CN105733535A - 一种封堵型固井前置液体系及组成 - Google Patents

一种封堵型固井前置液体系及组成 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种油气井封堵型固井前置液体系，该前置液体系具备优良的控制滤失能力；性能非常稳定，可以根据固井现场情况随时配制，与低密度水泥浆体系相容性好；优异的堵漏能力，有利于防止煤储层污染，实现保护煤储层的目标。因此该前置液体系特别适用于煤层气井的固井作业。该封堵型固井前置液体系各组份以及质量份数组成为：堵漏剂为0.65～3.2份、辅助填充剂为2.3～12.5份、性能调节剂为0.82～2.5份、消泡剂为0.3～0.6份、水为81.5～95份。

Description

一种封堵型固井前置液体系及组成
技术领域
本发明涉及油气井固井技术，尤其涉及一种油气井封堵型固井前置液体系及组成。该前置液体系具有优良的控制滤失能力和堵漏能力，能够对裂缝性地层进行有效封堵，与钻井液、固井水泥浆的相容性好，特别适合于煤层裂缝、割理发育条件下固井作业，有利于防止煤储层污染，实现保护煤储层目标。
背景技术
我国是一个煤炭资源大国，资源量位居世界第三位，煤层气资源量约为30×1012～35×1012m3，与我国的常规天然气资源量相当，具有丰富的储量资源。作为一种新能源，煤层气不仅热值高，而且没有环境污染，具有广阔的应用前景。因此，加快煤层气资源的开采已成为我国油气开发的重要任务。随着煤层气资源的勘探开发，以及煤层自身性质，煤层气井固井面临着很多问题，如煤储层压力低，存在低压易漏问题；煤储层裂缝、割理发育，固井漏失严重；固井水泥浆对煤储层的伤害大等。
前置液就是在固井注水泥施工过程中，必须在注入水泥浆之前，先泵入另一种液体，将水泥浆与钻井液隔开的液体。如果水泥浆与钻井液直接接触，钻井液与水泥浆将发生混合，水泥浆有可能受到钻井液的污染而产生粘稠的团块状絮凝物质，将严重危及固井施工安全和影响固井质量。所以，前置液的性能在固井阶段显得尤为重要。在当今固井注水泥技术中，前置液体系已成一门专项技术，其作用除了将水泥浆与钻井液隔开外，还可以起到缓冲、清洗、冲洗和提高顶替效率等作用，从而提高固井质量。
近年来，针对固井前置液体系提出的性能要求，学者们研究开发出一些新型固井前置液体系。其中包括：“触变性隔离液体系的研究”(陆纪邀等，中国石油大学，2010/05)所研究的隔离液体系，通过桥接材料与隔离液的复配，形成一种具有防漏、堵漏性能的隔离液体系，但该体系研究中没有给出隔离液触变性的适用温度范围；“抗180℃高温水基隔离液的研制与应用”(王广雷等，钻井液与完井液，2011/11)所研制的以海泡石族黏土矿物作稳定剂、水溶性高分子三元共聚物作悬浮剂的隔离液体系在高温条件下该体系具有稳定的悬浮性以及良好的流变性和相容性；“抗高温油基钻井液冲洗隔离液的设计与应用”(王珣等，东北石油大学，2012/03)所设计的加入优选螯合剂、表面活性剂的前置液体系对油基钻井液拥有较强破乳能力，对泥饼能达到较彻底冲洗效果，能抗150℃高温；“一种新型注水泥前置隔离液”(邓慧等，钻井液与完井液，2012/05)所研究的加入激活剂、早强剂、固化剂等外加剂的隔离液体系即可隔离又可实现自身固化，密度在1.3～2.4g/cm3范围内可调，突破了传统隔离液不能固化的特点；“表面活性剂为悬浮剂的双效固井前置液”(姜涛等，中国专利CN103224774A，2013/07)专利中以阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂为悬浮剂配制成具有冲洗效率高、提高水泥环胶结质量、良好悬浮稳定性等优点的前置液体系；“油基钻井液用冲洗液BCS-020L研制及应用”(王翀等，石油钻采工艺，2013/11)所研制的冲洗液体系由阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、清洗助剂和加重剂组成；“页岩气水平井固井前置液体系研究及应用”(王乐顶等，西南石油大学，2014/06)所研究的通过加入复配表面活性剂及碱的前置液体系，有效解决页岩气水平井固井中存在的界面冲洗效率低、润湿反转不足造成的固井质量差的问题，提高了前置液对钻井液的冲洗效率和顶替效率，为水泥装与固井界面的良好胶结提供有利条件。虽然以上这几种前置液体系解决了部分固井的困难，但这些体系还存在一些不足。
目前，前置液体系的适用范围和功能比较广泛，但对于前置液体系的防漏、堵漏功能设计和研究却严重不足，不适合煤层这种低压易漏地层，并且煤层裂缝和割理都非常发育的固井作业，常导致水泥浆返高达不到固井设计要求，并且水泥浆对煤储层污染严重，影响煤层气开发效果。因此，针对煤层的低压易漏、裂缝和割理发育的特点，研究具有良好的防漏、堵漏功能的固井前置液体系非常必要。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有固井前置液体系存在的上述缺点和不足，提供了一种封堵型固井前置液体系，该前置液体系中通过掺入亲水性纤维类堵漏剂、有助于封堵裂缝和保证浆体稳定的辅助填充剂、具有控制滤失和调节流变性能的性能调节剂和消泡剂，能够配制出密度为1.05g/cm3～1.15g/cm3的前置液体系，适用温度范围为10℃～95℃。该封堵型固井前置液体系的流动性好，体系稳定好，API失水量小，对现场煤芯的裂缝和割理堵漏效果好，与钻井液和水泥浆相容性好，各项性能指标都满足现场固井要求。
为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。
一种封堵型固井前置液体系及组成，由以下各组分按照其质量份数组成：
堵漏剂0.65～3.2份；
辅助填充剂2.3～12.5份；
性能调节剂0.82～2.5份；
消泡剂0.3～0.6份；
水81.5～95份。
所述堵漏剂是一种亲水性纤维类堵漏剂，长度为3-8mm，是由聚乙烯醇纤维、玄武岩纤维、木质纤维、海泡石纤维按质量组成比例聚乙烯醇纤维︰玄武岩纤维︰木质纤维︰海泡石纤维＝12～30︰20～45︰8～25︰38～52均匀混拌而制得的固体混合物。
所述辅助填充剂是一种由乙烯-醋酸乙烯聚合物、膨胀蛭石、硅藻土、微硅按质量组成比例乙烯-醋酸乙烯聚合物︰膨胀蛭石︰硅藻土︰微硅＝8～15︰15～57︰7～24︰18～40均匀混拌而制得的固体混合物。
所述乙烯-醋酸乙烯聚合物的粒径为0.20-0.60mm，堆积密度为0.75-0.86g/cm3。
所述膨胀蛭石的粒径为0.50-4.5mm，堆积密度为0.65-0.80g/cm3。
所述性能调节剂是由固体类的聚乙烯醇降失水剂、羟乙基纤维素降失水剂、丙烯酰胺与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)与丙烯酰胺(AM)聚合物降失水剂中的一种与磺化醛酮类分散剂按质量组成比例45～88︰12～55均匀混拌而制得的固体混合物。
所述消泡剂可以是磷酸酯类消泡剂、有机硅消泡剂、聚醚类消泡剂中的一种。
所述配制封堵型固井前置液体系用水可以是淡水和矿化度水。
本发明的优点：(1)本发明的封堵型固井前置液体系能形成似弹性膜的滤饼结构，非常有利于降低失水量和控制漏失。(2)本发明的封堵型固井前置液体系具备优异的堵漏能力，有利于防止煤储层污染，实现保护煤储层的目标。(3)本发明的封堵型固井前置液体系的性能是非常稳定的，可以根据固井现场情况，提前配制或当场配制都没有任何问题。(4)本发明的封堵型固井前置液体系具有非常好的流变性能，有利于在地面钻井泵所允许的条件下实现紊流态顶替。
本发明提供了一种技术可靠、现场施工方便，能满足煤层气井固井作业的封堵型前置液体系，随着我国加快煤层气资源开采，本发明的封堵型固井前置液体系有着十分广阔应用前景。
具体实施方式
实验方法：按标准GB/T19139-2003“油井水泥试验方法”制备低密度水泥浆，并参照标准SY/T5374-2000“油气井注水泥前置液使用方法”测试封堵型固井前置液体系的性能。
实施例1：封堵型固井前置液体系组成
一种封堵型固井前置液体系可由以下物质组成，各物质的质量份数具体为：堵漏剂为2.6份、辅助填充剂为5.6份、性能调节剂为1.72份、消泡剂为1份、水为89.08份。
实施例2：封堵型前置液的控制滤失性能测试
以实施例1封堵型固井前置液体系为测试对象，测试其在中压、高压条件下的失水量。试验结果见表1。
表1封堵型前置液的控制滤失性能
实施例3：封堵型前置液的流变性能测试
以实施例1封堵型固井前置液体系为测试对象，将配制好的封堵型前置液体系于室温(25℃)下静置不同时间，然后将封堵型前置液于4000转/min下搅拌50秒，分别测试体系的流变性能、高压失水量(6.9MPa×30min)和倒入250mL具塞量筒中测试于2hr后的析水率，以此来反映封堵型前置液在不同时间后的性能稳定性，为更好地实施现场施工提供保证，试验结果见表2。
表2封堵型前置液的流变性能
实施例4：封堵型前置液的堵漏性能测试
以实施例1封堵型固井前置液体系为测试对象，选用现场3#煤层岩芯进行实际堵漏性能评价，(1)将3#煤层岩芯装入到堵漏仪中，并注意各接触处的密封问题；(2)在40℃、6.9MPa条件下进行清水滤失测试，测量清水滤失量，测试完毕后倒出堵漏仪中的清水；(3)将配制好的封堵型前置液倒入堵漏仪中，在40℃、6.9MPa条件下测试封堵型前置液对3#煤层岩芯的实际封堵净效果，测试完毕后倒出堵漏仪中的前置液；(3)然后3#煤层岩芯的表面冲洗干净，再次测试清水的滤失量，并与前面的清水滤失量进行对比，测试完毕后倒出堵漏仪中的清水；(4)将配制好的低密度水泥浆倒入堵漏仪中，在40℃、6.9MPa条件下测试低密度水泥浆的滤失量，测试完毕后倒出堵漏仪中的水泥浆，清洗堵漏仪。
测试结果表明：清水的滤失量非常大，达到500mL/1min；而封堵型前置液的滤失量却非常小，加压后只有少量液体滤失(约2mL)，后面基本无液体滤失，15min后滤失量基本保持为2mL，这充分说明封堵型前置液具有优异的封堵能力，能对3#煤层岩芯实现完全封堵；当将3#煤层岩芯的表面冲洗干净，再次测试清水滤失量时，加压后刚开始阶段，滤失量较大(约15mL)，后面只有少量液体滤失，15min后滤失量为17mL；后面在测试低密度水泥浆的滤失量时，基本无液体滤失。测试结果说明，本发明的封堵型固井前置液对现场3#煤层裂缝及割理具有优良的封堵效果。
实施例5：封堵型前置液体系与现场低密度水泥浆体系的相容性测试
以实施例1封堵型固井前置液体系和现场用低密度水泥浆体系(配方为：林州G级油井水泥+23％玻璃微珠减轻剂+28％活性材料+4.0％早强剂+4.95％降失水剂+1.6％分散剂，水灰比1.15，密度1.22g/cm3)为测试对象，按表3的次序和比例进行封堵型前置液、低密度水泥浆的接触混合。
表3相容性试验混合表
按照表3中的混合比例和顺序，低密度水泥浆按不同容积比与前置液混合，充分搅拌后，测量混合液的流变参数，结果见表4。
表4前置液与现场用低密度水泥浆的相容性试验
实施例6：封堵型前置液对稠化时间的影响测试
以实施例1封堵型固井前置液体系和现场用低密度水泥浆体系为测试对象，将低密度水泥浆与前置液按容积比95/5、75/25、50/50混合，按API规范10测试低密度水泥浆和混合样品的稠化时间，并进行对比，试验结果见表5。
表5稠化时间试验记录表
实施例7：封堵型前置液对抗压强度的影响测试
以实施例1封堵型固井前置液体系和现场用低密度水泥浆体系为测试对象，将低密度水泥浆与前置液按容积比95/5、75/25、50/50混合，于40℃、常压条件下养护，测其抗压强度发展，并与低密度水泥原浆进行对比，试验结果见表6。
表6抗压强度试验记录表
水泥浆：前置液 100:0 95:5 75:25 50:50
抗压强度/MPa 9.60 7.15 3.21 0.52
实施例8：封堵型前置液对失水量的影响测试
以实施例1封堵型固井前置液体系和现场用低密度水泥浆体系为测试对象，将低密度水泥浆与前置液按容积比95/5、75/25、50/50混合，于40℃/6.9MPa、条件下测试混合样品的API失水量，并与低密度水泥原浆进行对比，试验结果见表7。
表7API失水量试验记录表
水泥浆：前置液 100:0 95:5 75:25 50:50
API失水量/mL 37 35 30 24
实施例9：封堵型前置液体系现场应用
采用本发明封堵型前置液体系，成功应用于现场煤层气井TS52-06D1固井。TS52-06D1煤层气井位于山西沁水县柿庄镇，是一口直井，井身结构如下：
表层套管采用常规低密度水泥浆封固。在二开钻进3#煤层过程中，发生不同程度的漏失，漏速约1-2.5m3/h，二开生产套管尺寸139.7mm，下深808.67m，井底静止温度为28℃，循环温度为24℃，井底最高压力为8.90MPa。
针对该井的漏失情况，在注水泥前通过泵入本发明封堵型前置液体系3m3，一方面对煤储层裂缝进行封堵，减少固井循环漏失，另一方面防止水泥浆漏入煤储层中，减小水泥浆对煤储层的伤害然；接着泵入9.87m3低密度水泥浆对生产套管进行封固，现场施工泡沫水泥浆配方为：林州G级油井水泥+23％玻璃微珠减轻剂+28％活性材料+4.0％早强剂+4.95％降失水剂+1.6％分散剂，水灰比1.15，密度1.22g/cm3；顶替压力为1.7-2.0MPa，碰压15MPa，敞开候凝。
候凝72小时后测井，测量项目为声波变密度，测井结果解释为：水泥浆返深614.45m，水泥封固段长343.3m，水泥浆返高在3#煤层以上303m，达到水泥浆返高在目的煤层200m以上的要求，参考石油天然气行业标准SY/T6592-2004“固井质量评价方法”中有关低密度水泥固井质量评价标准，TS52-06D1煤层气井固井合格率为100％，声幅测井优质率达到97.5％。
通过在TS52-06D1煤层气井的成功应用，表明该封堵型前置液体系现场配制简单，无需其它繁杂工序，对地面施工设备无其它严格要求，配制的前置液流动性能好、性能稳定、注水泥顶替压力小，并具有很好防漏、堵漏功效，可有效地解决煤层裂缝性漏失难题和保护煤储层。
当然，以上所述仅是本发明的一种实施方式而已，应当指出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，这些改进和润饰均属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种封堵型固井前置液体系及组成，其特征在于各组份以及质量份数组成如下：
2.根据权利要求1所述的封堵型固井前置液体系，其特征在于所述的堵漏剂是一种亲水性纤维类堵漏剂，长度为3-8mm，是由聚乙烯醇纤维、玄武岩纤维、木质纤维、海泡石纤维按质量组成比例聚乙烯醇纤维︰玄武岩纤维︰木质纤维︰海泡石纤维＝12～30︰20～45︰8～25︰38～52均匀混拌而制得的固体混合物。
3.根据权利要求1所述的封堵型固井前置液体系，其特征在于所述的辅助填充剂是一种由乙烯-醋酸乙烯聚合物、膨胀蛭石、硅藻土、微硅按质量组成比例乙烯-醋酸乙烯聚合物︰膨胀蛭石︰硅藻土︰微硅＝8～15︰15～57︰7～24︰18～40均匀混拌而制得的固体混合物。
4.根据权利要求3所述的乙烯-醋酸乙烯聚合物，其特征在于所述的粒径为0.20-0.60mm，堆积密度为0.75-0.86g/cm3。
5.根据权利要求3所述的膨胀蛭石，其特征在于所述的粒径为0.50-4.5mm，堆积密度为0.65-0.80g/cm3。
6.根据权利要求1所述的封堵型固井前置液体系，其特征在于所述的性能调节剂是由固体类的聚乙烯醇降失水剂、羟乙基纤维素降失水剂、丙烯酰胺与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)与丙烯酰胺(AM)聚合物降失水剂中的一种与磺化醛酮类分散剂按质量组成比例45～88︰12～55均匀混拌而制得的固体混合物。
7.根据权利要求1所述的封堵型固井前置液体系，其特征在于所述的消泡剂可以是磷酸酯类消泡剂、有机硅消泡剂、聚醚类消泡剂中的一种。
8.根据权利要求1所述的封堵型固井前置液体系，其特征在于所述的配制前置液体系用水可以是淡水和矿化度水。
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