CN109111902A - 一种油井用二界面增强剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油井用二界面增强剂及其制备方法，属于界面增强剂技术领域。本发明利用无机硅酸镁锂盐，在水和过程中形成带电的片状层薄片，这些片状层的端面带正电荷，层面带负电荷，由于正负电荷吸引作用，使得在水和过程中片层逐渐形成卡屋结构，在水中硅酸锂镁盐片层剥离分散形成无色透明的凝胶液，它能在已分散的聚合物表面形成一层保护膜，通过硅酸根离子渗入混凝土内部与混凝土中钙离子反应生成稳定物质硅酸钙，填补了孔隙，提高了混凝土结构致密性，并通过Si‑OH结构单元与混凝土表面的钙镁离子发生反应，形成了稳定的络合物，使混凝土表面惰性化，提高了混凝土的耐腐蚀性，强化固化性能，提高固井优质率，消除调整井层间窜、气井气窜现象。

Description

一种油井用二界面增强剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种油井用二界面增强剂及其制备方法，属于界面增强剂技术领域。

背景技术

由于长期的注水开发，油田原有地层的平衡态受到破坏，再加上注采不平衡、低渗层、断层的遮挡作用，会形成多层次的高压层或欠压层，钻井过程破坏了各个层位的相互封闭状态，完井过程中单靠固井水泥环恢复这种封闭状态，是很难完成的。钻井过程中井眼的不规则，常常导致泥浆不能完全被顶替；固井过程中水泥浆的失重，易引起高压层的油气水侵入水泥浆液柱；套管损坏，造成标准层进水，发生压力变化，以上原因都可以造成水、气串槽。此外，进年来的研究还发现，水、气串槽与第二界面胶结质量差也有着直接的关系，而二界面的胶结质量主要受下列因素影响：

（1）二界面的替净程度。由于实际条件下的井眼多数不规则，部分层位存在缩径和扩径现象，当扩径率大于15%时，井壁处易形成较厚的虚泥饼，从而影响二界面固井质量；（2）水泥石的收缩。由于水泥石在早期凝固硬化的过程中存在膨胀现象，而在后期又会产生一定程度的收缩，这样就在井壁处形成了可以作为水、气窜的微孔隙；（3）二界面的亲和性。由于水泥浆与钻井液之间互不相容，水泥浆与钻井液在井壁上形成的泥饼也不相容。因此，水泥浆凝固后形成的水泥石与井壁上的泥饼之间亲和性差，使二界面强度低。

上述对固井质量产生影响的情况中，地质条件是无法改变的；能进行有效调节的有水泥浆、冲洗液、隔离液及钻井液的性能和使用工艺。但长期以来，由于固井和钻井液分属于两个施工工序，所以从钻井液角度来解决固井封固问题的研究进行的较少，主要集中在提高泥饼质量、使用硅酸盐钻井液和MTC技术三个方面。其中单纯通过对钻井液性能的维护及处理来提高泥饼质量，不能从根本上改善二界面胶结强度，硅酸盐钻井液又存在对储层伤害较大的问题，MTC技术则主要存在工艺复杂、施工难度大及成本高等问题。

因此，研制一种钻井液用界面增强剂，并研发与之配套的可以有效增强二界面胶结质量的钻井液，从钻井液角度出发，改变钻井液在井壁上所形成的泥饼与水泥环、地层之间的胶结状态，减少第二界面的胶结质量对固井质量的影响，对油田的进一步开发具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对固井过程中出现井层间窜、气井气窜的问题，提供了一种油井用二界面增强剂及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种油井用二界面增强剂，包括下述重量份原料组成：80～100份粉煤灰，100～150份硅酸镁锂，200～250份普通硅酸盐水泥，300～400份石英砂，50～60份赤泥，1～5份硅灰，0.5～1.0份减水剂，50～80份反应液。

所述石英砂为细度模数2.6的河砂。

所述赤泥颗粒直径为0.088～0.25mm，比重2.7～2.9，容重0.8～1.0。

所述硅灰粒径为0.5～1.0μm，SiO₂含量≥95%，比表面积为20000～24000m²/kg。

所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水率为24～26%，固含量为20～21%。

所述反应液为聚丙烯酸酯乳液、乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液、吐温-20、苯乙烯-丁二烯共聚物、α-烯基磺酸钠、硅树脂聚醚乳液MPS、羟乙基纤维素、戊二醛在40～50℃下反应制得。

所述反应液中物料重量份为250～350份聚丙烯酸酯乳液，120～160份乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液，8～12份吐温-20，8～12份苯乙烯-丁二烯共聚物，50～80份α-烯基磺酸钠，200～300份硅树脂聚醚乳液MPS，5～10份羟乙基纤维素，5～10份戊二醛。

一种油井用二界面增强剂的制备方法，具体步骤为：

（1）取聚丙烯酸酯乳液、乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液、吐温-20、苯乙烯-丁二烯共聚物，混合均匀后装入高速剪切机中，以6000～8000r/min搅拌混合30～40min，用200目过滤网过滤，得混合乳液；

（2）向混合乳液中加入α-烯基磺酸钠、硅树脂聚醚乳液MPS、羟乙基纤维素、戊二醛，在40～50℃下搅拌20～30min，冷却至室温后出料，得反应液；

（3）取粉煤灰粉碎过筛后与硅酸镁锂、普通硅酸盐水泥、石英砂、赤泥、硅灰、减水剂装入混料机中混合20～30min，再加入反应液继续搅拌5～8min后出料，得油井用二界面增强剂。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明利用聚丙烯酸酯乳液、乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液、苯乙烯-丁二烯共聚物、硅树脂聚醚乳液MPS复配交联成聚合物乳液，可有效渗透入混凝土中，强化润湿与砂浆的界面结构，与水泥混合水化过程中，在普通硅酸盐水泥中掺入硅灰，水化物中Ca/Si减小，水化物能与其他离子结合，形成更加均匀致密的结构，同时掺有硅灰的界面剂能使混凝土周围充满致密的无定形的C-S-H相，从而使界面过渡区得到明显改善，减少有害孔和多害孔，提高界面粘结强度，基层表面与砂浆之间的表面粘结力大大提高；

（2）本发明利用两性的无机硅酸镁锂盐，在水和过程中会形成带电的片状层薄片，这些片状层的端面带正电荷，层面带负电荷，由于正负电荷吸引作用，使得在水和过程中片层逐渐形成卡屋结构，在水中硅酸锂镁盐片层剥离分散形成无色透明的凝胶液，它能在已分散的聚合物表面形成一层保护膜，通过硅酸根离子渗入混凝土内部与混凝土中钙离子反应生成稳定物质硅酸钙，填补了孔隙，提高了混凝土结构致密性，并通过Si-OH结构单元与混凝土表面的钙镁离子发生反应，形成了稳定的络合物，使混凝土表面惰性化，提高了混凝土的耐腐蚀性，强化固化性能，提高固井优质率，消除调整井层间窜、气井气窜现象。

具体实施方式

取250～350g聚丙烯酸酯乳液，120～160g乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液，8～12g吐温-20和8～12g苯乙烯-丁二烯共聚物，混合均匀后装入高速剪切机中，以6000～8000r/min搅拌混合30～40min，用200目过滤网过滤，得混合乳液，向混合乳液中加入50～80gα-烯基磺酸钠，200～300g硅树脂聚醚乳液MPS，5～10g羟乙基纤维素，5～10g戊二醛，在40～50℃恒温水浴下，以300～400r/min搅拌20～30min，冷却至室温后出料，得反应液，取80～100g粉煤灰，加入粉碎机中粉碎，过200目筛，将过筛后的粉煤灰粉末与100～150g硅酸镁锂，200～250g普通硅酸盐水泥，300～400g石英砂，50～60g赤泥，1～5g硅灰，0.5～1.0g减水剂，装入混料机中，以300～400r/min混合20～30min，再加入50～80g反应液，继续搅拌5～8min后出料，得油井用二界面增强剂。

取250g聚丙烯酸酯乳液，120g乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液，8g吐温-20和8g苯乙烯-丁二烯共聚物，混合均匀后装入高速剪切机中，以6000r/min搅拌混合30min，用200目过滤网过滤，得混合乳液，向混合乳液中加入50gα-烯基磺酸钠，200g硅树脂聚醚乳液MPS，5g羟乙基纤维素，5g戊二醛，在40℃恒温水浴下，以300r/min搅拌20min，冷却至室温后出料，得反应液，取80g粉煤灰，加入粉碎机中粉碎，过200目筛，将过筛后的粉煤灰粉末与100g硅酸镁锂，200g普通硅酸盐水泥，300g石英砂，50g赤泥，1g硅灰，0.5g减水剂，装入混料机中，以300r/min混合20min，再加入50g反应液，继续搅拌5min后出料，得油井用二界面增强剂。

取300g聚丙烯酸酯乳液，140g乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液，10g吐温-20和10g苯乙烯-丁二烯共聚物，混合均匀后装入高速剪切机中，以7000r/min搅拌混合35min，用200目过滤网过滤，得混合乳液，向混合乳液中加入65gα-烯基磺酸钠，250g硅树脂聚醚乳液MPS，8g羟乙基纤维素，8g戊二醛，在45℃恒温水浴下，以350r/min搅拌25min，冷却至室温后出料，得反应液，取90g粉煤灰，加入粉碎机中粉碎，过200目筛，将过筛后的粉煤灰粉末与125g硅酸镁锂，225g普通硅酸盐水泥，350g石英砂，55g赤泥，3g硅灰，0.8g减水剂，装入混料机中，以350r/min混合25min，再加入65g反应液，继续搅拌6min后出料，得油井用二界面增强剂。

取350g聚丙烯酸酯乳液，160g乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液，12g吐温-20和12g苯乙烯-丁二烯共聚物，混合均匀后装入高速剪切机中，以8000r/min搅拌混合40min，用200目过滤网过滤，得混合乳液，向混合乳液中加入80gα-烯基磺酸钠，300g硅树脂聚醚乳液MPS，10g羟乙基纤维素，10g戊二醛，在50℃恒温水浴下，以400r/min搅拌30min，冷却至室温后出料，得反应液，取100g粉煤灰，加入粉碎机中粉碎，过200目筛，将过筛后的粉煤灰粉末与150g硅酸镁锂，250g普通硅酸盐水泥，400g石英砂，60g赤泥，5g硅灰，1.0g减水剂，装入混料机中，以400r/min混合30min，再加入80g反应液，继续搅拌8min后出料，得油井用二界面增强剂。

对照例：辽宁某公司生产的界面增强剂。

将实例及对照例的界面增强剂进行检测，具体检测如下：

力学性能测试：养护结束后，取出样品待其冷却至室温后，擦干，观察固化体与泥饼的胶结界面、钻井液泥饼本身及水钻井液本体的固化情况，并且测试不同样品的一、二界面胶结强度。

固井优质率：根据油田的具体情况采用两种使用方法：一般渗透率地层，使用界面增强剂，加量500～1500kg，在完井电测后通过循环沟或者加重漏斗加入，注意测量钻井液的性能，钻井液粘度会略下降，属正常情况。泥浆按照正常情况维护。

具体检测结果如表1。

表1性能表征对比表

检测项目	实例1	实例2	实例3	对照例
					一界面胶接强度/MPa	4.245	4.081	4.921	0.183
二界面胶接强度/MPA	5.038	5.059	5.373	0.401
					固井优质率/%	76.47	75.89	73.96	45

由表1可知，本发明制备的界面增强剂具有良好的界面胶结强度和使用效果。

Claims (8)

1.一种油井用二界面增强剂，其特征在于，包括下述重量份原料组成：80～100份粉煤灰，100～150份硅酸镁锂，200～250份普通硅酸盐水泥，300～400份石英砂，50～60份赤泥，1～5份硅灰，0.5～1.0份减水剂，50～80份反应液。

2.如权利要求1所述的一种油井用二界面增强剂，其特征在于，所述石英砂为细度模数2.6的河砂。

3.如权利要求1所述的一种油井用二界面增强剂，其特征在于，所述赤泥颗粒直径为0.088～0.25mm，比重2.7～2.9，容重0.8～1.0。

4.如权利要求1所述的一种油井用二界面增强剂，其特征在于，所述硅灰粒径为0.5～1.0μm，SiO₂含量≥95%，比表面积为20000～24000m²/kg。

5.如权利要求1所述的一种油井用二界面增强剂，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂，减水率为24～26%，固含量为20～21%。

6.如权利要求1所述的一种油井用二界面增强剂，其特征在于，所述反应液为聚丙烯酸酯乳液、乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液、吐温-20、苯乙烯-丁二烯共聚物、α-烯基磺酸钠、硅树脂聚醚乳液MPS、羟乙基纤维素、戊二醛在40～50℃下反应制得。

7.如权利要求1所述的一种油井用二界面增强剂，其特征在于，所述反应液中物料重量份为250～350份聚丙烯酸酯乳液，120～160份乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液，8～12份吐温-20，8～12份苯乙烯-丁二烯共聚物，50～80份α-烯基磺酸钠，200～300份硅树脂聚醚乳液MPS，5～10份羟乙基纤维素，5～10份戊二醛。

8.如权利要求1～7任意一项所述的一种油井用二界面增强剂的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

（1）取聚丙烯酸酯乳液、乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液、吐温-20、苯乙烯-丁二烯共聚物，混合均匀后装入高速剪切机中，以6000～8000r/min搅拌混合30～40min，用200目过滤网过滤，得混合乳液；

（2）向混合乳液中加入α-烯基磺酸钠、硅树脂聚醚乳液MPS、羟乙基纤维素、戊二醛，在40～50℃下搅拌20～30min，冷却至室温后出料，得反应液；

（3）取粉煤灰粉碎过筛后与硅酸镁锂、普通硅酸盐水泥、石英砂、赤泥、硅灰、减水剂装入混料机中混合20～30min，再加入反应液继续搅拌5～8min后出料，得油井用二界面增强剂。