專利名稱：觸變性化學封竄劑的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種采油用化學劑，具體是指一種無機類膠凝材料，該材料可用于油、 水井的固井、封竄等，為一種觸變性化學封竄劑。
背景技術：
稠油和超稠油油井在經過多輪次注汽生產后，由于固井水泥環受高溫濕熱蒸汽的反復侵蝕，以及水泥與巖石和套管的膨脹系數的差異，導致套管與水泥環或水泥環與井壁之間的竄槽。油井管外竄槽后，嚴重影響油井的正常生產。針對超稠油油藏管外竄槽井，通常采用擠水泥封竄工藝，采用油井水泥作為封竄主劑。由于水泥漿在泵注過程中，經炮眼剪切后易脫水、易漏失，凝固強度低，收縮率高， 容易形成孔隙和縫隙結構，水泥在竄槽內與地層間竄通，會出現擠水泥壓力不高，擠水泥量大，水泥沉降現象，造成封堵效果差，鉆開水泥塞后試壓試不住等問題，有效期也很短。
發明內容
本發明的目的是針對遼河油田稠油開發生產中，管外竄槽引起的頂水、底水入侵導致油井水淹，以及汽竄、套損等問題，研制出一種防漏失、封堵率高、耐溫性好、有效期長的觸變性化學封竄劑，為進一步設計配套封竄工藝，形成完整的化學封竄、封堵技術提供基石出。本發明提供了一種觸變性化學封竄劑，該封竄劑的原料組成包括
富鐵低碳硫鋁酸鹽40--55 1i量份鈉基膨潤土0.2-、5.0 ；重量份降失水劑0.5-一2.0 ；重量份白炭黑0.2-、5.0 ；重量份環糊精和/或淀粉0.5--4.0 1■量份水30--50 1i量份。除特別說明外，本發明中所述比例和含量均為重量比例和含量。根據本發明的具體實施方案，本發明的觸變性化學封竄劑中，所述富鐵低碳硫鋁酸鹽，是在硫鋁酸鹽(水泥的主要成分，是以硫鋁酸鈣和硅酸二鈣為主要成分的膠凝材料， 化學組成包括Al203、Si02、Ca0、Fe203、S03、C4A3、C2S、C4AF等)的基礎上，依據含鐵量、含碳量指標篩選出的一種高性能水泥熟料，通過研磨生產的一種超細材料，其在國內已量產。本發明中優選所述富鐵低碳硫鋁酸鹽中Fe2O3含量大于8 %，碳燒失量小于5 %，粒度2 20 μ m。 本發明中是以此富鐵低碳硫鋁酸鹽為主劑，添加其它多種輔劑材料形成一種具有高度觸變性的化學封竄劑。根根據本發明的具體實施方案，本發明的觸變性化學封竄劑中，所述鈉基膨潤土是起到分散、懸浮、提高觸變性、增加強度的作用，是一種主要添加材料。該鈉基膨潤土為普通鈣基膨潤土經鈉化處理而得到的，本發明中要求所述鈉基膨潤土的膨脹倍數為30倍以上，以滿足使用要求。該鈉基膨潤土為成熟的商品化材料。根根據本發明的具體實施方案，本發明的觸變性化學封竄劑中，所述淀粉和/或環糊精也是作為懸浮分散劑，其作用是使溶液增稠，提高懸浮性能，使硫鋁酸鹽主劑在溶液中均勻分散并保持穩定。其中淀粉可選用玉米淀粉和/或馬鈴薯淀粉；環糊精可選用 alpha-環糊精、beta-環糊精和/或gamma-環糊精。低成本體系一般采用淀粉，要求快速配制時可采用環糊精，綜合成本要高一些。根根據本發明的具體實施方案，本發明的觸變性化學封竄劑中，所述降失水劑的作用是在體系固化過程中，防止水分析出，降低封竄劑固化強度。本發明中優選采用可再分散乳膠粉，要求固含量大于96%，400 μ m篩余不超過2%，最低成膜溫度可為0°C。根根據本發明的具體實施方案，本發明的觸變性化學封竄劑中，所述白炭黑為觸變劑，其作用是使封竄劑具有強觸變性，注入地層后迅速變成半固態，防止沉降和漏失，達到理想的封堵效果。該成分是化學封竄劑的主要功能性組分，在體系中具有不可代替的作用。本發明中要求所采用的白炭黑，要求BET比表面積大于150m2/g(超細二氧化硅)。根根據本發明的具體實施方案，本發明的觸變性化學封竄劑，其原料組成還可進一步包括氣相二氧化硅、氫氧化鈣、氧化鈣中的一種或多種。所述氣相二氧化硅可增強封竄劑的觸變性，用量為封竄劑總重量的0. 2% 1%;而添加封竄劑總重量 3%的氫氧化鈣、氧化鈣等可將封竄劑的凝固速度提高1 3倍，固結強度提高5% 20%。根根據本發明的具體實施方案，本發明的觸變性化學封竄劑中，水的用量占 30% 50%，超過此比例，則封竄劑固結強度、耐溫性下降；低于此比例，則封竄劑粘稠度過高，泵注非常困難，失去使用價值。根根據本發明的更優選具體實施方案，本發明的觸變性化學封竄劑，其原料組成包括
富鐵低碳硫鋁酸鹽47--50 1i量份鈉基膨潤土0.2-、0.7 ；重量份降失水劑0.5-一2.0 ；重量份白炭黑1.2-、3.0 ；重量份環糊精和/或淀粉0.5--2.0 1■量份水30--48 1i量份。本發明主要是以富鐵低碳硫鋁酸鹽作為主劑，添加多種輔劑復配了一種具有高度觸變性的化學封竄劑。該封竄劑的線性膨脹率0.2%以上，抗壓強度30MPa以上，抗剪切強度達到IOMPa以上，觸變反應時間為0. 5 2min，觸變次數大于20次。更具體地，該封竄劑具有以下性能特點1粘接性好，與金屬表面、無機礦物表面均有較高的粘接強度，本體抗壓強度達到 30MPa以上，粘接界面剝離達到IOMPa以上。2熱穩定性、耐久性好，在350°C濕熱蒸汽環境下，強度損失小于2% /30天。
3抗裂能力強，線性膨脹率達到0. 2%以上。4觸變性好，抗漏失能力強。觸變反應時間為0. 5 2min，觸變次數大于20次。本發明還提供了所述的觸變性化學封竄劑在油、水井的固井、封竄中的應用。使用時需準備1個2 5m3的攪拌罐，在攪拌狀態下將適量的水、低碳硫鋁酸鹽、鈉基膨潤土、可再分散乳膠粉、白炭黑、環糊精等依次加入，充分攪拌5 IOmin后，得到粘稠度、流動性適宜的化學封竄劑，運動粘度在300 IOOOmPa. S。配制好的封竄劑須在30min內注入井下， 約3h左右初凝，24h后可達到使用強度。通過該技術的研究和應用，能徹底解決油井管外竄槽對生產的不利影響，充分發揮油井產能、提高稠油、超稠油開發效果。本發明的觸變性化學封竄劑的適用范圍高輪次蒸汽吞吐、蒸汽驅后套管外汽竄井，管外竄槽引起出水的稀油、稠油井，以及其它需要分采、 分注的油水井。特別是針對油水井管外竄槽，利用本發明的新型化學封竄劑對地層傷害小、 施工安全性高、可大量施工且成本低廉的優點，有針對性地研究一套工藝簡單、操作方便， 成功率高、安全性好、適合油田實際的油水井封竄封堵工藝技術，可以改善層系開發狀況、 提高油田整體效益，具有很好的經濟效益和社會效益。綜上所述，本發明采用富鐵低碳硫鋁酸鹽作為化學封竄劑的主劑，添加多種輔劑復配了一種具有高度觸變性的化學封竄劑。該劑具有較強的粘接性和熱穩定性、耐久性好、 抗裂能力突出等特點，線性膨脹率達到0. 2%以上，抗壓強度達到30MPa以上，抗剪切強度達到IOMPa以上；通過添加分散劑、降低失水劑、觸變調節劑，使封竄劑具有高觸變性和抗漏失能力；同時可進一步添加高分子乳化聚合物、表面活性劑(高分子乳化聚合物及降失水劑，主要成份為可再分散乳膠粉，表面活性劑可不加)，使封竄劑具有更好的封堵性能。本發明的封竄劑，結合封竄工藝設計，能夠解決管外竄槽現象對注汽井、注水井、稠油井、稀油井等生產的不利影響，對延長生產井壽命、提高采收率起到重要作用。和傳統的水泥封竄相比，剪切強度可提高30%以上，體積膨脹率從負值提高到0.2%以上，并且具有了突出的觸變性。上述性能使封竄成功率從50 %可提高到90 %以上。
具體實施例方式以下通過具體實施例詳細說明本發明的技術及特點，但這些實施例并非用以限定本發明的保護范圍。實施例1
富鐵低碳硫鋁酸鹽50 量份鈉基膨潤土0.5 ■量份可再分散乳膠粉0.8 ■量份超細二氧化硅2.0:■量份環糊精0.5 ■量份水35 量份 其中，所述富鐵低碳硫鋁酸鹽購自鞍山鞍鋼礦渣開發公司，其中Fe2O3含量 10. 5%，碳燒失量2. 5%，粒度5. 5μπι ；
5
所述鈉基膨潤土購自黑山縣膨潤土廠，膨脹倍數30倍；所述可再分散乳膠粉由大連化工(江蘇)有限公司生產，固含量98%，400μπι篩余不超過2%，最低成膜溫度0°C ；所述超細二氧化硅BET比表面積165m2/g ；所述環糊精為alpha-環糊精。使用時需準備1個約5m3的攪拌罐，在攪拌狀態下按比例將水、富鐵低碳硫鋁酸鹽、鈉基膨潤土、可再分散乳膠粉、超細二氧化硅、環糊精等依次加入，充分攪拌5 IOmin 后，得到粘稠度、流動性適宜的化學封竄劑，運動粘度為750mPa. s。該配方在50°C水浴中， 3h可固化，120h后測抗壓強度為48MPa，剪切強度為12. 5MPa，線性膨脹率0. 33%。實施例2
富鐵低碳硫鋁酸鹽50 重量份鈉基膨潤土0.7重量份可再分散乳膠粉2.0 重量份超細二氧化硅2.0 重量份環糊精0.5 重量份水40 重量份其中，所述富鐵低碳硫鋁酸鹽購自遼寧海城礦粉廠，其中Fe2O3含量9. 5%，碳燒失量2%，粒度4μπι;所述鈉基膨潤土購自黑山縣膨潤土廠，膨脹倍數50倍；所述可再分散乳膠粉由大連化工(江蘇)有限公司生產，固含量98%，400μπι篩余不超過2%，最低成膜溫度0°C ；所述超細二氧化硅BET比表面積165m2/g ；所述環糊精為beta-環糊精。使用時需準備1個約3m3的攪拌罐，在攪拌狀態下按比例將水、富鐵低碳硫鋁酸鹽、鈉基膨潤土、可再分散乳膠粉、超細二氧化硅、環糊精等依次加入，充分攪拌5 IOmin 后，得到粘稠度、流動性適宜的化學封竄劑，運動粘度在500mPa. s。該配方在50°C水浴中， 3. 5h可固化，120h后測抗壓強度為51MPa，剪切強度為13. 2MPa，線性膨脹率0. 42%。實施例3
富鐵低碳硫鋁酸鹽50 重量份鈉基膨潤土0.2 重量份可再分散乳膠粉2.0 重量份氣相二氧化硅0.5 重量份淀粉0.5 重量份水40 重量份
其中，所述富鐵低碳硫鋁酸鹽購自遼寧海城礦粉廠，其中Fe2O3含量9. 5%，碳燒失量2%，粒度4μπι;所述鈉基膨潤土購自黑山縣膨潤土廠，膨脹倍數50倍；所述可再分散乳膠粉由大連化工(江蘇)有限公司生產，固含量98%，400μπι篩余不超過2%，最低成膜溫度0°C ；所述氣相二氧化硅BET比表面積260m2/g ；所述淀粉為市售玉米淀粉。使用時需準備1個約3m3的攪拌罐，在攪拌狀態下按比例將水、富鐵低碳硫鋁酸鹽、鈉基膨潤土、可再分散乳膠粉、氣相二氧化硅、淀粉等依次加入，充分攪拌5 IOmin后， 得到粘稠度、流動性適宜的化學封竄劑，運動粘度在350mPa. s。采用靜切力法測其觸變性， Δ τ值(10分鐘和10秒鐘的剪切應力差值)為10. 5Pa，顯示具有良好的觸變性。該配方在50°C水浴中，3. 5h可固化，120h后測抗壓強度為52MPa，剪切強度為15. 5MPa，線性膨脹率 0. 33%。實施例4
富鐵低碳硫鋁酸鹽50 量份鈉基膨潤土0.5 ]重量份可再分散乳膠粉1.0]重量份超細二氧化硅2.0 ]重量份淀粉0.5 ]重量份氫氧化鈣2.0 ]重量份水40 量份其中，所述富鐵低碳硫鋁酸鹽購自遼寧海城礦粉廠，其中Fe2O3含量9. 5%，碳燒失量2%，粒度4μπι;所述鈉基膨潤土購自黑山縣膨潤土廠，膨脹倍數50倍；所述可再分散乳膠粉由大連化工(江蘇)有限公司生產，固含量98%，400μπι篩余不超過2%，最低成膜溫度0°C ；所述超細二氧化硅BET比表面積165m2/g ；所述氫氧化鈣為化學純試劑；所述淀粉為市售玉米淀粉。使用時需準備1個約3m3的攪拌罐，在攪拌狀態下按比例將水、富鐵低碳硫鋁酸鹽、鈉基膨潤土、可再分散乳膠粉、超細二氧化硅、淀粉、氫氧化鈣等依次加入，充分攪拌 5 IOmin后，得到粘稠度、流動性適宜的化學封竄劑，運動粘度在400mPa. S。該配方在 50°C水浴中，2. Oh可固化，120h后測抗壓強度為58MPa，剪切強度為16. 5MPa,線性膨脹率 0. 24%。
權利要求
1 一種觸變性化學封竄劑，該封竄劑的原料組成包括富鐵低碳硫鋁酸鹽鈉基膨潤土降失水劑白炭黑環糊精和/或淀粉水40 55重量份 0.2 5.0重量份 0.5 2.0重量份 0.2 5.0重量份 0.5 4.0重量份 30 50重量份。
2.根據權利要求1所述的觸變性化學封竄劑，其中，所述富鐵低碳硫鋁酸鹽中Fe2O3含量大于8 %，碳燒失量小于5 %，粒度2 20 μ m。
3.根據權利要求1所述的觸變性化學封竄劑，其中，所述鈉基膨潤土的膨脹倍數為30 倍以上。
4.根據權利要求1所述的觸變性化學封竄劑，其中，所述降失水劑為可再分散乳膠粉， 要求固含量大于96 %，400 μ m篩余不超過2 %。
5.根據權利要求1所述的觸變性化學封竄劑，其中，所述淀粉選自玉米淀粉和/或馬鈴薯淀粉；所述環糊精選自alpha-環糊精、beta-環糊精和/或gamma-環糊精。
6.根據權利要求1所述的觸變性化學封竄劑，其中，所述白炭黑BET比表面積大于 150m2/g。
7.根據權利要求1所述的觸變性化學封竄劑，該封竄劑的原料組成還包括氣相二氧化硅、氫氧化鈣、氧化鈣中的一種或多種。
8.根據權利要求1所述的觸變性化學封竄劑，該封竄劑的線性膨脹率0.2%以上，抗壓強度30MPa以上，抗剪切強度達到IOMPa以上，觸變反應時間為0. 5 2min，觸變次數大于 20次。
9.權利要求1 8任一項所述的觸變性化學封竄劑在油、水井的固井、封竄中的應用。
全文摘要
本發明提供了一種觸變性化學封竄劑，該封竄劑的原料組成包括富鐵低碳硫鋁酸鹽40～55重量份，鈉基膨潤土0.2～5.0重量份，降失水劑0.5～2.0重量份，白炭黑0.2～5.0重量份，環糊精和/或淀粉0.5～4.0重量份，水30～50重量份。本發明的化學封竄劑具有較強的粘接性和熱穩定性、耐久性好、抗裂能力突出等特點，線性膨脹率達到0.2％以上，抗壓強度達到30MPa以上，抗剪切強度達到10MPa以上；通過添加分散劑、降低失水劑、觸變調節劑，使封竄劑具有高觸變性和抗漏失能力。
文檔編號C09K8/46GK102181274SQ201110078530
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月30日 優先權日2011年3月30日
發明者劉恩宏, 張守軍, 朱富林, 李 瑞, 潘建華, 王志兼, 白云渡, 郎寶山, 馬昌明, 高本成, 龍華 申請人:中國石油天然氣股份有限公司