粉末。
实施例4
分批取磺化醛酮缩聚物500g、改性木质素磺酸盐1500g、改性磺化单宁2000g、碳酸钠2000g和二氧化硅微粉4000g依次加入混拌机以100r/min速度混拌40min至混合均匀，过40目筛子，得到灰褐色先导浆相容剂粉末。
性能评价：
在对相容性能进行评价时，首先对该相容剂加入到固井用先导浆中配合使用的相容性能进行评价，此外，还要考虑在实际井下作业中，所述先导浆对水泥浆失水影响和增稠影响，以保证该固井用先导浆相容剂在实际井下作业中的使用时满足安全施工的要求。
通过多次实验证明，在钻井液中加入5wt％的该先导浆相容剂时即可以得到良好的相容性能，当加入量增加时，对应相容性能更好，但从成本角度考虑，5wt％的先导浆相容剂的添加，即可以到达施工要求，因此一下试验中先导浆相容剂的加入量为5wt％。
以下性能评价实验均以实施例1所得到的产品进行性能测试，由于在现有井下作业中，其实际最高温度约为90℃，因此在此选取90℃作为性能评价实验的实验温度。
(1)相容性实验
在钻井液中加入5wt％的先导浆相容剂，混拌均匀后制成先导浆，在90℃下与水泥浆按不同比例混合，进行相容性试验，实验结果见表1。
表1：相容性试验
通过表1中数据可以看出，先导浆与水泥浆相容性良好，对水泥浆的流动性能影响不大。
(2)失水实验
在钻井液中加入5wt％的先导浆相容剂，混拌均匀后制成先导浆，先导浆与水泥浆按不同比例混合，进行失水试验，实验结果见表2。
表2：失水试验
通过表2中数据可以看出，先导浆对水泥浆不会产生失水影响，反而会有一定的降失水作用。
(3)稠化实验
在钻井液中加入5wt％的先导浆相容剂，混拌均匀后制成先导浆，把配置的先导浆与水泥浆按不同比例混合，进行稠化试验，实验结果见表3。
表3：稠化试验
通过表3中数据可以看出，先导浆对水泥浆不会产生增稠的作用，也不会使稠化时间缩短，可以满足安全施工的要求。
综上所述，实验结果表明本发明所制备的固井用先导浆相容剂在钻井液中加入量达到5wt％时即可达到优良的使用性能，其与钻井液混拌均匀后制成的先导浆与水泥浆的相容性能良好，对水泥浆的流动性能影响不大；此外，该先导浆对水泥浆不会产生失水影响，反而会有一定的降失水作用；该先导浆对水泥浆不会产生增稠的作用，也不会使稠化时间缩短，可以满足安全施工的要求。

Claims (7)

1.一种固井用先导浆相容剂，其特征在于，由以下重量百分数的组分混合而成：
其中，所述改性木质素磺酸盐为木质酸磺酸盐经氧化后的产物与丙烯酰胺、马来酸酐、聚乙二醇按重量比(90～110):(20～35):(40～60):(30～50)聚合而成；所述磺化醛酮缩聚物通过丙酮、甲醛和亚硫酸钠按重量比(0.8～1.4):(2.0～4.0):(0.3～0.7)制成。
2.根据权利要求1所述的固井用先导浆相容剂，其特征在于，所述改性木质素磺酸盐的制备方法为：向反应器中加入木质素磺酸钠90～110重量份、溶剂80～110重量份、氧化剂0.6～1.0重量份，搅拌20min，再加入6～10重量份催化剂和0.6～1.0重量份丙烯酰胺，升温至60～90℃反应0.5～2.0h，再加入20～35重量份过硫酸铵和40～60重量份马来酸酐、30～50重量份聚乙二醇，在60～90℃温度下继续反应0.5～2.0h，降至室温，加入乙醇，将所得沉淀干燥、研磨制得。
3.根据权利要求1所述的固井用先导浆相容剂，其特征在于，所述改性磺化单宁为五倍子单宁酸经磺化反应制成。
4.根据权利要求1所述的固井用先导浆相容剂，其特征在于，所述磺化醛酮缩聚物的制备方法为：在反应器中加入8～14重量份溶剂、0.3～0.7重量份亚硫酸钠，搅拌升温至50～80℃，逐步滴加0.8～1.4重量份丙酮，保温反应0.5～1.5h，滴加2.0～4.0重量份甲醛，升温至80～90℃，反应0.5～2.0h，冷却至室温，干燥，研磨制得。
5.根据权利要求1所述的固井用先导浆相容剂，其特征在于，所述二氧化硅微粉的粒径为10～20μm。
6.一种权利要求1～5所述固井用先导浆相容剂的制备方法，其特征在于，制备方法为：将磺化醛酮缩聚物、碳酸钠、改性木质素磺酸盐、改性磺化单宁和二氧化硅微粉加入混拌机中混合均匀后，过40目筛子，得到的灰褐色粉末为即先导浆相容剂。
7.根据权利要求6所述的固井用先导浆相容剂，其特征在于，所述混拌机的搅拌速度为100r/min，搅拌时间为40min。
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