一种油基泥饼固化剂及其制备方法、使用方法与用途
阅读说明：本技术 一种油基泥饼固化剂及其制备方法、使用方法与用途 (Oil-based mud cake curing agent and preparation method, use method and application thereof ) 是由 顾军 于 2021-06-11 设计创作，主要内容包括：本发明属于石油天然气工程技术领域,特别涉及一种油基泥饼固化剂及其制备方法、使用方法与用途。油基泥饼固化剂由异丙醇：1,2-丙二醇：正丙醇：正戊醇：正己醇：乙二醇：1,3-丙二醇：仲丁醇：水＝(13.0％～13.3％)：(2.2％～2.7％)：(2.1％～2.3％)：(0.9％～1.3％)：(12.4％～13.1％)：(4.0％～4.4％)：(11.2％～11.6％)：(5.2％～5.8％)：(45.5％～49.0％)的混合液、以及Na-2SiO-3组成。本方案实现了既不改性油基钻井液也不改变水泥浆条件下固井二界面油基泥饼固化,既可提高油基钻井液条件下固井二界面胶结强度,又解决了固化油基泥饼的问题。(The invention belongs to the technical field of petroleum and natural gas engineering, and particularly relates to an oil-based mud cake curing agent, and a preparation method, a use method and application thereof. The oil-based mud cake curing agent is prepared from isopropanol: 1, 2-propylene glycol: n-propanol: n-pentanol: n-hexanol: ethylene glycol: 1, 3-propanediol: secondary butyl alcohol: water (13.0-13.3%): (2.2% -2.7%): (2.1% -2.3%): (0.9-1.3%): (12.4% -13.1%): (4.0-4.4%): (11.2% -11.6%): (5.2% -5.8%): (45.5% to 49.0%) of a mixed solution, and Na 2 SiO 3 And (4) forming. The scheme realizes that the oil-based drilling fluid is not modified, the oil-based mud cake of the well cementation two interfaces is cured under the condition of cement paste, the cementing strength of the well cementation two interfaces under the condition of the oil-based drilling fluid can be improved, and the problem of curing the oil-based mud cake is solved.)
技术领域
本发明属于石油天然气工程
技术领域
，特别涉及一种油基泥饼固化剂及其制备方法、使用方法与用途。背景技术
目前，公知公用的用于解决固井二界面泥饼固化的方法有以下三种：
第一种是特殊的MTC(Mud to Cement，即泥浆转化为水泥浆，若采用“多功能钻井液+MTC固井液”称为钻固一体化)法。为了解决固井二界面胶结质量和环境保护问题，20世纪80年代末出现了基于水基钻井液的MTC技术，若用钻固一体化，能实现固井二界面泥饼固化，且可显著提高固井二界面胶结强度和胶结质量。这种方法的提出、研究和实践对解决固井二界面问题无疑具有重要意义，但MTC固化体脆裂、高温性能变异等问题又可能会因射孔等作业而导致更严重的气窜，影响油气开采效果甚至报废井，这在一定程度上制约了MTC固井技术的综合应用效果和现场推广应用。因此，目前MTC大多用来固技术套管或作充填浆，而将其用于固生产套管则国内外学者迄今尚未达成共识，但这种方法却无法固化油基泥饼。Nahm和Wyant于1993年和1995年先后获授权美国专利2项，提出了一种基于油基钻井液的类似方法，但现场应用报道至今本申请人尚未读到，且这两项专利也未提及油基泥饼固化。
第二种是本申请人与发明人提出的MTA(Mud Cake to Agglomerated Cake，即泥饼仿地成凝饼)法。为了实现非MTC方法固井二界面泥饼固化，本申请人提出了MTA的科学构想，创立了MTA固井新理论，创新研制出两种新材料即泥饼改性剂和凝饼形成剂(发明专利号为ZL200810047343.8，名称为一种凝饼形成剂及其制备方法和用途，发明人为顾军)，使固井二界面胶结强度得到大幅提高，形成了MTA固井新技术，且已在5个油气田得到推广应用，效果显著。该方法与MTC方法的本质区别在于前者并未改变油井水泥这一国内外公认的最佳固井材料，实现了固井二界面泥饼固化。但该方法虽实现了不改变油井水泥这一目标，即仍需先改性钻井液，即仍需先在钻井液中加入0.5％～3％(质量百分比)的泥饼改性剂，因此其用于深井仍存在局限性，且不适用于油基钻井液条件下的泥饼固化。
第三种是本申请人与发明人提出的MCS(Mud Cake Solidification，即泥饼固化)法。为了实现钻井液和水泥浆不变(而也可用于深井)条件下固井二界面泥饼固化，本申请人提出了MCS的科学构想，创立了MCS固井新理论，设计出两种新材料(发明专利号为ZL201210345941.X，名称为一种泥饼固化剂及其制备方法与用途，发明人为顾军)，使固井二界面胶结强度提高了6.29～24.65倍，形成了MCS固井新技术，且已在8个油气探区得到广泛应用，效果显著。该方法与MTA方法的本质区别在于前者既未改变油井水泥也无需在钻井液中加入材料，即实现了固井二界面泥饼固化。尽管泥饼固化剂已在多个油气探区固井中推广应用，但这种方法却无法固化油基泥饼。
发明内容
本发明的目的是提供一种油基泥饼固化剂，在既不改性油基钻井液也不改变水泥浆条件下实现固井二界面油基泥饼固化，从而大幅度提高固井二界面胶结强度和封隔能力，满足石油天然气安全高效开采。
为了实现上述目的，本发明提供了一种油基泥饼固化剂，由异丙醇：1,2-丙二醇：正丙醇：正戊醇：正己醇：乙二醇：1,3-丙二醇：仲丁醇：水＝(13.0％～13.3％)：(2.2％～2.7％)：(2.1％～2.3％)：(0.9％～1.3％)：(12.4％～13.1％)：(4.0％～4.4％)：(11.2％～11.6％)：(5.2％～5.8％)：(45.5％～49.0％)的混合液、以及占上述混合液12％～15％的Na2SiO3组成，以上比例为质量百分比。
油基泥饼固化剂的制备方法为先将异丙醇：1,2-丙二醇：正丙醇：正戊醇：正己醇：乙二醇：1,3-丙二醇：仲丁醇：水按(13.0％～13.3％)：(2.2％～2.7％)：(2.1％～2.3％)：(0.9％～1.3％)：(12.4％～13.1％)：(4.0％～4.4％)：(11.2％～11.6％)：(5.2％～5.8％)：(45.5％～49.0％)的比例混合得到混合液，再添加占上述混合液12％～15％的Na2SiO3制得油基泥饼固化剂，以上比例为质量百分比。
油基泥饼固化剂的使用方法，步骤为：
步骤1.制备油基泥饼固化剂；
步骤2.制备泥饼固化剂，所述泥饼固化剂的制备方法为按照丁二烯：苯乙烯的质量比为(42～60)：(58～40)，按照分别占总单体重量的3.0％～3.3％的丙烯酸、1.6％～1.8％的复合乳化剂、2.8％～3.2％的甲基丙烯酸、0.5％～0.8％的不饱和磺酸盐、0.42％～0.46％的分子量调节剂及0.55％的引发剂选取上述原料，按照丁二烯、苯乙烯与丙烯酸三者的质量之和与水的质量比为100：(115～125)选取水，混合后在72～78℃的温度条件下共聚反应18～20h，得到液体高分子材料，往上述液体高分子材料中添加所述液体高分子材料1.8～2.1倍的水，再继续添加质量为所述添加的水的35％～45％的Na2SiO3制得；
步骤3.制备凝饼形成剂，所述凝饼形成剂由1％～3％的NaOH、0.5％～1.5％Na2SO4和2％～4％Na2SiO3·9H2O，其余为水组成，以上比例为质量百分比；
步骤4.按油基泥饼固化剂、泥饼固化剂、凝饼形成剂和水泥浆的顺序注入油气井中。
而且，步骤4中油基泥饼固化剂、泥饼固化剂和凝饼形成剂的比例为1：1：(1～2)。
而且，步骤4中油基泥饼固化剂、泥饼固化剂和凝饼形成剂依次分别与油基泥饼接触，接触时间的比例为1：1：(1～2)。
以及，所述油基泥饼固化剂在固井二界面油基泥饼固化中的应用。
以及，所述油基泥饼固化剂在油基钻井液条件下提高固井二界面胶结强度中的应用用。
与现有技术相比，本技术方案的有益效果在于：实现了既不改性油基钻井液也不改变水泥浆条件下固井二界面油基泥饼固化，既可大幅度提高油基钻井液条件下固井二界面胶结强度，又解决了MTC方法、MTA方法和MCS方法不能固化油基泥饼的问题，所以有利于提高油基钻井液条件下固井二界面的胶结质量和封隔能力，为防止复杂井尤其是页岩气水平井的环空带压以实现安全高效开采奠定了坚实的井筒基础。
附图说明
图1为实施例1中油基泥饼固化剂作用后养护3天的油基泥饼固化和界面交联SEM测试结果。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细具体说明，本发明的内容不局限于以下实施例。
油基泥饼固化剂的制备方法为：按异丙醇：1,2-丙二醇：正丙醇：正戊醇：正己醇：乙二醇：1,3-丙二醇：仲丁醇：水＝(13.0％～13.3％)：(2.2％～2.7％)：(2.1％～2.3％)：(0.9％～1.3％)：(12.4％～13.1％)：(4.0％～4.4％)：(11.2％～11.6％)：(5.2％～5.8％)：(45.5％～49.0％)的比例混合，再添加占此混合液的质量百分比为12％～15％的Na2SiO3，即制得油基泥饼固化剂。
油基泥饼固化剂的使用方法为：步骤1.制备油基泥饼固化剂；
步骤2.制备泥饼固化剂，所述泥饼固化剂的制备方法为按照丁二烯：苯乙烯的质量比为(42～60)：(58～40)，按照分别占总单体重量的3.0％～3.3％的丙烯酸、1.6％～1.8％的复合乳化剂、2.8％～3.2％的甲基丙烯酸、0.5％～0.8％的不饱和磺酸盐、0.42％～0.46％的分子量调节剂及0.55％的引发剂选取上述原料，按照丁二烯、苯乙烯与丙烯酸三者的质量之和与水的质量比为100：(115～125)选取水，混合后在72～78℃的温度条件下共聚反应18～20h，得到液体高分子材料，往上述液体高分子材料中添加所述液体高分子材料1.8～2.1倍的水，再继续添加质量为所述添加的水的35％～45％的Na2SiO3制得；
步骤3.制备凝饼形成剂，所述凝饼形成剂由1％～3％的NaOH、0.5％～1.5％Na2SO4和2％～4％Na2SiO3·9H2O，其余为水组成，以上比例为质量百分比；
步骤4.按油基泥饼固化剂、泥饼固化剂、凝饼形成剂和水泥浆的顺序注入油气井中。
具体使用时，根据实施井实际情况(井眼几何尺寸、固井施工排量)，油基泥饼固化剂、泥饼固化剂和凝饼形成剂的比例为1：1：(1～2)，油基泥饼固化剂、泥饼固化剂和凝饼形成剂依次分别与油基泥饼接触，接触时间的比例为1：1：(1～2)；三种液体材料作为该井固井用前置液使用即可提高油基钻井液条件下的固井二界面胶结强度。实施时的注入顺序为油基泥饼固化剂、泥饼固化剂、凝饼形成剂和水泥浆。
试验井1：
某页岩气侧钻水平井实验条件为：养护方式为浴养，养护温度为105℃，养护压力为常压(通常为0.1MPa)，油基泥饼厚度为0.4～0.5mm，油基泥饼固化剂和泥饼固化剂与油基泥饼的接触时间均为80s，而凝饼形成剂与油基泥饼的接触时间为160s，接触顺序为油基泥饼固化剂、泥饼固化剂和凝饼形成剂。根据某页岩气侧钻水平井实测温压情况，与油基钻井液和水泥浆的相容性实验条件确定为：温度为90℃，压力为85MPa，升温时间为60min。流变性实验条件为90℃×常压。实验结果如下表：
表1固井二界面胶结强度实验结果
从表1可以看出，随着养护时间的延长，采用油基泥饼固化剂的某页岩气侧钻水平井固井二界面胶结强度增大且达到了0.1002～0.3974MPa，而未采用油基泥饼固化剂的某页岩气侧钻水平井固井二界面胶结强度则基本为0.0042～0.0082MPa，即前者较后者的固井二界面胶结强度提高了19.44～53.43倍。
为了考察油基泥饼固化剂与某页岩气侧钻水平井用油基钻井液和弹韧性防气窜水泥浆体系的相容性，基于API规范10的方法进行了相关室内实验。
1)油基泥饼固化剂对流变性的影响
由表2可以看出，油基泥饼固化剂对某页岩气侧钻水平井用油基钻井液和弹韧性防气窜水泥浆的流变性不仅没有影响，而且流性指数增大了86.42％～87.95％，即更有利于提高页岩气水平井水平段的顶替效率。
表2油基泥饼固化剂对流变性影响的实验结果
2)油基泥饼固化剂与稠化时间的影响
由表3可以看出，油基泥饼固化剂对某页岩气侧钻水平井用弹韧性防气窜水泥浆的稠化时间没有影响。
表3油基泥饼固化剂对稠化时间影响的实验结果
由表2和表3可以看出，油基泥饼固化剂与某页岩气侧钻水平井用油基钻井液和弹韧性防气窜水泥浆具有良好的相容性，完全能够满足固井施工要求。实际使用油基泥饼固化剂后，有效提高某页岩气侧钻水平井的固井质量，且其具有优良的防气窜效果和环空封隔能力，有利于提高页岩气水平井固井完整性，满足页岩气水平井体积压裂需要。
油基泥饼固化剂作用后养护3天的油基泥饼固化和界面交联SEM测试结果见图1。从图1的左图可以看出，油基泥饼中岩屑和重晶石之间生成了大量的纤维状胶凝物质，它们像“浆糊”把这些固相颗粒粘联在一起构成一个整体，即油基泥饼固化。从图1的右图可以清晰地看到，固化油基泥饼与水泥柱和仿地井筒的两个界面之间均有细柱状或片状胶凝物质生成，且彼此之间互相缠绕，两个界面区过渡平整，即水泥柱-固化油基泥饼-仿地井筒界面交联，使得固井二界面胶结强度大幅度提高已是不言而喻。
试验井2：
实验条件不变，养护方式不变，油基泥饼固化剂(与油基泥饼的接触时间≥80s)，泥饼固化剂(与油基泥饼的接触时间≥80s)和凝饼形成剂(与油基泥饼的接触时间≥80s～160s)，因需要使用油基泥饼固化剂的前置液2m3，故首先制备油基泥饼固化剂2m3，制备泥饼固化剂2m3和凝饼形成剂2～4m3，实验结果如下表：
表4试验井采用本技术方案前后固井二界面胶结强度对比表
从4表可以看出，随着养护时间的延长，采用油基泥饼固化剂的试验井固井二界面胶结强度增大且达到了0.1637～0.3837MPa，而未采用油基泥饼固化剂的试验井固井二界面胶结强度则基本为0.0024～0.0055MPa，且前者较后者的固井二界面胶结强度提高了27.79～71倍。
在经过总结试验井1、2先导性现场试验情况(主要考察油基泥饼固化剂的使用安全性)后，进一步完善和改进了油基泥饼固化剂及其现场使用方法和工艺。
现场工艺技术：原固井工艺及水泥浆体系、油基钻井液体系均不变，只需：
1)采用油基泥饼固化剂2m3作前置液(具体用量可根据油基泥饼厚度实际情况调整)(确保其与井壁油基泥饼的接触时间达到80s以上即可)。
2)采用泥饼固化剂2m3作前置液(具体用量可根据油基泥饼厚度实际情况调整)(确保其与井壁油基泥饼的接触时间达到80s以上即可)。
3)采用凝饼形成剂4m3作前置液(具体用量可根据油基泥饼厚度实际情况调整)(确保其与井壁油基泥饼的接触时间达到160s以上即可)。
4)固井施工顺序：┉油基钻井液┉现用前置各种流体┉油基泥饼固化剂泥饼固化剂凝饼形成剂设计密度水泥浆(包括低密度水泥浆或高密度水泥浆)┉
先后在位于重庆市和贵州省的四口页岩气侧钻水平井的完井固井中进行了现场试验，效果见表5：固井一、二界面胶结质量合格率100％，优良率100％。其中，1号侧钻水平井目前已完成体积压裂测试，页岩气产量7.5013万方/日，页岩油产量9.87方/日，且油层套管与表层套管之间环空压裂前后均未出现带压现象，其它3口井正在进行体积压裂测试，目前尚未出现带压现象。现场试验结果初步表明：1)油基泥饼固化剂可有效提高页岩气水平井的固井质量，且现场施工工艺简单，安全可靠；2)油基泥饼固化剂具有优良的防气窜效果和环空封隔能力，有利于提高页岩气水平井固井完整性，满足页岩气水平井体积压裂需要。
表5页岩气侧钻水平井油基泥饼固化剂现场试验情况
本技术方案的有益效果在于：实现了在既不改性油基钻井液也不改变水泥浆条件下的固井二界面油基泥饼固化，既可大幅度提高油基钻井液条件下固井二界面胶结强度，又解决了现有技术MTC方法、MTA方法和MCS方法不能固化油基泥饼的问题，所以有利于提高油基钻井液条件下固井二界面的胶结质量和封隔能力，为防止复杂井尤其是页岩气水平井的环空带压以实现安全高效开采奠定了坚实的井筒基础。
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