專利名稱：觸變性化學(xué)封竄劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采油用化學(xué)劑，具體是指一種無機(jī)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(xué)封竄劑。
背景技術(shù)：
稠油和超稠油油井在經(jīng)過多輪次注汽生產(chǎn)后，由于固井水泥環(huán)受高溫濕熱蒸汽的反復(fù)侵蝕，以及水泥與巖石和套管的膨脹系數(shù)的差異，導(dǎo)致套管與水泥環(huán)或水泥環(huán)與井壁之間的竄槽。油井管外竄槽后，嚴(yán)重影響油井的正常生產(chǎn)。針對(duì)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(jīng)炮眼剪切后易脫水、易漏失，凝固強(qiáng)度低，收縮率高， 容易形成孔隙和縫隙結(jié)構(gòu)，水泥在竄槽內(nèi)與地層間竄通，會(huì)出現(xiàn)擠水泥壓力不高，擠水泥量大，水泥沉降現(xiàn)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)遼河油田稠油開發(fā)生產(chǎn)中，管外竄槽引起的頂水、底水入侵導(dǎo)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(zhǎng)的觸變性化學(xué)封竄劑，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)配套封竄工藝，形成完整的化學(xué)封竄、封堵技術(shù)提供基石出。本發(fā)明提供了一種觸變性化學(xué)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(rùn)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(huán)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(fā)明中所述比例和含量均為重量比例和含量。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的觸變性化學(xué)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(xué)組成包括Al203、Si02、Ca0、Fe203、S03、C4A3、C2S、C4AF等)的基礎(chǔ)上，依據(jù)含鐵量、含碳量指標(biāo)篩選出的一種高性能水泥熟料，通過研磨生產(chǎn)的一種超細(xì)材料，其在國(guó)內(nèi)已量產(chǎn)。本發(fā)明中優(yōu)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(fā)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(xué)封竄劑。根根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的觸變性化學(xué)封竄劑中，所述鈉基膨潤(rùn)土是起到分散、懸浮、提高觸變性、增加強(qiáng)度的作用，是一種主要添加材料。該鈉基膨潤(rùn)土為普通鈣基膨潤(rùn)土經(jīng)鈉化處理而得到的，本發(fā)明中要求所述鈉基膨潤(rùn)土的膨脹倍數(shù)為30倍以上，以滿足使用要求。該鈉基膨潤(rùn)土為成熟的商品化材料。根根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的觸變性化學(xué)封竄劑中，所述淀粉和/或環(huán)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(wěn)定。其中淀粉可選用玉米淀粉和/或馬鈴薯淀粉；環(huán)糊精可選用 alpha-環(huán)糊精、beta-環(huán)糊精和/或gamma-環(huán)糊精。低成本體系一般采用淀粉，要求快速配制時(shí)可采用環(huán)糊精，綜合成本要高一些。根根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的觸變性化學(xué)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(qiáng)度。本發(fā)明中優(yōu)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(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的觸變性化學(xué)封竄劑中，所述白炭黑為觸變劑，其作用是使封竄劑具有強(qiáng)觸變性，注入地層后迅速變成半固態(tài)，防止沉降和漏失，達(dá)到理想的封堵效果。該成分是化學(xué)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(fā)明中要求所采用的白炭黑，要求BET比表面積大于150m2/g(超細(xì)二氧化硅)。根根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的觸變性化學(xué)封竄劑，其原料組成還可進(jìn)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(qiáng)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(jié)強(qiáng)度提高5% 20%。根根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的觸變性化學(xué)封竄劑中，水的用量占 30% 50%，超過此比例，則封竄劑固結(jié)強(qiáng)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(jià)值。根根據(jù)本發(fā)明的更優(yōu)選具體實(shí)施方案，本發(fā)明的觸變性化學(xué)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(rùn)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(huán)糊精和/或淀粉0.5--2.0 1■量份水30--48 1i量份。本發(fā)明主要是以富鐵低碳硫鋁酸鹽作為主劑，添加多種輔劑復(fù)配了一種具有高度觸變性的化學(xué)封竄劑。該封竄劑的線性膨脹率0.2%以上，抗壓強(qiáng)度30MPa以上，抗剪切強(qiáng)度達(dá)到IOMPa以上，觸變反應(yīng)時(shí)間為0. 5 2min，觸變次數(shù)大于20次。更具體地，該封竄劑具有以下性能特點(diǎn)1粘接性好，與金屬表面、無機(jī)礦物表面均有較高的粘接強(qiáng)度，本體抗壓強(qiáng)度達(dá)到 30MPa以上，粘接界面剝離達(dá)到IOMPa以上。2熱穩(wěn)定性、耐久性好，在350°C濕熱蒸汽環(huán)境下，強(qiáng)度損失小于2% /30天。
3抗裂能力強(qiáng)，線性膨脹率達(dá)到0. 2%以上。4觸變性好，抗漏失能力強(qiáng)。觸變反應(yīng)時(shí)間為0. 5 2min，觸變次數(shù)大于20次。本發(fā)明還提供了所述的觸變性化學(xué)封竄劑在油、水井的固井、封竄中的應(yīng)用。使用時(shí)需準(zhǔn)備1個(gè)2 5m3的攪拌罐，在攪拌狀態(tài)下將適量的水、低碳硫鋁酸鹽、鈉基膨潤(rùn)土、可再分散乳膠粉、白炭黑、環(huán)糊精等依次加入，充分?jǐn)嚢? IOmin后，得到粘稠度、流動(dòng)性適宜的化學(xué)封竄劑，運(yùn)動(dòng)粘度在300 IOOOmPa. S。配制好的封竄劑須在30min內(nèi)注入井下， 約3h左右初凝，24h后可達(dá)到使用強(qiáng)度。通過該技術(shù)的研究和應(yīng)用，能徹底解決油井管外竄槽對(duì)生產(chǎn)的不利影響，充分發(fā)揮油井產(chǎn)能、提高稠油、超稠油開發(fā)效果。本發(fā)明的觸變性化學(xué)封竄劑的適用范圍高輪次蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)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(duì)油水井管外竄槽，利用本發(fā)明的新型化學(xué)封竄劑對(duì)地層傷害小、 施工安全性高、可大量施工且成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，有針對(duì)性地研究一套工藝簡(jiǎn)單、操作方便， 成功率高、安全性好、適合油田實(shí)際的油水井封竄封堵工藝技術(shù)，可以改善層系開發(fā)狀況、 提高油田整體效益，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。綜上所述，本發(fā)明采用富鐵低碳硫鋁酸鹽作為化學(xué)封竄劑的主劑，添加多種輔劑復(fù)配了一種具有高度觸變性的化學(xué)封竄劑。該劑具有較強(qiáng)的粘接性和熱穩(wěn)定性、耐久性好、 抗裂能力突出等特點(diǎn)，線性膨脹率達(dá)到0. 2%以上，抗壓強(qiáng)度達(dá)到30MPa以上，抗剪切強(qiáng)度達(dá)到IOMPa以上；通過添加分散劑、降低失水劑、觸變調(diào)節(jié)劑，使封竄劑具有高觸變性和抗漏失能力；同時(shí)可進(jìn)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(fā)明的封竄劑，結(jié)合封竄工藝設(shè)計(jì)，能夠解決管外竄槽現(xiàn)象對(duì)注汽井、注水井、稠油井、稀油井等生產(chǎn)的不利影響，對(duì)延長(zhǎng)生產(chǎn)井壽命、提高采收率起到重要作用。和傳統(tǒng)的水泥封竄相比，剪切強(qiáng)度可提高30%以上，體積膨脹率從負(fù)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(shí)施例方式以下通過具體實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)及特點(diǎn)，但這些實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1
富鐵低碳硫鋁酸鹽50 量份鈉基膨潤(rùn)土0.5 ■量份可再分散乳膠粉0.8 ■量份超細(xì)二氧化硅2.0:■量份環(huán)糊精0.5 ■量份水35 量份 其中，所述富鐵低碳硫鋁酸鹽購(gòu)自鞍山鞍鋼礦渣開發(fā)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(rùn)土購(gòu)自黑山縣膨潤(rùn)土廠，膨脹倍數(shù)30倍；所述可再分散乳膠粉由大連化工(江蘇)有限公司生產(chǎn)，固含量98%，400μπι篩余不超過2%，最低成膜溫度0°C ；所述超細(xì)二氧化硅BET比表面積165m2/g ；所述環(huán)糊精為alpha-環(huán)糊精。使用時(shí)需準(zhǔn)備1個(gè)約5m3的攪拌罐，在攪拌狀態(tài)下按比例將水、富鐵低碳硫鋁酸鹽、鈉基膨潤(rùn)土、可再分散乳膠粉、超細(xì)二氧化硅、環(huán)糊精等依次加入，充分?jǐn)嚢? IOmin 后，得到粘稠度、流動(dòng)性適宜的化學(xué)封竄劑，運(yùn)動(dòng)粘度為750mPa. s。該配方在50°C水浴中， 3h可固化，120h后測(cè)抗壓強(qiáng)度為48MPa，剪切強(qiáng)度為12. 5MPa，線性膨脹率0. 33%。實(shí)施例2
富鐵低碳硫鋁酸鹽50 重量份鈉基膨潤(rùn)土0.7重量份可再分散乳膠粉2.0 重量份超細(xì)二氧化硅2.0 重量份環(huán)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(gòu)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(rùn)土購(gòu)自黑山縣膨潤(rùn)土廠，膨脹倍數(shù)50倍；所述可再分散乳膠粉由大連化工(江蘇)有限公司生產(chǎn)，固含量98%，400μπι篩余不超過2%，最低成膜溫度0°C ；所述超細(xì)二氧化硅BET比表面積165m2/g ；所述環(huán)糊精為beta-環(huán)糊精。使用時(shí)需準(zhǔn)備1個(gè)約3m3的攪拌罐，在攪拌狀態(tài)下按比例將水、富鐵低碳硫鋁酸鹽、鈉基膨潤(rùn)土、可再分散乳膠粉、超細(xì)二氧化硅、環(huán)糊精等依次加入，充分?jǐn)嚢? IOmin 后，得到粘稠度、流動(dòng)性適宜的化學(xué)封竄劑，運(yùn)動(dòng)粘度在500mPa. s。該配方在50°C水浴中， 3. 5h可固化，120h后測(cè)抗壓強(qiáng)度為51MPa，剪切強(qiáng)度為13. 2MPa，線性膨脹率0. 42%。實(shí)施例3
富鐵低碳硫鋁酸鹽50 重量份鈉基膨潤(rùn)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(gòu)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(rùn)土購(gòu)自黑山縣膨潤(rùn)土廠，膨脹倍數(shù)50倍；所述可再分散乳膠粉由大連化工(江蘇)有限公司生產(chǎn)，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(shí)需準(zhǔn)備1個(gè)約3m3的攪拌罐，在攪拌狀態(tài)下按比例將水、富鐵低碳硫鋁酸鹽、鈉基膨潤(rùn)土、可再分散乳膠粉、氣相二氧化硅、淀粉等依次加入，充分?jǐn)嚢? IOmin后， 得到粘稠度、流動(dòng)性適宜的化學(xué)封竄劑，運(yùn)動(dòng)粘度在350mPa. s。采用靜切力法測(cè)其觸變性， Δ τ值(10分鐘和10秒鐘的剪切應(yīng)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(cè)抗壓強(qiáng)度為52MPa，剪切強(qiáng)度為15. 5MPa，線性膨脹率 0. 33%。實(shí)施例4
富鐵低碳硫鋁酸鹽50 量份鈉基膨潤(rùn)土0.5 ]重量份可再分散乳膠粉1.0]重量份超細(xì)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(gòu)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(rùn)土購(gòu)自黑山縣膨潤(rùn)土廠，膨脹倍數(shù)50倍；所述可再分散乳膠粉由大連化工(江蘇)有限公司生產(chǎn)，固含量98%，400μπι篩余不超過2%，最低成膜溫度0°C ；所述超細(xì)二氧化硅BET比表面積165m2/g ；所述氫氧化鈣為化學(xué)純?cè)噭?；所述淀粉為市售玉米淀粉。使用時(shí)需準(zhǔn)備1個(gè)約3m3的攪拌罐，在攪拌狀態(tài)下按比例將水、富鐵低碳硫鋁酸鹽、鈉基膨潤(rùn)土、可再分散乳膠粉、超細(xì)二氧化硅、淀粉、氫氧化鈣等依次加入，充分?jǐn)嚢?5 IOmin后，得到粘稠度、流動(dòng)性適宜的化學(xué)封竄劑，運(yùn)動(dòng)粘度在400mPa. S。該配方在 50°C水浴中，2. Oh可固化，120h后測(cè)抗壓強(qiáng)度為58MPa，剪切強(qiáng)度為16. 5MPa,線性膨脹率 0. 24%。
權(quán)利要求
1 一種觸變性化學(xué)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(rùn)土降失水劑白炭黑環(huán)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(jù)權(quán)利要求1所述的觸變性化學(xué)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(jù)權(quán)利要求1所述的觸變性化學(xué)封竄劑，其中，所述鈉基膨潤(rùn)土的膨脹倍數(shù)為30 倍以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸變性化學(xué)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(jù)權(quán)利要求1所述的觸變性化學(xué)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(huán)糊精選自alpha-環(huán)糊精、beta-環(huán)糊精和/或gamma-環(huán)糊精。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸變性化學(xué)封竄劑，其中，所述白炭黑BET比表面積大于 150m2/g。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸變性化學(xué)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(jù)權(quán)利要求1所述的觸變性化學(xué)封竄劑，該封竄劑的線性膨脹率0.2%以上，抗壓強(qiáng)度30MPa以上，抗剪切強(qiáng)度達(dá)到IOMPa以上，觸變反應(yīng)時(shí)間為0. 5 2min，觸變次數(shù)大于 20次。
9.權(quán)利要求1 8任一項(xiàng)所述的觸變性化學(xué)封竄劑在油、水井的固井、封竄中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種觸變性化學(xué)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(rùn)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(huán)糊精和/或淀粉0.5～4.0重量份，水30～50重量份。本發(fā)明的化學(xué)封竄劑具有較強(qiáng)的粘接性和熱穩(wěn)定性、耐久性好、抗裂能力突出等特點(diǎn)，線性膨脹率達(dá)到0.2％以上，抗壓強(qiáng)度達(dá)到30MPa以上，抗剪切強(qiáng)度達(dá)到10MPa以上；通過添加分散劑、降低失水劑、觸變調(diào)節(jié)劑，使封竄劑具有高觸變性和抗漏失能力。
文檔編號(hào)C09K8/46GK102181274SQ201110078530
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)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(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣股份有限公司