一種高強度低密度管外封竄劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于油田化學封堵技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高強度低密度管外封竄劑及其 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 油田投產(chǎn)井因固井質(zhì)量不合格、長期注采生產(chǎn)和采取酸化壓裂等改造措施后，井 下套管與井眼環(huán)空間原采用油井水泥封固的一、二界面常出現(xiàn)管外竄槽，注入水沿管外竄 槽注入到非目的層導致無效注水，或者地層水沿管外竄槽倒灌至生產(chǎn)層導致油井水淹，嚴 重影響多油層油藏的生產(chǎn)，需采用高強度管外封竄劑對管外竄槽部位進行封堵恢復油水井 正常生產(chǎn)。
[0003]目前，現(xiàn)場常采用G級油井水泥和超細油井水泥等高強度堵劑進行管外竄槽封 堵，雖取得了一定效果，但存在漏失嚴重和封竄成功率低等問題，其原因在于油井水泥類漿 體密度大，一般在1. 8~I. 9g/cm3之間，液柱靜壓力高，管外封竄施工時，油井水泥漿體易 沿管外竄槽漏失到生產(chǎn)層，造成生產(chǎn)層深度污染，而需要封堵的竄槽部位只有少量甚至無 水泥漿體駐留，致使管外封竄失敗；在不降低封堵強度的基礎(chǔ)上，降低封堵劑的密度，從而 降低液柱靜壓力，減少對生產(chǎn)層的傷害，是技術(shù)人員研究的方向之一。
[0004] 專利CN101353571B公開了一種油水井礦渣封堵劑及在注水開發(fā)油田中的應(yīng)用， 其由以下組分制成：高爐礦渣10~40%、懸浮分散劑5~10%、水化激活劑0. 1~3. 0%、 其余為水；通過加入水化激活劑碳酸鈉和氫氧化鈉，促使礦渣水化凝固，固化后具有一定的 強度和封堵作用，該封堵劑具有低密度的特點，其密度為1. 10~I. 35g/cm3;但該封堵劑強 度較低，析水率高（3% )，穩(wěn)定性差，固化后體積收縮封堵不嚴，一般用于注水井調(diào)剖和油 水井間竄流優(yōu)勢通道封堵用，不能作為管外封竄劑使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種高強度低密度管外封竄劑。解決現(xiàn)有技術(shù)中封堵劑漿體 析水率高、穩(wěn)定性差的技術(shù)問題；同時，賦予封竄劑強度高、密度低、可注入性好的特點。 [0006] 本發(fā)明的第二個目的是提供上述封竄劑的制備方法。
[0007] 為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0008] -種高強度低密度管外封竄劑，由以下重量份的組分組成：固化劑30~35份，活 性減輕劑10~20份，激發(fā)劑5~8份，分散劑0. 5~I. 0份，緩凝劑0. 2~0. 8份；所述固 化劑由超細油井水泥和超細粉煤灰按3~5:6的質(zhì)量比組成；所述活性減輕劑為納米氧化 鋁漿料，其有效成分含量為30~40wt% ;所述激發(fā)劑由氧化鈣、氫氧化鈉和硫酸鈉組成。
[0009] 本發(fā)明提供的高強度低密度管外封竄劑，固化劑可在活性減輕劑和激發(fā)劑的雙重 作用下，發(fā)生水化硬化反應(yīng)；所述固化劑為油田管外竄槽封堵領(lǐng)域的固化劑，其屬于無機 膠凝材料。納米氧化鋁漿料起到活性減輕材料的作用，其粒度微細均勻，比表面積大，化學 活性高，懸浮性好，其與固化劑、激發(fā)劑在水化硬化過程中發(fā)生協(xié)同反應(yīng)，形成以納米氧化 鋁為核心的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一方面賦予固化物更高的強度，另一方面其比表面積大，懸浮性 好，易于分散在水中，在降低漿體密度同時，還可增強漿體的穩(wěn)定性；同時納米氧化鋁漿料 的顆粒效應(yīng)協(xié)同其他組分對增加固化物的密封性和防滲性也有一定作用；分散劑通過在各 組分表面的吸附，防止固化劑、納米氧化鋁等顆粒間凝聚和結(jié)團，同時，可使各組分充分分 散，激發(fā)劑組分均勻地分散于固化劑表面，使封竄劑的固化過程均勻、充分；上述各組分的 協(xié)同作用，具有降低封竄劑漿體密度，同時保持較高固化強度的作用。
[0010] 所述固化劑中，超細油井水泥的粒徑優(yōu)選為2~6 μπι ;超細粉煤灰的粒徑優(yōu)選為 0. 2~5 μ m。市售超細油井水泥可通過進一步過篩分選，將超細油井水泥的粒徑控制在2~ 6 μ m，最大粒徑不超過10 μ m。市售超細粉煤灰可通過進一步的研磨破碎和過篩分選，將粉 煤灰的粒徑控制在0. 2~5 μπι，80%的粒徑小于2 μπι。固化劑中，市售的超細油井水泥和 超細粉煤灰經(jīng)過研磨和篩分選后，粒度更細，比表面積更大，懸浮性更好，配制的低密度水 灰漿穩(wěn)定性好，室溫下長時間靜置不分層且析水率低，同時，研磨和顆粒細化可使固化劑獲 得更高的活性，在后續(xù)水化固化過程中，有利于獲得強度更高和致密性更好的固化物。
[0011] 固化劑對固化物的性質(zhì)具有重要作用，其能與水發(fā)生化學反應(yīng)生成具有一定強度 的鈣鋁釩石和硅酸凝膠，在納米氧化鋁漿料和激發(fā)劑的作用下，水化反應(yīng)加速，生成強度更 高和以納米氧化鋁為核心的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；為使固化物具有更好的致密度和防滲性，所述 固化劑的粒徑條件優(yōu)選為：平均粒徑為2~6 μ m，最大粒徑< 10 μ m，比表面積> 18000m2/ kg。采用上述固化劑可極大程度的避免市售G級油井水泥和超細油井水泥因平均粒徑和最 大粒徑過大造成漿體穩(wěn)定性差，析水量大，固化后體積收縮嚴重和封堵不嚴的弊病。
[0012] 所述納米氧化鋁漿料的粒徑條件優(yōu)選為平均粒徑為6~10nm，比表面積> 800m2/ g。所述納米氧化鋁漿料為納米氧化鋁分散至水中制成；目前已有多種市售產(chǎn)品供選擇。
[0013] 所述激發(fā)劑中氧化鈣、氫氧化鈉和硫酸鈉三組分的比例可根據(jù)現(xiàn)場條件調(diào)整。作 為優(yōu)選方案，氧化1丐、氫氧化鈉和硫酸鈉的摩爾比為3~5:2~3:1 ;進一步優(yōu)選的，氧化 鈣、氫氧化鈉和硫酸鈉的摩爾比為3:2:1。
[0014] 能夠?qū)袒瘎┢鸬搅己梅稚⒆饔玫姆稚┓N類有很多；作為優(yōu)選方案，所述分散 劑為木質(zhì)素磺酸鹽；所述木質(zhì)素磺酸鹽進一步優(yōu)選為木質(zhì)素磺酸鈣或木質(zhì)素磺酸鈉；其具 有分散能力好、耐硬水、耐高溫、可生物降解的特點。
[0015] 緩凝劑的作用為根據(jù)現(xiàn)場條件來調(diào)整管外封竄劑的稠化時間，緩凝劑能滿足上述 要求即可；所述緩凝劑優(yōu)選為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚物。2-丙烯酰胺基-2-甲 基丙磺酸（AMPS)為白色結(jié)晶粉末，具有較強的吸濕性，可以在水、二甲基甲酰胺等介質(zhì)中 發(fā)生共聚合反應(yīng);AMPS的共聚物在石油工業(yè)中已有廣泛應(yīng)用：AMPS與甲基丙烯酸、丙烯酰 胺制成的三元共聚物，用于固井水泥外加劑，可起到高溫緩凝作用；AMPS與N，N-二甲基丙 烯酰胺的共聚物可用于油井水泥漿失水劑；AMPS與丙烯酸、四氫苯甲酸等共聚，可以制備 鉆井液分散劑、降粘劑、降濾失劑等；本發(fā)明所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚物限于 緩凝劑應(yīng)用范圍，其緩凝作用機理為：緩凝劑的羧酸、磺酸等酸性基團與鋁酸三鈣和硅酸三 鈣反應(yīng)，通過吸附、螯合、分散和潤濕等作用，在高強度低密度管外封竄劑水化初期通過擴 散雙電層分散水泥顆粒，在水泥顆粒表面與鈣離子形成溶劑化膜，與鋁酸三鈣優(yōu)先吸附減 緩了水化作用，表現(xiàn)了很強的緩凝作用，而對硅酸三鈣則表現(xiàn)出較弱的吸附性能，從而也保 證了后期水泥強度的發(fā)育。所述緩凝劑進一步優(yōu)選為市售GH-9高溫緩凝劑。
[0016] 本發(fā)明提供的高強度低密度管外封竄劑，由以下重量百分比的原料制成：固化劑 30~35 %，活性減輕劑10~20 %，激發(fā)劑5~8 %，分散劑0· 5~L 0 %，緩凝劑0· 2~ 0. 8%，余量為水；所述固化劑由超細油井水泥和超細粉煤灰按3~5:6的質(zhì)量比組成；所 述活性減輕劑為納米氧化鋁漿料，其有效成分含量為30~40wt% ;所述激發(fā)劑由氧化鈣、 氫氧化鈉和硫酸鈉組成。
[0017] 本發(fā)明提供的封竄劑，控制合適的水灰比，其漿體粘度小于IOmPa. s，密度介于 1. 15~I. 39g/cm3之間，漿體具有流變性好、注入性好的優(yōu)點，低密度的封竄劑漿體，有利于 降低液柱靜壓力，減少封竄施工時封竄劑沿管外竄槽漏失對生產(chǎn)層的深度污染，增加竄槽 部位封竄劑駐留量，提高管外封竄措施成功率；各組分協(xié)同作用，使?jié){體具有較低密度的同 時具有較高的強度，突破壓力梯度在I. 70MPa/cm以上，滿足管外封堵的技術(shù)要求；同時，該 封竄劑漿體具有穩(wěn)定好，析水率低的特點，該封竄劑漿體室溫靜置24h不分層，析水率小于 〇. 5%，克服了常規(guī)漿體易分層、析水率高和固化強度低的弊端。上述因素的綜合作用，可以 有效的解決現(xiàn)有封竄劑漏失量大、深度污染生產(chǎn)層和管外封竄成功率低等技術(shù)難題，提高 了管外封竄的成功率。
[0018] 本發(fā)明提供的上述封竄劑的制備方法，包括：向水中加入分散劑和緩凝劑，攪拌至 溶解，加入納米氧化鋁漿料，攪拌至分散均勻，依次加入激發(fā)劑和固化劑，攪拌混合均勻，即 得。
[0019] 加入納米氧化鋁漿料后，優(yōu)選攪拌時間大于20min ;加入激發(fā)劑和固化劑后，優(yōu)選 攪拌時間大于40min使各組分混合均勾。
[0020] 該方法制備工藝簡單，對設(shè)備的要求不高，在施工現(xiàn)場即可方便調(diào)配；通過合理控 制工藝條件可實現(xiàn)各組分高效分散混合，適合在油田推廣應(yīng)用。
【具體實施方式】
[0021] 下述實施例僅對本發(fā)明作進一步詳細說明，但不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制。
[0022] 實施例1
[0023] 本實施例的高強度低密度管外封竄劑，包括以下重量份的組分：固化劑35份，納 米氧化鋁漿料20份，激發(fā)劑8份，分散劑I. 0份，緩凝劑0. 8份；
[0024] 所述固化劑由超細油井水泥和超細粉煤灰按4:6的質(zhì)量比組成；超細油井水泥由 市售超細油井水泥經(jīng)過篩分選而得，粒徑控制在2~6 μ m，最大粒徑不超過10 μ m ;超細粉 煤灰由市售粉煤灰經(jīng)研磨破碎和過篩分選而得，粒徑為0. 2~5 μ m，80 %的粒徑小于2 μ m ; 所述固化劑的比表面積> 18000m2/kg ;所述納米氧化鋁漿料的平均粒徑為6nm，比表面積> 800m2/g，有效成分含量為30wt%。激發(fā)劑中氧化鈣、氫氧化鈉和硫酸鈉的摩爾比為5:2:1 ; 所述分散劑為木質(zhì)磺酸鈉；所述緩凝劑為GH-9高溫緩凝劑。
[0025] 本實施例的高強度低密度管外封竄劑，由以下重量百分含量的原料制成：固化劑 35 %，納米氧化鋁漿料20 %，激發(fā)劑8 %，分散劑I. 0 %，緩凝劑0. 8 %，余量為水。
[0026] 本實施例封竄劑的制備包括：在攪拌條件下向水中加入分散劑和緩凝劑，待分散