一種高效固井沖洗液體系的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高效的固井沖洗液體系，主要解決現(xiàn)有固井沖洗液所存在的沖洗效率低、固井二界面膠結(jié)質(zhì)量差等問題，適用于油氣井固井前的沖洗作業(yè)。該高效固井沖洗液體系各組份以及重量比例為：清水100份、纖維材料0.2～0.8份、氧化劑物質(zhì)1.6～8.0份、聚合物0.3～1.5份、加重劑0.0～120份、鹽2.3～9.7份、有機酸0.5～7.2份、穩(wěn)定劑2.0～10份、分散劑0.0～0.6份。密度在1.01～1.70g/cm3可調(diào)，可用于40～125℃范圍固井沖洗作業(yè)，具有非常突出的快速、高效地清除水基鉆井液及濾餅，有助于提高固井二界面膠結(jié)質(zhì)量的優(yōu)點，應(yīng)用前景廣闊。
【專利說明】一種高效固井沖洗液體系

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油氣井固井領(lǐng)域，尤其涉及一種高效固井沖洗液體系，特別適用于固 井前將水基鉆井液及濾餅進行高效的沖洗和清除，提高固井界面膠結(jié)質(zhì)量。

【背景技術(shù)】
[0002] 固井就是將水泥注入井壁和套管之間環(huán)形空間的過程。在固井工程中，套管串和 水泥漿之間的界面稱為第一界面，水泥漿和井壁之間的界面稱為第二界面。固井第一界面 膠結(jié)質(zhì)量采取現(xiàn)有的許多方法便能進行有效控制，而固井第二界面的組成比較復(fù)雜，再加 上井眼不規(guī)則、鉆井液與水泥漿不相容，固井第二界面膠結(jié)質(zhì)量是難以得到保證。目前，固 井一界面的固井質(zhì)量基本滿足勘探和采油生產(chǎn)的要求，但固井二界面的固井質(zhì)量由于各種 條件的限制，一直未有突破性的提高。固井二界面問題是長期困擾石油工程一個復(fù)雜的工 程難題，嚴(yán)重制約了石油與天然氣勘探開發(fā)。導(dǎo)致固井二界面膠結(jié)質(zhì)量不好的主要原因是 井壁和水泥環(huán)間存在未被頂替干凈的鉆井液以及濾餅，其不能與固井時注入的水泥裝實現(xiàn) 整體固化膠結(jié)。即只要有鉆井液、濾餅存在，不管多薄，水泥石環(huán)與井壁之間都會形成微間 隙，導(dǎo)致固井二界面膠結(jié)強度下降，給地下油、氣、水等流體提供竄流的通道。研宄表明，地 下流體竄流的通道主要是固井二界面，且已被油田實踐所證實。因此，影響固井二界面封隔 失效的主要因素是鉆井液、濾餅的存在，使油井水泥-泥餅-地層相互之間不能實現(xiàn)整體固 化，從而引起固井界面膠結(jié)強度嚴(yán)重降低。
[0003] 固井沖洗液通常是在水中加入表面活性劑或用鉆井液稀釋混配而成?？膳c隔離液 同時使用，但位于隔離液之前。沖洗液的主要目的是清洗井壁及套管壁的鉆井液和濾餅，提 高固井界面膠結(jié)強度。然而在井眼鉆進時，鉆井液將在井壁上形成薄而韌且致密的濾餅，有 效控制鉆井液濾失量，減少鉆井工程復(fù)雜事故。鉆井液所形成的濾餅在固井時卻阻止了水 泥漿與井壁直接接觸，并且在水泥漿水化時進一步引起濾餅脫水、干枯或粉化，易在井眼環(huán) 空界面處形成微環(huán)隙，從而降低界面膠結(jié)強度，嚴(yán)重影響固井質(zhì)量，甚至引起油氣水竄流。 多年來，由于鉆井液及濾餅無法有效清除嚴(yán)重降低固井界面膠結(jié)強度，是固井質(zhì)量一直難 以提高的一個重要原因。
[0004] 我國從1980年就開始研宄固井沖洗液及應(yīng)用。如我國中原油田在1986年研宄 出具有一定抗鈣效果的SNC水基沖洗隔離液，1990年大慶油田研宄出DSF固井沖洗隔離液 并現(xiàn)場試用了 15 口井，1995年江漢油田研宄出新型的無機凝膠固井沖洗隔離液，1997年 華北石油管理局研宄出HQ-1固井沖洗隔離液，1999年姜向東等人開發(fā)出具有較強抗鈣能 力的XP隔離液，2002年遼河石油勘探局開發(fā)出FSG- II防滲漏隔離液，2003年中原油田開 發(fā)出CXY可固化固井沖洗隔離液，2004年大慶石油管理局開發(fā)出高密度沖洗隔離液，2005 年中國石油工程技術(shù)研宄院開發(fā)出BCS隔離液，2006年西南石油學(xué)院楊秀艷等人開發(fā)出一 種新型的廣譜水劑固井沖洗隔離液體系，2008年大慶石油學(xué)院張春明通過評價篩選表面活 性劑、懸浮穩(wěn)定劑、分散劑、降失水劑、加重劑、消泡劑等研制開發(fā)出加重沖洗隔離液體系， 2010年大慶鉆井生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)公司王洪亮研宄出表面活性劑類CHW固井沖洗液，2011年中 海油服公司范鵬等研宄出PC-W21L油水雙效沖洗液，2013年西安石油大學(xué)楊振杰等人用滲 透結(jié)晶自修復(fù)劑配制固井前置液。
[0005] 目前所研宄與開發(fā)的固井沖洗液體系，主要以聚合物、加重劑和懸浮穩(wěn)定劑為主， 其對鉆井液、濾餅的沖刷能力弱，無法高效地將井壁上鉆井液清洗干凈，對井壁上所形成的 薄而韌且致密的濾餅更是無法有效清除。因此，積極開展新技術(shù)、新材料在固井沖洗液上的 應(yīng)用具有重要意義，研宄高效固井沖洗液具有顯著的市場效益。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有固井沖洗液所存在的沖洗效率低、固井二界面膠 結(jié)質(zhì)量差的缺點和不足，提供了一種高效的固井沖洗液體系。該固井沖洗液體系中通過加 入一定量的纖維材料、氧化劑物質(zhì)、聚合物、加重劑、鹽、有機酸、穩(wěn)定劑和分散劑等，能夠制 備出密度為1. 〇lg/cm3?1. 70g/cm3的沖洗液，適用溫度范圍為40°C?125°C。該固井沖洗 液體系具有非常突出的快速、高效地清除鉆井液及濾餅，有助于提高固井二界面膠結(jié)質(zhì)量 的優(yōu)點，其它各項性能指標(biāo)都完全滿足現(xiàn)場固井要求，具有現(xiàn)場施工簡單和顯著提高固井 質(zhì)量的優(yōu)勢。
[0007] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本申請的高效固井沖洗液系，按照質(zhì)量份數(shù)其組成為：
[0008] 清水 100 份；
[0009] 纖維材料 0? 2?0? 8份；
[0010] 氧化劑物質(zhì) 1.6?8.0份；
[0011] 聚合物 0.3?1.5份；
[0012] 加重劑 0?0?120份；
[0013] 鹽 2. 3 ?9. 7 份；
[0014] 有機酸 0.5?7. 2份；
[0015] 穩(wěn)定劑 2.0?10份；
[0016] 分散劑 0?0?0.6份。
[0017] 所述的纖維材料是由竹原纖維、聚乙烯醇纖維、海泡石纖維、玄武巖礦物纖維按質(zhì) 量組成比例竹原纖維：聚乙烯醇纖維：海泡石纖維：玄武巖礦物纖維=17?45 : 15? 41 : 7. 5?20 : 5. 0?12所混合的纖維材料，纖維材料的長度介于2. 0?6. 5mm。
[0018] 所述的氧化劑物質(zhì)是由KC104、H202、NaCIO按質(zhì)量比例KC10 4 : H 202 : NaCIO = 15 ?46 : 20 ?55 : 8.0 ?32 組成。
[0019] 所述的聚合物可以是2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS)與丙烯酰胺（AM)聚合 物、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS)與N，N-二甲基丙烯酰胺（DMAA)聚合物、2-丙烯酰 胺-2-甲基丙磺酸（AMPS)與丙烯酰胺（AM)、馬來酸酐（MA)、N，N-二甲基丙烯酰胺（DMAA) 聚合物中的一種或幾種組合。
[0020] 所述的加重劑可以是石英砂、重晶石粉末中的一種或二種組合，其中石英砂粒徑 介于58?106 y m，重晶石粒徑介于25?48 y m。
[0021] 所述的鹽是由FeS04、醋酸鈉、KC1按質(zhì)量比例FeS04 :醋酸鈉：KC1 = 9. 0?17 : 30?63 : 15?32組成。
[0022] 所述的有機酸可以是醋酸、甲酸、鄰苯二甲酸中的一種或幾種組合。
[0023] 所述的穩(wěn)定劑可以硅藻土、微硅、納米二氧化硅、納米氧化鋁中的一種或幾種組 合。
[0024] 所述的分散劑可以是油田固井常用的磺化甲醛-丙酮縮聚物分散劑、聚萘磺酸鹽 分散劑或者木質(zhì)素磺酸鹽分散劑。
[0025] 本發(fā)明的優(yōu)點：（1)本發(fā)明優(yōu)選的纖維材料分子結(jié)構(gòu)中含有_OH、C = 0、-C00H、硅 氧鍵、鋁氧鍵和鎂氧鍵等極性親水基團，不僅能在水溶液中能夠高度分散，而且還會與水分 子、聚合物分子間由于氫鍵的靜電作用從而形成三維的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增大了沖洗液的沖 刷清洗能力和懸浮能力，有利于將鉆井液和濾餅沖刷清洗干凈。（2)沖洗液中除了傳統(tǒng)的 氧化物質(zhì)KC10 4、NaCIO外，還利用Fenton氧化法原理，在沖洗液中加入H202氧化劑物質(zhì)和 FeS0 4，利用H202在Fe2+催化作用下生成具有高反應(yīng)活性的羥基自由基（0H '）），高效地促進 鉆井液中的有機聚合物發(fā)生降解，有效降低鉆井液粘度和濾餅結(jié)構(gòu)強度，從而有利于將水 基鉆井液和濾餅沖洗干凈。（3)沖洗液中的有機酸與醋酸鈉鹽具有酸性緩沖作用，可使沖洗 液pH值在3. 0?6. 0之間，酸性環(huán)境更有利于鉆井液中有機聚合物在氧化劑物質(zhì)作用下發(fā) 生降解。（4)本發(fā)明的沖洗液體系在水分散纖維的交叉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強沖刷作用和高活性氧化 物質(zhì)的氧化降解作用下，對水基鉆井液及濾餅具有優(yōu)良的沖洗作用，能夠在較短時間內(nèi)將 鉆井液和濾餅清洗干凈，顯著提高固井二界面膠結(jié)強度。
[0026] 本發(fā)明提供了 一種技術(shù)可靠、現(xiàn)場施工方便、成本低，能滿足現(xiàn)場固井要求的沖洗 液體系。該沖洗液體系克服現(xiàn)有技術(shù)沖洗效率低的缺點，密度在1. 〇lg/cm3?1. 70g/cm3之 間，能夠滿足井底溫度40°C?125°C范圍的固井沖洗作業(yè)，具有現(xiàn)場施工簡單和顯著提高 固井膠結(jié)質(zhì)量的優(yōu)點。

【具體實施方式】
[0027] 實施例1 : 一種固井沖洗液體系的組成
[0028] -種固井沖洗液體系可由以下物質(zhì)組成，各物質(zhì)的質(zhì)量份數(shù)具體為：清水100份、 纖維材料〇. 75份、氧化劑物質(zhì)6. 3份、聚合物1. 1份、重晶石加重劑92份、鹽8. 4份、有機 酸6. 7份、穩(wěn)定劑10份、分散劑0. 35份，沖洗液密度為1. 70g/cm3。
[0029] 實施例2 :-種固井沖洗液體系的組成
[0030] 一種固井沖洗液體系可由以下物質(zhì)組成，各物質(zhì)的質(zhì)量份數(shù)具體為：清水100份、 纖維材料〇. 5份、氧化劑物質(zhì)2. 6份、聚合物0. 3份、石英砂加重劑22份、鹽3. 0份、有機酸 〇. 6份、穩(wěn)定劑2. 2份，沖洗液密度為1. 15g/cm3。
[0031] 實施例3 :-種固井沖洗液體系的組成
[0032] 一種固井沖洗液體系可由以下物質(zhì)組成，各物質(zhì)的質(zhì)量份數(shù)具體為：清水100份、 纖維材料〇. 6份、氧化劑物質(zhì)2. 7份、聚合物0. 5份、石英砂加重劑76份、鹽3. 2份、有機酸 2. 5份、穩(wěn)定劑5. 0份，沖洗液密度為1. 40g/cm3。
[0033] 實施例4 :固井沖洗液體系的沖洗率評價
[0034] 以實施例3固井沖洗液體系為測試對象，先將配沖洗液的各種材料組份和液體 水組份各自稱量好并高速攪拌混勻，然后按中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5374-2000 "油氣井注水泥前置液使用方法"評價沖洗效率，轉(zhuǎn)速為1400轉(zhuǎn)/分鐘，沖洗時 間為5分鐘。采用的水基鉆井液為聚合物防塌鉆井液體系，由中石化勝利石油工程有限公 司鉆井工程技術(shù)公司提供，具體配方組成為：水+0. 2% Na2C03+3%膨潤土 +0. 4%磺酸鹽共 聚物+1. 6%天然聚合物濾失劑+3%磺化酚醛樹脂SMP- II +0. 7%有機胺+1. 0%聚合物抑 制劑JBY+1. 2%鋁基聚合物+3. 5%膠乳瀝青+2%潤滑劑+0. 5%表面活性劑司盤80+3%超 細碳酸鈣+15 %加重劑，鉆井液密度為1. 30g/cm3。試驗結(jié)果見表1。
[0035] 表1固井沖洗液體系的沖洗率
[0036]

【權(quán)利要求】
1. 一種高效的固井沖洗液體系，其特征在于各組份以及重量比例如下： 清水 100份； 纖維材料 0.2?0.8份； 氧化劑物質(zhì) 1. 6?8. 0份； 聚合物 0. 3?1. 5份； 加重劑 0. 0?120份； 鹽 2 ]?9. 7份； 有機酸 0. 5?7. 2份； 穩(wěn)定劑 2. 0?10份； 分散劑 0. 0?0. 6份。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效固井沖洗液體系，其特征在于所述的纖維材料是由竹原 纖維、聚乙烯醇纖維、海泡石纖維、玄武巖礦物纖維按質(zhì)量組成比例竹原纖維：聚乙烯醇纖 維：海泡石纖維：玄武巖礦物纖維=17?45 : 15?41 : 7. 5?20 : 5. 0?12所混合 的纖維材料，纖維材料的長度介于2. 0?6. 5mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效固井沖洗液體系，其特征在于所述的氧化劑物質(zhì)是由 1((：104、!120 2、似(：10按質(zhì)量比例1((：104:!1 202:似(：10=15?46:20 ?55:8.0?32組 成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效固井沖洗液體系，其特征在于所述的聚合物可以是 2_丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS)與丙烯酰胺（AM)聚合物、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 (AMPS)與N，N-二甲基丙烯酰胺（DMA)聚合物、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS)與丙 烯酰胺（AM)、馬來酸酐（M)、N，N-二甲基丙烯酰胺（DMA)聚合物中的一種或幾種組合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效固井沖洗液體系，其特征在于所述的加重劑可以是石英 砂、重晶石粉末中的一種或二種組合，其中石英砂粒徑介于58?106μπι，重晶石粒徑介于 25 ?48μm〇
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效固井沖洗液體系，其特征在于所述的鹽是由FeSO4、醋酸 鈉、KCl按質(zhì)量比例FeSO4:醋酸鈉：KCl=9.0?17 : 30?63 : 15?32組成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效固井沖洗液體系，其特征在于所述的有機酸可以是醋 酸、甲酸、鄰苯二甲酸中的一種或幾種組合。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效固井沖洗液體系，其特征在于所述的穩(wěn)定劑可以硅藻 土、微硅、納米二氧化硅、納米氧化鋁中的一種或幾種組合。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效固井沖洗液體系，其特征在于所述的分散劑可以是油田 固井常用的磺化甲醛-丙酮縮聚物分散劑、聚萘磺酸鹽分散劑或者木質(zhì)素磺酸鹽分散劑。
【文檔編號】C09K8/52GK104449621SQ201410796455
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月18日
【發(fā)明者】王成文, 孟仁洲, 孟凡昌, 徐偉祥, 辛琦 申請人:中國石油大學(xué)(華東)