一种油气井固井的双作用防气窜剂及制备法和应用

摘要

本发明涉及一种油气井固井用的具有双作用防气窜剂及制备方法和应用。它既能有效弥补水泥浆凝结过程中孔隙压力的降低，又能增加水泥浆的气窜阻力。该防气窜剂由改性聚乙烯醇、羧烷基化纤维素、塑化剂、非晶质活性硅、预处理铝微粉组成。其制备方法是：在改性聚乙烯醇溶液中加入非晶质活性硅形成稳定的粘稠性液体，假设为组分A；将预处理铝微粉、塑化剂、羧烷基化纤维素、非晶质活性硅与水按比例混合制成膏状体，假设为组分B；将组分A、组分B按比例混合即得粘稠的液体产品双作用防气窜剂。该防气窜剂与分散剂、缓凝剂配合，可配制出具有双作用防气窜的水泥浆体系。它主要用于油气井的固井工程中，具有抗气窜能力强，滤失量小，浆体稳定性好的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种油气井固井用的既能有效弥补水泥浆凝结过程中压力的降低，又能增加水泥浆气窜阻力的双作用防气窜剂及其制备方法与应用，属于固井工程中使用的一种添加剂。

背景技术

在勘探开发油气田的过程中，固井工程是钻井完井工程的一个重要环节，固井质量的好坏不仅是后续开采和强化储层改造等工程作业正常实施的前提，而且是延长油气井正常生产寿命、发现和充分提高产能、提高油气田勘探开发效益的重要保证。在固井候凝过程中，由于水泥浆的失重导致地层油气水窜入环空而影响固井质量的问题，一直是固井界致力解决的重大难题之一。因此，关于固井过程中防止油气水窜的固井水泥浆技术，到目前为止，国内外已开发出了多种针对不同气窜潜力的防气窜添加剂和水泥浆体系，如Halliburton公司的Gas-chek、Gastop、Latex2000等及Dowell公司的Gasblock、D600等，以及国内开发的KQ系列、G69等。提出了许多有条件的减少水泥浆“失重”防止气窜的实用工艺技术与措施等。但是，对于具有很高气窜潜力的油气水层固井，尤其是高温条件下防气窜水泥浆技术却亟待进一步深入研究解决，且现有水泥浆防气窜添加剂及其水泥浆体系的防气窜原理单一，不是只增加水泥浆凝结过程中的有效压力达到减小“失重”防止气窜的目的，就是只增加地层流体侵入水泥浆基体中发生流动的阻力而减小发生气窜的潜力，还没有既增加有效压力防止失重，又可增加气侵阻力的双作用的防气窜添加剂及其水泥浆体系，因此其防气窜能力有限，尤其是气窜潜力高、防气窜工艺措施如环空加回压和双凝水泥等应用又受到限制的情况下，就很难保证固井的质量。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种油气井固井的双作用防气窜剂及制备法和应用，该防气窜剂与其它常用添加剂可配制出双作用防气窜的水泥浆体系。

本发明的主要技术特征是：一种油气井固井的双作用防气窜剂，是由改性聚乙烯醇、羧烷基化纤维素、塑化剂、非晶质活性硅、预处理铝微粉组成，各组分的重量百分比及部分性能见下表：

    组分名称  重量，％            部分性能    改性聚乙烯醇  4.0～5.0    羧烷基化纤维素  1.0～1.5粘度1000～3000cp。    塑化剂  2.0～3.0市售工业品，粉剂。如，十二烷基磺酸盐、十二烷基苯磺酸盐。    非晶质活性硅  10～15纯度＞98％，平均粒径小于15μm。    预处理铝微粉  4.0～5.0平均粒径小于75μm。    蒸馏水  71～79

该双作用防气窜剂的制备方法是：将聚乙烯醇溶入65～85℃下蒸馏水中，不断搅拌完全溶解后冷却到40～50℃，加入有机钛交联剂继续搅拌约20min混合均匀，有机钛交联剂有醇胺合钛或间二酮合钛，然后调整pH值在3左右，继续搅拌反应60～90min，再调整pH值至中性，即得到改性聚乙烯醇，在改性聚乙烯醇溶液中加入非晶质活性硅形成稳定的粘稠性液体，假设为组分A；将铝微粉投入1～2％的表面活性剂水溶液中搅拌脱脂约20min，脱脂表面活性剂可用日化洗涤剂，然后压滤脱水，再将脱水后的铝微粉投入氧化剂的溶液中搅拌预处理，氧化剂可用过氧化氢或重铬酸钾，预处理时间约60～90min，脱水、洗涤、烘干即得到预处理的铝微粉，再将预处理的铝微粉、塑化剂、羧烷基化纤维素、非晶质活性硅与水按上表所列重量百分比混合制成膏状体，假设为组分B；将组分A、组分B按比例混合均匀即得到粘稠的液体产品油气井水泥双作用防气窜剂。

在固井水泥浆中加入该双作用防气窜剂4～6％、分散剂0.5～1.0％、缓凝剂0.05～0.5％，可配制出具有双作用防气窜的水泥浆体系。

本发明提供的的油气井水泥双作用防气窜剂及其水泥浆体系与现有技术比较，具有以下有益效果：(1)具有弥补水泥浆凝结过程中的失重和增加地层流体侵入水泥浆基体的阻力的双重作用，从而提高水泥浆凝结过程中防止气窜的能力；(2)该添加剂具有降滤失作用，可控制水泥浆的滤失量低于50ml，而不需要另外再加降滤失剂，既简化了配方，又可避免两种添加剂之间的不相容问题；(3)该添加剂既可用于常规密度水泥浆，也可用于封固低压易漏井的低密度水泥浆和高压井的高密度水泥浆，使用温度则可从低温至高温；(4)该添加剂与现有常用的分散剂和缓凝剂配制的水泥浆体系，其综合工程性能协调性好、易于调整和控制、且体系稳定、并具有一定微膨胀特性而改善水泥石环与地层和套管间的胶结强度，提高水泥石环的层间封隔效果；(5)该添加剂产品的生产工艺简单，成本较低，产品质量稳定。

具体实施方式

实施例1：双作用防气窜剂及其制备方法

(1)改性聚乙烯醇的制备：将16g1796聚乙烯醇溶于200ml温度为70℃的蒸馏水中，连续搅拌完全溶解后冷却至45℃，约180min，缓慢加入醇胺合钛交联剂搅拌约20min使混合均匀，调整pH值到3左右，继续搅拌反应80min，调整pH值至中性，再加入36g非晶质活性硅混拌均匀，即得到浓度约6％的改性聚乙烯醇溶液，组分A。整个过程应在搅拌的条件下进行。

(2)预处理铝微粉的制备：将20g铝微粉投入100ml加有1％洗涤剂水溶液中搅拌脱脂约30min，压滤脱水，再将脱水后的铝微粉投入100ml加有5％过氧化氢的溶液中搅拌处理约70min，再脱水，将脱水后的预处理铝微粉投入200ml水中搅拌洗涤约10min，然后将洗涤后的产物烘干即得到预处理的铝微粉。

(3)取蒸馏水90ml，加入4g羧烷基化纤维素、8g塑化剂、18g预处理铝粉与12g非晶质活性硅的混合物，并混配均匀，即得到含有预处理铝微粉和羧烷基化纤维素的膏状物，组分B。

(4)取133g组分A，67g组分B，混合均匀，即获得本发明产品：油井水泥双作用防气窜剂。

实施例2：双作用防气窜水泥浆的制备及主要特性

称取600gG级油井水泥，30g本双作用防气窜剂，4.8g分散剂SXY-2，SXY-2为酮醛缩合的油井水泥分散剂，3g缓凝剂HS-R，HS-R为以有机磷酸盐为主的油井水泥缓凝剂，其实际用量根据固井施工作业时间要求，通过试验确定，按0.44水灰比量取配浆水。先将双作用防气窜剂、分散剂和缓凝剂加入配浆水中混配均匀后，按API方法配制浆体，即得到双作用防气窜水泥浆。该水泥浆可用于60～120℃的油气井的固井，其防油气水窜的能力强，滤失量低于50ml，稠化时间易于调控，水泥石的早期强度发展快，体系稳定不收缩、具有微膨胀、可显著提高水泥石与胶结物界面的胶结强度。