專利名稱：一種泥餅固化劑及其制備與使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油天然氣工程及煤層氣工程領(lǐng)域，尤其涉及一種泥餅固化劑及其制備與使用方法。
背景技術(shù)：
目前，公知公用的用于解決固井二界面問題的方法有以下幾類
第一類是常用的物理、機械和化學(xué)法。為了提高固井二界面膠結(jié)質(zhì)量，國內(nèi)外學(xué)者先后提出了紊流頂替、壁面剪切、活動套管、用刮泥器、膨脹擠壓、纖維增韌、脈沖振動、膠乳水泥、活化水泥、鉆井液改性、界面清潔等方法。這些方法無疑是十分有益的，且至今仍在國內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用，但鑒于固井二界面問題的復(fù)雜性和現(xiàn)場施工條件的局限性，它們各自 所能達到的效果是比較有限的，這已被這些方法在油田應(yīng)用數(shù)十年而目前國內(nèi)外固井二界面膠結(jié)質(zhì)量乃至環(huán)空竄流問題仍較為突出的客觀事實所證明。究其原因，這些方法雖可使固井二界面膠結(jié)強度得到一定程度的提高，但卻無法實現(xiàn)泥餅固化和界面交聯(lián)，因此難以有效解決固井二界面膠結(jié)質(zhì)量這一復(fù)雜性難題。第二類是特殊的MTC (Mud to Cement，即泥漿轉(zhuǎn)化為水泥漿，若采用“多功能鉆井液+MTC固井液”則稱為鉆固一體化)法。為了解決固井二界面膠結(jié)質(zhì)量和環(huán)境保護問題，20世紀90年代初出現(xiàn)了 MTC技術(shù)，若用鉆固一體化，能實現(xiàn)固井二界面泥餅固化，它既可顯著提高固井二界面膠結(jié)強度和膠結(jié)質(zhì)量，也可緩解鉆后處理鉆井液的的環(huán)保問題。這種方法的提出、研究和實踐對解決固井二界面問題無疑具有重要意義，但MTC固化體脆裂、高溫性能變異等問題又可能會因射孔等作業(yè)而導(dǎo)致更嚴重的層間互竄，影響油氣開采效果甚至報廢井，這在一定程度上制約了 MTC固井技術(shù)的綜合應(yīng)用效果和現(xiàn)場推廣應(yīng)用。因此，目前MTC大多用來固技術(shù)套管或作充填漿，而用來固油層套管則國內(nèi)外學(xué)者尚未達成共識。第三類是本申請人提出的MTA (Mud Cake to Agglomerated Cake,即泥餅仿地成凝餅)法。為了實現(xiàn)非MTC方法固井二界面泥餅固化，本申請人提出了 MTA的科學(xué)構(gòu)想，創(chuàng)立了 MTA固井新理論，創(chuàng)新研制出兩種新材料即泥餅改性劑和凝餅形成劑(發(fā)明專利號為ZL200810047343. 8，名稱為一種凝餅形成劑及其制備方法和用途，發(fā)明人為顧軍)，使固井二界面膠結(jié)強度得到大幅提高，形成了 MTA固井新技術(shù)，且2008年以來已應(yīng)用于4個油田34 口井，效果顯著。該方法與MTC方法的本質(zhì)區(qū)別在于前者并未改變油井水泥這一國內(nèi)外公認的最佳固井材料，實現(xiàn)了固井二界面泥餅固化。但該方法雖實現(xiàn)了不改變油井水泥這一目標，但仍需先改性鉆井液，即仍需先在鉆井液中加入O. 5 % 3 % (質(zhì)量百分比)的泥餅改性劑，因此這依然還不是一種非常理想的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種在既不改性鉆井液也不改變水泥漿條件下實現(xiàn)固井二界面泥餅固化的泥餅固化劑及其制備與使用方法，從而大幅度提高固井二界面膠結(jié)強度，滿足石油天然氣(含煤層氣)開采。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為
一種泥餅固化劑，其特征在于，它由以下方法制備得到
O備料按照丁二烯苯乙烯的質(zhì)量比為(42 60) :(40 58)選取單體丁二烯和單體苯乙烯，按照分別占總單體重量的3. 0% 3. 3%的丙烯酸、I. 6% I. 8%的復(fù)合乳化劑、
2.8% 3. 2%的不飽和羧酸、O. 5% O. 8%的不飽和磺酸鹽、O. 42% O. 46%的分子量調(diào)節(jié)劑、及O. 55%的引發(fā)劑選取上述原料，按照丁二烯、苯乙烯、與丙烯酸三者的質(zhì)量之和與水的質(zhì)量比為100 (115 125)選取水；
2)將上述丁二烯、苯乙烯、丙烯酸、復(fù)合乳化劑、不飽和羧酸、不飽和磺酸鹽、分子量調(diào)節(jié)劑、引發(fā)劑、及水混合，在72 78°C的溫度條件下共聚反應(yīng)18 20h，得到液體高分子材料；
3)往上述液體高分子材料中添加水，所述添加的水的質(zhì)量是所述液體高分子材料的
1.8 2. I倍，再繼續(xù)添加占所述添加的水的質(zhì)量百分比為35% 45%的Na2SiO3,即制得泥餅固化劑。上述方案中，所述復(fù)合乳化劑為十二烷基苯磺酸鈉、助乳化劑、及非離子乳化劑以任意質(zhì)量比例的混合。上述方案中，所述分子量調(diào)節(jié)劑為叔十二碳硫醇。上述方案中，所述不飽和磺酸鹽為木質(zhì)素磺酸鈉，所述不飽和羧酸為甲基丙烯酸。上述方案中，所述引發(fā)劑為過硫酸鹽。上述方案中，所述非離子乳化劑為辛基酚聚氧乙烯醚。上述方案中，所述助乳化劑為十_■燒基硫醇或十_■燒基硫酸納。一種泥餅固化劑的制備方法，其特征在于，它包括以下步驟
O備料按照丁二烯苯乙烯的質(zhì)量比為(42 60) :(40 58)選取單體丁二烯和單體苯乙烯，按照分別占總單體重量的3. 0% 3. 3%的丙烯酸、I. 6% I. 8%的復(fù)合乳化劑、
2.8% 3. 2%的不飽和羧酸、O. 5% O. 8%的不飽和磺酸鹽、O. 42% O. 46%的分子量調(diào)節(jié)劑、及O. 55%的引發(fā)劑選取上述原料，按照丁二烯、苯乙烯、與丙烯酸三者的質(zhì)量之和與水的質(zhì)量比為100 (115 125)選取水；
2)將上述丁二烯、苯乙烯、丙烯酸、復(fù)合乳化劑、不飽和羧酸、不飽和磺酸鹽、分子量調(diào)節(jié)劑、引發(fā)劑、及水混合，在72 78°C的溫度條件下共聚反應(yīng)18 20h，得到液體高分子材料；
3)往上述液體高分子材料中添加水，所述添加的水的質(zhì)量是所述液體高分子材料的
I.8 2. I倍，再繼續(xù)添加占所述添加的水的質(zhì)量百分比為35% 45%的Na2SiO3,即制得泥餅固化劑。上述泥餅固化劑在固井二界面泥餅固化中的使用方法。上述使用方法包括以下步驟
1)制備凝餅形成劑
備料按照各原料的重量百分比為1% 3%的恥0!1，0.5% I. 5%的Na2SO4, 2% 4% 的 Na2SiO3 · 9H20，其余為水，選取 NaOH、Na2SO4、Na2SiO3 · 9H20、及水備用；
將NaOH、Na2SO4、及Na2SiO3 · 9H20溶于水混合即制得凝餅形成劑；
2)按順序注入泥餅固化劑、凝餅形成劑和水泥漿至油氣井內(nèi)。
本發(fā)明的有益效果是因為本發(fā)明實現(xiàn)了既不改性鉆井液也不改變水泥漿條件下固井二界面泥餅固化，既可大幅度提高固井二界面膠結(jié)強度，又避免了 MTC方法和MTA方法存在的問題，所以有利于提高固井二界面膠結(jié)質(zhì)量，為提高石油天然氣(含煤層氣)的采收率奠定了堅實的基礎(chǔ)。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的描述，當(dāng)然下述實施例不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。實施例I
一種泥餅固化劑，其可由以下方法制備得到
1)備料按照丁二烯苯乙烯的質(zhì)量比為42:58選取單體丁二烯和單體苯乙烯，按照分 別占總單體重量的3. 0%的丙烯酸、I. 8%的復(fù)合乳化劑、2. 8%的不飽和羧酸、O. 8%的不飽和磺酸鹽、O. 42%的分子量調(diào)節(jié)劑、及O. 55%的引發(fā)劑選取上述原料，按照丁二烯、苯乙烯、與丙烯酸三者的質(zhì)量之和與水的質(zhì)量比為100 :115選取水；
2)將丁二烯、苯乙烯、丙烯酸、復(fù)合乳化劑、不飽和羧酸、不飽和磺酸鹽、分子量調(diào)節(jié)劑、引發(fā)劑、及水混合，在72°C的溫度條件下共聚反應(yīng)18h，得到液體高分子材料；
3)往所述液體高分子材料中添加水,所述添加的水的質(zhì)量是所述液體高分子材料的
I.8倍，再繼續(xù)添加占所述添加的水的質(zhì)量百分比為35%的Na2SiO3,即制得泥餅固化劑。其中，所述復(fù)合乳化劑為十二烷基苯磺酸鈉、助乳化劑、及非離子乳化劑以任意質(zhì)量比例的混合。所述分子量調(diào)節(jié)劑為叔十二碳硫醇。所述不飽和磺酸鹽為木質(zhì)素磺酸鈉。所述不飽和羧酸為甲基丙烯酸。所述引發(fā)劑為過硫酸鈉。所述非離子乳化劑為辛基酚聚氧乙烯醚。所述助乳化劑為十二烷基硫醇。使用上述泥餅固化劑在固井二界面泥餅固化中的使用方法，其包括以下步驟
1)制備凝餅形成劑
備料按照各原料的重量百分比為I %的NaOH, O. 5 %的Na2SO4,4%的Na2SiO3 · 9H20，其余為水，選取NaOH、Na2S04、Na2SiO3 · 9H20、及水備用；
將NaOH、Na2SO4、及Na2SiO3 · 9H20溶于水混合即制得凝餅形成劑；
2)根據(jù)實施井實際情況(井眼幾何尺寸、固井施工排量)，若某油氣田某口井固井時前置液與泥餅的接觸時間為2min，則需制備泥餅固化劑3m3，同時還需制備凝餅形成劑3m3，即這兩種液體材料作為該井固井用前置液使用即可大大提高固井二界面膠結(jié)強度，如表I所示。實施時的注入順序為泥餅固化劑、凝餅形成劑和水泥漿，且泥餅固化劑和凝餅形成劑的體積比可以為任意比，本實施例中為I: I。表I
=坊I斧—WWnEim MPa I
花 4=打:g d -- . Bi 15 . 圬 11 s 0 ο
ο fl.r"1509.1
Γ0J290 192'56 1
150.0^0.449實施例2
一種泥餅固化劑，其可由以下方法制備得到
1)備料按照丁二烯苯乙烯的質(zhì)量比為60:40選取單體丁二烯和單體苯乙烯，按照分別占總單體重量的3. 3%的丙烯酸、I. 6%的復(fù)合乳化劑、3. 2%的不飽和羧酸、O. 5%的不飽和磺酸鹽、O. 46%的分子量調(diào)節(jié)劑、及O. 55%的引發(fā)劑選取上述原料，按照丁二烯、苯乙烯、與丙烯酸三者的質(zhì)量之和與水的質(zhì)量比為100 :125選取水；
2)將丁二烯、苯乙烯、丙烯酸、復(fù)合乳化劑、不飽和羧酸、不飽和磺酸鹽、分子量調(diào)節(jié)劑、引發(fā)劑、及水混合，在78°C的溫度條件下共聚反應(yīng)20h，得到液體高分子材料；
3)往所述液體高分子材料中添加水,所述添加的水的質(zhì)量是所述液體高分子材料的
2.I倍，再繼續(xù)添加占所述添加的水的質(zhì)量百分比為45%的Na2SiO3,即制得泥餅固化劑。其中，所述復(fù)合乳化劑為十二烷基苯磺酸鈉、助乳化劑、及非離子乳化劑以任意質(zhì)量比例的混合。所述分子量調(diào)節(jié)劑為叔十二碳硫醇。所述不飽和磺酸鹽為木質(zhì)素磺酸鈉。所述不飽和羧酸為甲基丙烯酸。所述引發(fā)劑為過硫酸鉀。所述非離子乳化劑為辛基酚聚氧乙烯醚。所述助乳化劑為十二烷基硫酸鈉。使用上述泥餅固化劑在固井二界面泥餅固化中的使用方法，其包括以下步驟
1)制備凝餅形成劑
備料按照各原料的重量百分比為3%的NaOH, I. 5%的Na2SO4, 2%的Na2SiO3 · 9H20，其余為水，選取NaOH、Na2S04、Na2SiO3 · 9H20、及水備用；
將NaOH、Na2SO4、及Na2SiO3 · 9H20溶于水混合即制得凝餅形成劑；
2)根據(jù)實施井實際情況(井眼幾何尺寸、固井施工排量)，若某油氣田某口井固井時前置液與泥餅的接觸時間為I. 5min，則需制備泥餅固化劑2m3，同時還需制備凝餅形成劑2m3，即這兩種液體材料作為該井固井用前置液使用即可大大提高固井二界面膠結(jié)強度，如表2所示。實施時的注入順序為泥餅固化劑、凝餅形成劑和水泥漿，且泥餅固化劑和凝餅形成劑的體積比可以為任意比，本實施例中為I: I。表權(quán)利要求
1.一種泥餅固化劑，其特征在于，它由以下方法制備得到 1)備料按照丁ニ烯苯こ烯的質(zhì)量比為(42 60):(40 58)選取單體丁ニ烯和單體苯こ烯，按照分別占總單體重量的3. 0% 3. 3%的丙烯酸、I. 6% I. 8%的復(fù)合乳化剤、.2.8% 3. 2%的不飽和羧酸、0. 5% 0. 8%的不飽和磺酸鹽、0. 42% 0. 46%的分子量調(diào)節(jié)劑、及0. 55%的引發(fā)劑選取上述原料，按照丁ニ烯、苯こ烯、與丙烯酸三者的質(zhì)量之和與水的質(zhì)量比為100 (115 125)選取水； 2)將上述丁ニ烯、苯こ烯、丙烯酸、復(fù)合乳化剤、不飽和羧酸、不飽和磺酸鹽、分子量調(diào)節(jié)劑、引發(fā)劑、及水混合，在72 78°C的溫度條件下共聚反應(yīng)18 20h，得到液體高分子材料； 3)往上述液體高分子材料中添加水，所述添加的水的質(zhì)量是所述液體高分子材料的.1.8 2. I倍，再繼續(xù)添加占所述添加的水的質(zhì)量百分比為35% 45%的Na2SiO3,即制得泥餅固化劑。
2.如權(quán)利要求I所述的泥餅固化劑，其特征在于，所述復(fù)合乳化劑為十二烷基苯磺酸鈉、助乳化剤、及非離子乳化劑以任意質(zhì)量比例的混合。
3.如權(quán)利要求I所述的泥餅固化劑，其特征在于，所述分子量調(diào)節(jié)劑為叔十二碳硫醇。
4.如權(quán)利要求I所述的泥餅固化劑，其特征在于，所述不飽和磺酸鹽為木質(zhì)素磺酸鈉，所述不飽和羧酸為甲基丙烯酸。
5.如權(quán)利要求I所述的泥餅固化劑，其特征在于，所述引發(fā)劑為過硫酸鹽。
6.如權(quán)利要求2所述的泥餅固化劑，其特征在于，所述非離子乳化劑為辛基酚聚氧こ烯醚。
7.如權(quán)利要求2所述的泥餅固化劑，其特征在于，所述助乳化劑為十二烷基硫醇或十_■燒基硫酸納。
8.一種泥餅固化劑的制備方法，其特征在于，它包括以下步驟 1)備料按照丁ニ烯苯こ烯的質(zhì)量比為(42 60):(40 58)選取單體丁ニ烯和單體苯こ烯，按照分別占總單體重量的3. 0% 3. 3%的丙烯酸、I. 6% I. 8%的復(fù)合乳化剤、.2.8% 3. 2%的不飽和羧酸、0. 5% 0. 8%的不飽和磺酸鹽、0. 42% 0. 46%的分子量調(diào)節(jié)劑、及0. 55%的引發(fā)劑選取上述原料，按照丁ニ烯、苯こ烯、與丙烯酸三者的質(zhì)量之和與水的質(zhì)量比為100 (115 125)選取水； 2)將上述丁ニ烯、苯こ烯、丙烯酸、復(fù)合乳化剤、不飽和羧酸、不飽和磺酸鹽、分子量調(diào)節(jié)劑、引發(fā)劑、及水混合，在72 78°C的溫度條件下共聚反應(yīng)18 20h，得到液體高分子材料； 3)往上述液體高分子材料中添加水，所述添加的水的質(zhì)量是所述液體高分子材料的I. 8 2. I倍，再繼續(xù)添加占所述添加的水的質(zhì)量百分比為35% 45%的Na2SiO3,即制得泥餅固化劑。
9.如權(quán)利要求I至7任一項所述的泥餅固化劑在固井二界面泥餅固化中的使用方法。
10.如權(quán)利要求9所述的使用方法，其特征在于，它包括以下步驟 I)制備凝餅形成劑 備料按照各原料的重量百分比為I % 3 %的NaOH，0. 5 % I. 5 %的Na2SO4, 2 0Z0 .4% 的 Na2SiO3 9H20，其余為水，選取 NaOH、Na2SO4、Na2SiO3 9H20、及水備用；將NaOH、Na2SO4、及Na2SiO3 9H20溶于水混合即制得凝餅形成劑； 2)按順序注入泥餅固化劑、凝餅形成劑和水泥漿至油氣井內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種泥餅固化劑及其制備與使用方法。該泥餅固化劑可由下述方法制備將丁二烯、苯乙烯、丙烯酸、復(fù)合乳化劑、不飽和羧酸、不飽和磺酸鹽、分子量調(diào)節(jié)劑、引發(fā)劑、及水混合，在72～78℃的溫度條件下共聚反應(yīng)18～20h，得到液體高分子材料；往所述液體高分子材料中添加水，再繼續(xù)添加Na2SiO3，即制得泥餅固化劑。本發(fā)明實現(xiàn)了既不改性鉆井液也不改變水泥漿條件下固井二界面泥餅固化，既可大幅度提高固井二界面膠結(jié)強度，又避免了MTC方法和MTA方法存在的問題，所以有利于提高固井二界面膠結(jié)質(zhì)量，為提高石油天然氣(含煤層氣)的采收率奠定了堅實的基礎(chǔ)。
文檔編號C08F220/06GK102863593SQ20121034594
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月18日
發(fā)明者顧軍 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)