一种用于油田或天然气开采的堵漏剂及其制备方法

摘要

本发明提供一种用于油田或天然气开采的堵漏剂，它属于化学固结堵漏剂，所述堵漏剂包括水泥或石灰、矿渣、膨润土、石膏和酸性物质。本发明提供的化学固结堵漏剂可在50～150℃的井下环境中起作用，与钻井液有良好的相容性，无严重稠化现象；且该化学固结堵漏剂无毒，无味，没有腐蚀性，对环境无污染。其强度在24小时内可达到10MPa以上，48小时可达17MPa以上，可大幅度提高漏失层的承压能力，有效封堵裂缝、溶洞性漏失层，保证后续钻井作业的正常进行。该堵漏剂在塔河油田的TH12355、TP243X、S115-4和SX2井3709～5535m的裂缝性漏失层中得到了成功应用，漏失层的承压能力提高8～12MPa。

说明书

技术领域

本发明属于石油或天然气钻井过程中所用的堵漏剂，具体涉及一种用于油田或天然气 开采的堵漏剂及其制备方法。

背景技术

随着石油工业的发展，油气勘探开发不断深入，钻井过程中遇到的地层越来越复杂， 在钻进压力衰竭地层、破碎或弱胶结地层、裂缝发育地层及多套压力层系等时，井漏问题 非常突出。井漏不仅耗费钻井时间，损失钻井液，而且有可能引起卡钻、井喷、井壁失稳 等一系列问题。

对于裂缝和孔洞引起的井漏，主要采用桥接堵漏材料和化学堵漏材料。其中，对于地 层裂缝不明确或大的孔洞，目前主要尝试用桥堵的方法，通过逐渐摸索地层情况来进行封 堵漏失层。在利用桥接堵漏方法时，如果对地层情况判断不准，往往需要调整颗粒级配， 经过多次堵漏才能完全封堵住漏失层。化学堵漏材料指的是以聚合物和聚合物-无机胶凝物 质为基础的堵漏处理剂，化学堵漏材料大致可分为三种类型：一是高分子化合物堵漏剂； 二是无机胶凝物质和高分子化合物混合而成的堵漏剂；三是以泥浆为基础加入各种固化剂 所形成的堵漏体系。化学堵漏浆液密度较低，凝固时间调整范围大，浆液的渗滤能力较强， 滤液也能固化，但耐温性较差，不适用于深部地层或者高温地层的堵漏施工。另外，化学 堵漏材料普遍存在价格昂贵，施工、配制复杂，使用成本较高的缺点，因此，在一定程度 上阻碍了化学堵漏材料的发展。

CN200810249847.8中提到一种利用固结剂固结油泥沙进行固沙堵水调剖的方法，充分 利用油田采油过程中产出的废弃物油泥沙，加入改性剂、固结剂、固结加速剂或固结延缓 剂，配成悬浮液注入地层亏空处，在地层环境下固结，达到固沙堵水调剖的目的。该发明 考虑了固结时间对施工安全的影响，但没有考虑悬浮液易分层和固结后固结物收缩的问 题，分层会影响固结强度，固结物收缩会导致填充的亏空生产裂缝，堵水调剖效果变差。 而CN201210056138.4中提到一种油气田采封作业浆料及其使用方法，该发明考虑了悬浮 液容易分层影响施工效果的因素，在传统浆料的基础上引入了缓凝剂和悬浮剂，提高了浆 料修补裂缝的效果，但同样没有充分考虑浆料固结后的收缩问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明充分考虑了沉降分层、固结后固结物的收缩、触变 性及稠化固结时间等性能，引入了相应匹配的材料，配制的固结浆易于滞留在裂缝内，固 结后形成的固结物强度高、不收缩，施工安全，堵漏效果好。

针对化学堵漏施工工艺较复杂，耐温性较差，不适于深井和高温井的情况；本发明精 选各种可以相互反应生成固结物的材料，形成化学固结堵漏剂，其稠化时间能依据现场施 工情况进行调节，能够满足不同温度地层的封堵要求，简化施工工艺，解决深部高温裂缝、 溶洞性地层的恶性漏失问题。

因此，本发明提供一种用于油田或天然气开采的堵漏剂，所述堵漏剂包括水泥或石灰、 矿渣、膨润土、石膏和酸性物质。

优选的是，所述堵漏剂由水泥或石灰、矿渣、膨润土、石膏和酸性物质组成。本发明 中，利用矿渣可以被碱性物质激活的特点，在并不专门加入碱性物质的条件下，利用油井 水泥或石灰的碱性来激活矿渣，使其固结形成固结物封堵漏失层，同时加入防沉降和防收 缩的膨润土，增加触变性的石膏，且利用酸性物质来控制堵漏剂的稠化时间，最终形成化 学固结堵漏剂。把上述化学固结堵漏剂加入清水中，配制成化学固结堵漏浆，注入漏失层， 即可达到封堵漏失层的目的。

更加优选地，所述水泥或石灰、矿渣、膨润土、石膏和酸性物质间质量份数比为4～10： 8～20：1～2：1～3：0.2～1。

在本发明一个具体的实施方式中，所述酸性物质为盐酸和/或羟基乙叉二膦酸。优选地， 所述矿渣为粒度在100μm以下的矿渣。

本发明还提供一种上述用于油田或天然气开采的堵漏剂的制备方法，包括：将酸性物 质放入自来水中，搅拌均匀；将水泥或石灰、矿渣、膨润土和石膏放入搅拌机中搅拌均匀 并加入自来水中；配制得到的密度为1.2～2.0g/cm³的溶液即堵漏剂。

随着石油钻井向更深更复杂地层的进行，钻遇的漏失会越来越多，急需有效的封堵材 料和堵漏技术来解决漏失问题，缩短钻井周期，提高勘探开发速度。本发明提供的堵漏剂 可以有效封堵裂缝、溶洞性漏失，解决石油钻井过程中出现的恶性井漏问题。

具体实施方式

本发明中使用的水泥为嘉华G级水泥或建筑用水泥；所用矿渣为高炉矿渣；所用石膏 为市售二水石膏；所用盐酸浓度0.1mol/L。所用实验仪器包括OWC-9390（B）型增压养 护釜，YAW-300B型压力试验机和ZNN-D6型六速旋转粘度计。

实施例1

将0.2重量份的羟基乙叉二膦酸放入自来水中，搅拌均匀；将5重量份的52.5型硅酸 盐水泥、11重量份的粒度在50μm以下的细矿渣、1重量份的膨润土和1重量份的二水石 膏放入搅拌机中搅拌均匀，加入自来水中；配制成密度为1.3g/cm³的溶液；放入增压养护 釜中，升温至60℃，加压至35MPa，养护24小时；取出后在压力机上测试强度，其强度 为10.5MPa。

实施例2

将0.25重量份的盐酸放入自来水中，搅拌均匀；将8重量份的52.5型硅酸盐水泥、 15重量份的粒度在50μm以下的细矿渣、1.5重量份的膨润土和1.5重量份的二水石膏放入 搅拌机中搅拌均匀，加入自来水中；配制成密度为1.45g/cm³的溶液；放入增压养护釜中， 升温至70℃，加压至45MPa，养护24小时；取出后在压力机上测试强度，其强度为11MPa。

实施例3

将0.3重量份的羟基乙叉二膦酸放入自来水中，搅拌均匀；将5重量份的嘉华G级水 泥、10重量份的粒度在50μm以下的细矿渣、1重量份的膨润土和1重量份的二水石膏放 入搅拌机中搅拌均匀，加入自来水中；配制成密度为1.65g/cm³的溶液；放入增压养护釜 中，升温至100℃，加压至55MPa，养护24小时；取出后在压力机上测试强度，其强度为 10.8MPa。

实施例4

将0.4重量份的羟基乙叉二膦酸放入自来水中，搅拌均匀；将8重量份的嘉华G级水 泥、15重量份的粒度在50μm以下的细矿渣、1.6重量份的膨润土和2重量份的二水石膏 放入搅拌机中搅拌均匀，加入自来水中；配制成密度为1.75g/cm³的溶液；放入增压养护 釜中，升温至110℃，加压至65MPa，养护24小时；取出后在压力机上测试强度，其强度 为11.3MPa。

实施例5

将0.45重量份的盐酸放入自来水中，搅拌均匀；将10重量份的嘉华G级水泥、18重 量份的粒度在50μm以下的细矿渣、2重量份的膨润土和2.5重量份的二水石膏放入搅拌机 中搅拌均匀，加入自来水中；配制成密度为1.85g/cm³的溶液；放入增压养护釜中，升温 至120℃，加压至70MPa，养护24小时；取出后在压力机上测试强度，其强度为11.8MPa。

实施例6

将0.35重量份的羟基乙叉二膦酸放入自来水中，搅拌均匀；将6重量份的石灰、18 重量份的粒度在50μm以下的细矿渣、2重量份的膨润土和2.5重量份的二水石膏放入搅拌 机中搅拌均匀，加入自来水中；配制成密度为1.70g/cm³的溶液；放入增压养护釜中，升 温至100℃，加压至50MPa，养护24小时；取出后在压力机上测试强度，其强度为10.5MPa。

对比例1

将0.35重量份的缓凝剂和0.3重量份的降失水剂加入自来水中，搅拌均匀；将10重 量份的嘉华G级水泥和14重量份的粉煤灰放入搅拌机中搅拌均匀，加入自来水中；配制 成密度1.65g/cm³的溶液，放入增压养护釜中，加温至100℃，加压至55MPa，养护24小 时；取出后在压力机上测试强度，其强度为7.8MPa。

对比例2

将0.4重量份的缓凝剂和0.3重量份的降失水剂加入自来水中，搅拌均匀；将10重量 份的嘉华G级水泥和8重量份的粉煤灰放入搅拌机中搅拌均匀，加入自来水中；配制成密 度1.5g/cm³的溶液，放入增压养护釜中，加温至110℃，加压至65MPa，养护24小时；取 出后在压力机上测试强度，其强度为8.9MPa。

将实施例1～6和对比例1～2中的堵漏剂相应旋转粘度计读数、堵漏剂养护条件和堵漏 浆经养护后所得物质的强度列于表1。

表1

从表1可以看出，本发明中化学固结堵漏剂的旋转粘度计读数要小于对比例中的低密 度水泥浆，表明其流变性要好于低密度水泥浆，堵漏浆易于进入小的漏失通道，达到较好 的封堵效果；并且在相同养护条件下，化学固结堵漏剂固化体的强度要高于低密度水泥浆， 表明其承压能力要高于低密度水泥浆，可以承受更高的漏失压差。

本发明提供的化学固结堵漏剂可在50～150℃的井下环境中起作用，与钻井液有良好的 相容性，无严重稠化现象；且该化学固结堵漏剂无毒，无味，没有腐蚀性，对环境无污染。 其强度在24小时内可达到10MPa以上，48小时可达17MPa以上，可大幅度提高漏失层 的承压能力，有效封堵裂缝、溶洞性漏失层，保证后续钻井作业的正常进行。该堵漏剂在 塔河油田的TH12355、TP243X、S115-4和SX2井3709～5535m的裂缝性漏失层中得到了 成功应用，漏失层的承压能力提高8～12MPa。