一种渗透型固化前置液体系及其制备方法
阅读说明：本技术 一种渗透型固化前置液体系及其制备方法 (permeable solidification front liquid system and preparation method thereof ) 是由 张林海 刘建 周仕明 于 2018-06-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及油气田钻井固井技术领域的一种渗透型固化前置液体系及其制备方法；所述渗透型固化前置液体系,可包含重量份数计的以下各组分：100重量份水,0.2～1重量份pH调节剂,1～3重量份悬浮稳定剂,0.2～4重量份渗透固化剂,0～1重量份抗污染剂,0～140重量份密度调节剂；所述渗透型固化前置液体系能有效的渗透固化未顶替走的泥饼,提高界面胶结强度,提高固井质量,各组分混合之后的抗压强度高,能满足后续施工作业的需要,具有广阔的推广应用前景。(The invention relates to a permeable solidification front liquid system and a preparation method thereof, belonging to the technical field of oil and gas field well drilling and cementing; the permeable curing pad fluid system can comprise the following components in parts by weight: 100 parts of water, 0.2-1 part of pH regulator, 1-3 parts of suspension stabilizer, 0.2-4 parts of penetration curing agent, 0-1 part of anti-pollution agent and 0-140 parts of density regulator; the permeable solidification pad fluid system can effectively permeate and solidify mud cakes which are not replaced, the interface cementation strength is improved, the well cementation quality is improved, the compressive strength of the mixed components is high, the requirements of subsequent construction operation can be met, and the permeable solidification pad fluid system has wide popularization and application prospects.)
技术领域
本发明涉及油气田钻井固井技术领域，更进一步说，涉及一种渗透型固化前置液体系及其制备方法。
背景技术
钻井过程中钻井液在环空界面形成虚泥皮和压实的非渗透泥饼层，固井过程中水泥浆难以全部顶替环空界面的钻井液虚泥皮，其中第二界面压实的泥饼驱替不净将导致水泥环和第二界面胶结不好。由于界面泥饼的低渗透性和不可固化的特性，水泥浆水化后在胶结面产生干缩，形成微环隙影响层间封隔，气井将导致环空气窜和井口带压、严重的将导致天然气井报废。如何提高水泥环界面胶结质量、增强水泥环的密封能力、防止油气水窜，是固井行业一直研究却未完全解决的技术难题。
公开号为CN104910881A的中国专利提供了一种超临界二氧化碳完井液，其中涉及一种超临界二氧化碳完井液，由前置隔离液、超临界二氧化碳冲洗液和后置隔离液按体积比2～5:100:1～5的比例混合组成，其原料易得，使用方便，成本低，有效减小泥饼厚度，提高泥饼清洁度和粗糙度，主要起冲刷井壁的作用未涉及渗透固化泥饼。
公开号为CN101857799A的中国专利公开了一种可固化堵漏隔离液及其制备方法，其中采用矿渣为固化剂，膨润土为悬浮剂，碱性物质为激活剂，主要是通过固化剂封堵漏裂缝，主要用于堵漏，对抗压强度要求不是太高，但是对提高界面胶结还无评价。
现有技术文献(李早元,吴龙飞,张兴国等.Z35区块调整井可固化隔离液技术研究与应用.石油钻采工艺,2016,38(5):606-611.)中，李早元等提供了一种新型可固化隔离液体系，该体系主要由悬浮剂、固化剂、激活剂组成。实验结果表明，该体系90℃下沉降稳定性不大于0.01g/cm3，根据现场情况配制了密度范围在1.40～1.80g/cm3的可固化隔离液体系，在50～90℃条件下具有稳定的流变性能；可固化隔离液中聚磺钻井液加量在0～75％范围内均能实现固化，江南G级水泥浆中掺入25％的可固化隔离液在90℃条件下养护48h，抗压强度高达16.69MPa；与钻井液、水泥浆具有良好的相容性，与水泥浆不同比例混合后均能延长稠化时间，降低水泥浆的滤失量，对水泥浆初始稠度影响甚微；其所述的前置液不具有活性，其必须与水泥混合后才可以固化泥饼。
公开号为CN104694095A的中国专利提供了一种渗透选择性堵剂用隔离液及其使用方法，具体涉及一种渗透选择性堵剂用隔离液，由以下重量配比的组分制得：100份水中加入氢氧化钠1～5份，钠蒙脱土5～10份，六偏磷酸钠0.05～0.1份。该渗透选择性堵剂用隔离液用于配合堵剂的使用，能够有效增强堵剂的封堵效果，延长封堵时效，但该专利主要涉及堵漏，未涉及到渗透固化泥饼。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种渗透型固化前置液体系，具体地说涉及一种渗透型固化前置液体系及其制备方法。本发明所述渗透型固化前置液体系，通过渗透作用有效冲洗界面泥饼和固化难以驱替的死泥饼，提高水泥环界面胶结质量，防止环空产生微间隙导致环空带压。所述前置液与水泥浆及泥浆的相容性好，混合之后的抗压强度高，能满足后续施工作业的需要。
本发明目的之一是提供一种渗透型固化前置液体系，可包含重量份数计的以下各组分：
100重量份水，
0.2～1重量份pH调节剂，优选0.3～0.8重量份，
1～3重量份悬浮稳定剂，优选1～2.5重量份，
0.2～4重量份渗透固化剂，优选0.5～3.5重量份，
0～1重量份抗污染剂，
0～140重量份密度调节剂。
最优选地，所述渗透型固化前置液体系，可包含重量份数计的以下各组分：
100重量份水，
0.3～0.8重量份pH调节剂，
1～2.5重量份悬浮稳定剂，
0.5～3.5重量份渗透固化剂，
0～1重量份抗污染剂，
0～140重量份密度调节剂。
其中，
所述pH调节剂，进一步优选0.4～0.8重量份，更进一步优选0.4～0.6重量份；所述悬浮稳定剂可选1～2.0重量份，优选1～1.8重量份，进一步优选1.2～1.8重量份，更进一步优选1.2～1.6重量份；
所述渗透固化剂可选1～3重量份，优选1～2.6重量份，更优选1～1.4重量份；所述抗污染剂优选0.2～0.8重量份，进一步优选0.2～0.4重量份。
所述水可选自淡水或含盐量小于0.5g/L的水。
所述pH调节剂可为碳酸钠、氢氧化钠与硅酸钠中的至少一种。所述悬浮稳定剂可选自凹凸棒土、黄原胶、羧甲基纤维素中的至少一种。所述pH调节剂主要起激活和固化渗透固化剂的作用；悬浮稳定剂起增加液体基浆粘度和悬浮作用，且在pH调节剂下具有一定的固化特性。
所述渗透固化剂可选自超细二氧化硅、氧化钙或氧化镁中的至少一种。
所述抗污染剂可选自硼酸、柠檬酸与磷酸中的至少一种。
所述密度调节剂可选自固井用重晶石或铁矿粉中的至少一种。
渗透固化剂中的超细二氧化硅本为惰性物质，由于其粒径较小故可以渗透进泥饼的固化胶结面，由于其在超细情况下密度较低，故在清水中具有一定的悬浮的作用；同时，其在在pH调节剂下可以与凹凸棒土、氧化钙和氧化镁以及钻井液泥饼一起反应，从而生成类似水泥石的具有一定水硬活性的固化体。
本发明目的之二是提供所述渗透型固化前置液体系的制备方法，可包括以下步骤：
将所述悬浮稳定剂与pH调节剂按所述用量在水中搅拌状态下全部溶解后，将溶液搅拌(可搅拌约1～6小时)，制得基浆；然后，在基浆中加入包含渗透固化剂、抗污染剂以及密度调节剂在内的组分，搅拌均匀后即得。
所述制备方法现场操作简单易行，对设备和工况无特殊要求。
本发明所述渗透型固化前置液体系能有效的渗透固化未顶替走的泥饼，提高界面胶结强度，提高固井质量，各组分混合之后的抗压强度高，能满足后续施工作业的需要，具有广阔的推广应用前景。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)通过渗透和固化未顶替走的泥饼，提高水泥环界面胶结质量；
(2)与水泥浆、前置液和钻井液相容性达到固井施工要求；
(3)渗透固化剂不仅在pH调节剂的激活作用下具有渗透固化泥饼的作用还具有悬浮的功效；
(4)渗透固化前置液与水泥浆及泥浆混合固化后的抗压强度在(93℃)24小时能大于7Mpa。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。但本发明不受这些实施例的限制。
实施例1
称取500重量份淡水，3.5重量份凹凸棒土，2重量份羧甲基纤维素，1重量份碳酸钠，3重量份氢氧化钠，5重量份超细二氧化硅，1重量份氧化钙，2重量份氧化镁，1重量份硼酸，25重量份重晶石。将所述凹凸棒土、羧甲基纤维素与碳酸钠、氢氧化钠按所述用量在水中搅拌状态下全部溶解后，将溶液搅拌2小时，制得基浆；然后，在基浆中加入所述超细二氧化硅、氧化钙、氧化镁、硼酸，以及重晶石，搅拌均匀后即得所述渗透型固化前置液体系。按照API规范中测试混合物的化学相容性和油井水泥抗压强度测试方法对所述渗透型固化前置液体系进行评价，结果分别见表1、表2和表3。
实施例2
称取500重量份淡水，3重量份凹凸棒土，4重量份黄原胶，1重量份碳酸钠，1重量份氢氧化钠，10重量份超细二氧化硅，2重量份氧化钙，1重量份氧化镁，1重量份硼酸，38重量份重晶石。将所述凹凸棒土、黄原胶与碳酸钠、氢氧化钠按所述用量在水中搅拌状态下全部溶解后，将溶液搅拌3小时，制得基浆；然后，在基浆中加入超细二氧化硅、氧化钙、氧化镁、硼酸以及重晶石，搅拌均匀后即得所述渗透型固化前置液体系。按照API规范中测试混合物的化学相容性和油井水泥抗压强度测试方法对所述渗透型固化前置液体系进行评价，结果分别见表1、表2和表3。
实施例3
称取500重量份淡水，2重量份黄原胶，4重量份羧甲基纤维素，1重量份碳酸钠，1重量份硅酸钠，5重量份超细二氧化硅，4重量份氧化钙，1.5重量份柠檬酸，56重量份铁矿粉。将所述黄原胶、羧甲基纤维素与碳酸钠、硅酸钠按所述用量在淡水中搅拌状态下全部溶解后，将溶液搅拌2小时，制得基浆；然后，在基浆中加入超细二氧化硅、氧化钙、柠檬酸以及铁矿粉，搅拌均匀后即得所述渗透型固化前置液体系。按照API规范中测试混合物的化学相容性和油井水泥抗压强度测试方法对所述渗透型固化前置液体系进行评价，结果分别见表1、表2和表3。
实施例4
称取500重量份淡水，4重量份凹凸棒土，4重量份黄原胶，1重量份硅酸钠，1重量份氢氧化钠，5重量份超细二氧化硅，4重量份氧化镁，1.5重量份磷酸，75重量份铁矿粉。将所述凹凸棒土、黄原胶与硅酸钠、氢氧化钠按所述用量在水中搅拌状态下全部溶解后，将溶液搅拌3小时，制得基浆；然后，在基浆中加入超细二氧化硅、氧化镁、磷酸、铁矿粉，搅拌均匀后即得所述渗透型固化前置液体系。按照API规范中测试混合物的化学相容性和油井水泥抗压强度测试方法对所述渗透型固化前置液体系进行评价，结果见表1、表2和表3。
实施例5
称取500重量份淡水，3重量份凹凸棒土，2重量份黄原胶，1重量份羧甲基纤维素，1重量份碳酸钠，1重量份硅酸钠，1重量份氢氧化钠，3重量份超细二氧化硅，1重量份氧化钙，1重量份氧化镁，1重量份磷酸，1重量份硼酸，90重量份密度铁矿粉。将所述凹凸棒土、黄原胶、羧甲基纤维素与碳酸钠、硅酸钠、氢氧化钠按所述用量在水中搅拌状态下全部溶解后，将溶液搅拌4小时，制得基浆；然后，在基浆中加入超细二氧化硅、氧化钙、氧化镁、磷酸、硼酸、密度铁矿粉，搅拌均匀后即得所述渗透型固化前置液体系。按照API规范中测试混合物的化学相容性和油井水泥抗压强度测试方法对所述渗透型固化前置液体系进行评价，结果分别见表1、表2和表3。
表1渗透固化前置液体系的基本性能
从表1中可以看出，渗透固化前置液密度可调，悬浮稳定剂和渗透固化剂在合理的区间加量范围内能有效的提高隔离液的稳定性。
表2渗透固化前置液体系与水泥及泥浆混合流动度实验
表2注：其中％均为体积比。
从表2中可以看出，渗透固化前置液与水泥浆及泥浆的相容性好，不同的密度范围内的前置液不论低温和高温下混合后流动度都大于18cm，悬浮稳定剂和渗透固化剂在合理的区间加量范围内也能保证混合后浆体的相容性好，能满足现场固井施工的需求。
表3水泥浆、泥浆与渗透固化前置液体系的固化性能
表3注：V水泥浆：V泥浆：V渗透固化前置液＝7：2：1(均为体积比)。
从表3可以看出，渗透固化前置液与水泥浆及泥浆混合固化后的抗压强度在24小时都能大于7Mpa，固化后的抗压强度能满足固井要求。