一种油田耐温封堵剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及油水井封堵技术领域，特别涉及一种油田耐温封堵剂及其制备方法。


背景技术：

2.随着深层勘探步伐的加快，深部地层的钻探日益增多，因而遇到的深井、超深井也越来越多，并且井下温度相对较高，油井封堵作为油田开发后期稳油控水的主要措施之一，面对这种高温油藏封堵，对常规封堵剂体系的耐温性能具有严峻的考验。
3.目前，现有技术提供的封堵剂体系主要包括：有机堵剂体系及无机颗粒堵剂体系。有机堵剂体系基本为聚合物凝胶类，目前使用较为广泛，具有注入性好的特点，但耐温性能较差，如聚丙烯酰胺类凝胶当温度超过150℃后，完全失去封堵作用。无机颗粒堵剂体系主要使用水泥类颗粒，例如硅酸盐水泥，具有成本低，固化强度高等特点。
4.在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：
5.硅酸盐水泥达到临界温度(110℃，150℃)以上时，不仅面临着高温作用下水泥调配技术难题，而且水泥石强度还将发生倒退且渗透率增大等问题，对于高温油藏封层封窜成功率低，有效期短。


技术实现要素：

6.鉴于此，本发明提供一种油田耐温封堵剂及其制备方法，可以解决上述技术问题。
7.具体而言，包括以下的技术方案：
8.一方面，提供了一种油田耐温封堵剂，所述油田耐温封堵剂包括以下质量百分比的组分：
9.具有多种粒径的铝酸盐水泥粉53％-57％；
10.粉煤灰1.7％-4％；
11.微硅粉3％-7％；
12.稳定剂0.003％-0.1％；
13.调节剂1％-2.5％；
14.以及余量的水。
15.在一种可能的实现方式中，按照铝酸盐水泥粉的质量为100％计，所述铝酸盐水泥粉包括：
16.质量百分含量为59％-71％的平均粒径为5μm-9μm的铝酸盐水泥粉；
17.质量百分含量为29％-41％的平均粒径为27μm-34μm的铝酸盐水泥粉。
18.在一种可能的实现方式中，所述粉煤灰的平均粒径为45μm-50μm。
19.在一种可能的实现方式中，所述微硅粉的平均粒径为0.11μm-0.15μm。
20.在一种可能的实现方式中，所述稳定剂选自羟甲基羟乙基纤维素、2-羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的至少一种。
21.在一种可能的实现方式中，所述稳定剂的平均粒径为60μm-80μm。
22.在一种可能的实现方式中，所述调节剂为酮醛类化合物、丙烯酸/丙烯酰胺甲基丙烷磺酸共聚物、三乙醇胺中的至少一种。
23.在一种可能的实现方式中，所述调节剂的粘度为5mpa.s-10mpa.s。
24.另一方面，本发明实施例还提供了一种油田耐温封堵剂的制备方法，所述制备方法包括：按照质量百分比，将铝酸盐水泥粉、粉煤灰、微硅粉于球磨机中混合均匀，获得固体混合物；
25.将稳定剂和调节剂加入水中，搅拌至溶解，获得混合溶液；
26.将所述固体混合物加入至所述混合溶液中，搅拌均匀，得到油田耐温封堵剂。
27.在一种可能的实现方式中，所述球磨机的球磨速度为3500r/min-4500r/min。
28.本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：
29.本发明实施例提供的油田耐温封堵剂，通过上述各质量百分比的各组分之间的协同作用，特别是采用了具有多种粒径的铝酸盐水泥粉，使得该油田耐温封堵剂至少具有以下优点：
30.(1)本发明实施例提供的油田耐温封堵剂的初始稠度较低，能够保持较好的流动性，保证其在现场具有较好的泵输性能，并且在150℃及50mpa条件下稠化时间大于6.5h以上，耐温性强，保证了现场施工安全
31.(2)本发明实施例提供的油田耐温封堵剂在常压(压强为一个大气压)及150℃，油浴条件下养护72h后，其抗压强度大于29mpa，满足高温深井封层以及封窜强度要求，适应性强，对于高温油藏封层封窜成功率高，有效期长。
32.(3)本发明实施例提供的油田耐温封堵剂具有较强的抗高温强度衰减能力，采用超声波水泥强度分析仪进行测试，在150℃的条件下168h内，本发明实施例提供的油田耐温封堵剂抗压强度没有明显衰退的迹象，抗压强度一直保持在28mpa以上。
具体实施方式
33.为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
34.在高温高压油藏存在封层、封窜需要时，发明人发现现有技术提供的封堵剂存在耐高温性能较差，以及对于高温深层封堵的适应性较差等问题。为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种油田耐温封堵剂，其中，该油田耐温封堵剂包括以下质量百分比的组分：
35.具有多种粒径的铝酸盐水泥粉53％-57％；
36.粉煤灰1.7％-4％；
37.微硅粉3％-7％；
38.稳定剂0.003％-0.1％；
39.调节剂1％-2.5％；
40.以及余量的水。
41.本发明实施例提供的油田耐温封堵剂，通过上述各质量百分比的各组分之间的协同作用，特别是采用了具有多种粒径的铝酸盐水泥粉，使得该油田耐温封堵剂至少具有以下优点：
42.(1)本发明实施例提供的油田耐温封堵剂的初始稠度较低，能够保持较好的流动性，保证其在现场具有较好的泵输性能，并且在150℃及50mpa条件下稠化时间大于6.5h以上，耐温性强，保证了现场施工安全
43.(2)本发明实施例提供的油田耐温封堵剂在常压(压强为一个大气压)及150℃，油浴条件下养护72h后，其抗压强度大于29mpa，满足高温深井封层以及封窜强度要求，适应性强，对于高温油藏封层封窜成功率高，有效期长。
44.(3)本发明实施例提供的油田耐温封堵剂具有较强的抗高温强度衰减能力，采用超声波水泥强度分析仪进行测试，在150℃的条件下168h内，本发明实施例提供的油田耐温封堵剂抗压强度没有明显衰退的迹象，抗压强度一直保持在28mpa以上。
45.对于本发明实施例提供的油田耐温封堵剂，其中包含的各组分的质量百分含量分别可以如下：
46.对于铝酸盐水泥粉，其质量百分含量可以为53.3％、54％、54.5％、55％、55.3％、55.5％、55.8％、56、56.2％、56.5％、56.5％、56.9％等。
47.对于粉煤灰，其质量百分含量可以为1.7％、2％、2.2％、2.5％、3％、3.5％等。
48.对于微硅粉，其质量百分含量可以为3.9％、4.2％、4.5％、4.7％、5％、5.2％、5.5％、5.8％、6％、6.4％等。
49.对于稳定剂，其质量百分含量可以为0.03％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％等。
50.对于调节剂，其质量百分含量可以为1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2.0％等。
51.以下针对本发明实施例提供的油田耐温封堵剂的各组分分别给予阐述：
52.对于铝酸盐水泥粉，其是以铝矾土和石灰石为原料，经煅烧制得的以铝酸钙为主要成分、氧化铝含量约50％的熟料，再磨制成的水硬性胶凝材料。铝酸盐水泥粉可以包括铝酸钙水泥粉、铝酸钡水泥粉、以及铝酸钡锆水泥粉。
53.本发明实施例中，铝酸盐水泥粉在油田耐温封堵剂作为主体材料，其本身具有一定抗高温性能，通过与其他组分协同作用，以达到提高封堵剂强度及抗衰退性能的目的，采用了多种粒径，通过不同颗粒间合理级配和紧密堆积，提高封堵剂宏观力学性能(如：强度、抗衰退性等)。
54.按照铝酸盐水泥粉的质量为100％计，铝酸盐水泥粉包括：质量百分含量为59％-71％的平均粒径为5μm-9μm的铝酸盐水泥粉；以及质量百分含量为29％-41％的平均粒径为27μm-34μm的铝酸盐水泥粉。
55.通过采用以上构成的铝酸盐水泥粉，能够显著提高封堵剂的抗高温性。
56.其中，对于小粒径的铝酸盐水泥粉，其平均粒径为5μm-9μm，例如5μm、6μm、7μm、8μm、9μm等。
57.对于大粒径的铝酸盐水泥粉，其平均粒径为27μm-34μm，例如27μm、28μm、29μm、30μm、31μm、32μm、33μm、34μm等。
58.对于粉煤灰，其由燃料(主要是煤)燃烧过程中排出的微小灰粒。粉煤灰大部分呈球状，微孔较小。
59.本发明实施例中，粉煤灰在油田耐温封堵剂中起到的作用是：能够与铝酸盐水泥
水化时析出的游离石灰反应生成稳定的低钙硅酸的水化产物，为了达到提高封堵剂整体强度，延缓强度衰退的效果，所使用的粉煤灰的平均粒径可以为45μm-50μm，例如，45μm、46μm、47μm、48μm、49μm、50μm等。
60.对于微硅粉，其能够填充铝酸盐水泥粉颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，在铝酸盐水泥粉掺入适量的微硅粉，可显著提高抗压、抗高温、抗折、抗渗、防腐、抗冲击及耐磨性能。
61.本发明实施例中，为了改善封堵剂的微观结构，对其它颗粒起到吸附作用，降低游离水，提高抗压强度和胶结强度，所使用的微硅粉的平均粒径为0.11μm-0.15μm，例如0.11μm、0.12μm、0.13μm、0.14μm、0.15μm等。
62.本发明实施例中，稳定剂在油田耐温封堵剂中起到的作用是使细小的颗粒快速分散并依靠其黏度稳定悬浮固体颗粒材料，为了达到优化该效果的目的，稳定剂可以选自羟甲基羟乙基纤维素、2-羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的至少一种。
63.作为一种示例，稳定剂可以选自羟甲基羟乙基纤维素、2-羟乙基纤维素、或者羟丙基甲基纤维素；
64.作为另一种示例，稳定剂可以选自羟甲基羟乙基纤维素和2-羟乙基纤维素的混合物、羟甲基羟乙基纤维素和羟丙基甲基纤维素的混合物、2-羟乙基纤维素和羟丙基甲基纤维素的混合物。
65.作为再一种示例，稳定剂可以选自羟甲基羟乙基纤维素、2-羟乙基纤维素和羟丙基甲基纤维素三者的混合物。
66.本发明实施例中，所使用的稳定剂的平均粒径为60μm-80μm，以达到提高封堵剂悬浮性能，形成均匀稳定的浆体的目的。
67.调节剂在本发明实施例提供的油田耐温封堵剂中所起到的作用是调节封堵剂的稠化时间在期望范围内，为了优化上述效果，所适用的调节剂可以为酮醛类化合物、丙烯酸/丙烯酰胺甲基丙烷磺酸共聚物、三乙醇胺中的至少一种。
68.作为一种示例，调节剂可以为酮醛类化合物、丙烯酸/丙烯酰胺甲基丙烷磺酸共聚物、或者三乙醇胺。
69.作为另一种示例，调节剂可以为酮醛类化合物和丙烯酸/丙烯酰胺甲基丙烷磺酸共聚物的混合物、酮醛类化合物和三乙醇胺的混合物、或者丙烯酸/丙烯酰胺甲基丙烷磺酸共聚物和三乙醇胺的混合物。
70.作为再一种示例，调节剂可以为酮醛类化合物、丙烯酸/丙烯酰胺甲基丙烷磺酸共聚物和三乙醇胺的混合物。
71.本发明实施例中，所使用的调节剂为粘度为5mpa.s-10mpa.s的液体，以达到保证封堵剂现场施工安全的目的。
72.另一方面，本发明实施例还提供了一种油田耐温封堵剂的制备方法，其中，该制备方法包括以下步骤：
73.步骤101、按照质量百分比，将铝酸盐水泥粉、粉煤灰、微硅粉于球磨机中混合均匀，获得固体混合物。
74.步骤102、将稳定剂和调节剂加入水中，搅拌至溶解，获得混合溶液；
75.步骤103、将固体混合物加入至混合溶液中，搅拌均匀，得到油田耐温封堵剂。
76.本发明实施例提供的油田耐温封堵剂的制备方法，通过将由铝酸盐水泥粉、粉煤灰、微硅粉构成的固体混合物加入至由稳定剂、调节剂和水构成的混合溶液中，搅拌均匀，能够得到各组分充分且均匀分散的油田耐温封堵剂，使得该封堵剂在用于油田堵漏时，能够充分发挥其性能。
77.利用本发明实施例提供的方法制备得到的油田耐温封堵剂至少具有以下优点：
78.(1)本发明实施例提供的油田耐温封堵剂的初始稠度较低，能够保持较好的流动性，保证其在现场具有较好的泵输性能，并且在150℃及50mpa条件下稠化时间大于6.5h以上，保证了现场施工安全。
79.(2)本发明实施例提供的油田耐温封堵剂在常压(压强为一个大气压)及150℃，油浴条件下养护72h后，其抗压强度大于29mpa，满足深井封层以及封窜强度要求。
80.(3)本发明实施例提供的油田耐温封堵剂具有较强的抗高温强度衰减能力，采用超声波水泥强度分析仪进行测试，在150℃的条件下168h内，本发明实施例提供的油田耐温封堵剂抗压强度没有明显衰退的迹象，抗压强度一直保持在28mpa以上。
81.其中，对于步骤101，将铝酸盐水泥粉、粉煤灰、微硅粉于球磨机中混合均匀，利用球磨机进行该混合过程，能够显著改善以上各组分的分散效果，达到充分分散的目的。
82.利用球磨机进行上述混合过程时，在达到上述的充分分散的目的的前提下，为了不破坏铝酸盐水泥粉的粒径范围，本发明实施例中，使球磨机的球磨速度为3500r/min-4500r/min，例如3500r/min、3700r/min、3900r/min、4000r/min、4200r/min、4400r/min等。
83.对于步骤102，将稳定剂和调节剂加入水中，搅拌至溶解，获得混合溶液，其具体又可包括以下步骤：
84.将稳定剂加入水中，搅拌至稳定剂充分溶解后，再向其中加入调节剂，充分搅拌均匀，得到上述混合溶液。
85.或者，将调节剂加入水中，搅拌至调节剂充分溶解后，再向其中加入稳定剂，充分搅拌均匀，得到上述混合溶液。
86.通过使稳定剂和调节剂单一地加入至水溶液中，分别充分溶解后，再加入另外一个，如此可以显著提高稳定剂和调节剂在混合溶液中的分散度，利于获得高性能的油田耐温封堵剂。
87.再一方面，本发明实施例还提供了上述油田耐温封堵剂在油田封堵作业，特别是高温油藏封层、封窜中的应用。
88.发明人研究发现，在井温为155℃的高温油藏的一口新投井中，油层区域固井质量差，不能达到投产要求，存在水窜的风险，通过采用本发明实施例提供的封堵剂对固井质量不好的井段进行补孔封窜的处理，使所在井达到了投产要求，并取得较好效果，有效期达到2.5年。
89.其中，上述油田耐温封堵剂包括以下质量百分比的组分：
90.具有多种粒径的铝酸盐水泥粉53％-57％；
91.粉煤灰1.7％-4％；
92.微硅粉3％-7％；
93.稳定剂0.003％-0.1％；
94.调节剂1％-2.5％；
95.以及余量的水。
96.以下将通过具体实施例进一步地描述本发明：
97.实施例1
98.本实施例提供了一种油田耐温封堵剂，其包括以下质量百分含量的组分：56.16％不同粒径的铝酸盐水泥粉、1.78％粉煤灰、3.91％微硅粉、1.71％调节剂、0.07％稳定剂、以及余量的自来水。
99.其中，按照铝酸盐水泥粉的质量为100％计，铝酸盐水泥粉包括：质量百分含量为59％的平均粒径为5μm-9μm的铝酸盐水泥粉，以及质量百分含量为41％的平均粒径为27μm-34μm的铝酸盐水泥粉。所使用的粉煤灰的平均粒径为45μm，微硅粉的平均粒径为0.15μm，稳定剂为羟甲基羟乙基纤维素，调节剂为丙烯酸/丙烯酰胺甲基丙烷磺酸共聚物。
100.实施例2
101.本实施例提供了一种油田耐温封堵剂，其包括以下质量百分含量的组分：53.38％不同粒径的铝酸盐水泥粉、3.56％粉煤灰、6.41％微硅粉、1.74％调节剂、0.04％稳定剂、以及余量的自来水。
102.其中，按照铝酸盐水泥粉的质量为100％计，铝酸盐水泥粉包括：质量百分含量为66％的平均粒径为5μm-9μm的铝酸盐水泥粉，以及质量百分含量为34％的平均粒径为27μm-34μm的铝酸盐水泥粉。所使用的粉煤灰的平均粒径为50μm，微硅粉的平均粒径为0.11μm，稳定剂为2-羟乙基纤维素，调节剂为三乙醇胺。
103.实施例3
104.本实施例提供了一种油田耐温封堵剂，其包括以下质量百分含量的组分：54.29％不同粒径的铝酸盐水泥粉、2.14％粉煤灰、4.63％微硅粉、2.03％调节剂、0.011％稳定剂、以及余量的自来水。
105.其中，按照铝酸盐水泥粉的质量为100％计，铝酸盐水泥粉包括：质量百分含量为60％的平均粒径为5μm-9μm的铝酸盐水泥粉，以及质量百分含量为40％的平均粒径为27μm-34μm的铝酸盐水泥粉。所使用的粉煤灰的平均粒径为48μm，微硅粉的平均粒径为0.13μm，稳定剂为羟甲基羟乙基纤维素，调节剂为酮醛类化合物。
106.实施例4
107.本实施例提供了一种油田耐温封堵剂，其包括以下质量百分含量的组分：55.16％不同粒径的铝酸盐水泥粉、2.49％粉煤灰、4.98％微硅粉、1.39％调节剂、0.004％稳定剂、以及余量的自来水。
108.其中，按照铝酸盐水泥粉的质量为100％计，铝酸盐水泥粉包括：质量百分含量为70％的平均粒径为5μm-9μm的铝酸盐水泥粉，以及质量百分含量为30％的平均粒径为27μm-34μm的铝酸盐水泥粉。所使用的粉煤灰的平均粒径为49μm，微硅粉的平均粒径为0.14μm，稳定剂为2-羟乙基纤维素，调节剂为丙烯酸/丙烯酰胺甲基丙烷磺酸共聚物。
109.实施例5
110.本实施例提供了一种油田耐温封堵剂，其包括以下质量百分含量的组分：55.87％不同粒径的铝酸盐水泥粉、2.14％粉煤灰、3.91％微硅粉、1.71％调节剂、0.007％稳定剂、以及余量的自来水。
111.其中，按照铝酸盐水泥粉的质量为100％计，铝酸盐水泥粉包括：质量百分含量为
65％的平均粒径为5μm-9μm的铝酸盐水泥粉，以及质量百分含量为35％的平均粒径为27μm-34μm的铝酸盐水泥粉。所使用的粉煤灰的平均粒径为50μm，微硅粉的平均粒径为0.13μm，稳定剂为羟甲基羟乙基纤维素，调节剂三乙醇胺。
112.针对实施例1-5制备得到的油田耐温封堵剂，以下就它们的性能分别进行了测定：
113.(1)对上述各实施例制备得到的油田耐温封堵剂的稠化时间进行测定，测试方法具体如下所示：
114.将上述实施例1-5制备得到油田耐温封堵剂搅拌均匀，放入150℃以及50mpa条件下的dfc-0712b高温高压双缸稠化仪内，保持升温升压时间为40min，分别测得各实施例的油田耐温封堵剂稠化时间如表1所示：
115.表1
116.项目稠化时间，h实施例17.2实施例28.1实施例38.7实施例46.8实施例57.6
117.由表1可知，本发明实施例提供的油田耐温封堵剂的初始稠度较低，能够保持较好的流动性，保证其在现场具有较好的泵输性能，并且在150℃及50mpa条件下稠化时间大于6.5h以上，保证了现场施工安全。
118.(2)对上述各实施例制备得到的油田耐温封堵剂的抗压强度进行测定，测试方法具体如下所示：
119.将上述油田耐温封堵剂搅拌均匀，倒入5cm
×
5cm
×
5cm密封模具中，然后一并放入油浴箱内，在150℃条件下养护72h，采用抗压强度测定仪分别测定其固化后的抗压强度，如表2所示。
120.表2
121.项目抗压强度，mpa实施例133.73实施例231.46实施例329.68实施例432.17实施例531.69
122.由表2可知，本发明实施例提供的油田耐温封堵剂在常压及150℃，油浴条件下养护72h后，其抗压强度大于29mpa，满足深井封层以及封窜强度要求。
123.(3)对上述各实施例制备得到的油田耐温封堵剂的抗压强度衰退能力进行测定，测试方法具体如下所示：
124.将上述油田耐温封堵剂搅拌均匀，放入超声波强度分析仪中，在150℃条件下观察其在168h后抗压强度发展趋势，即可表征其抗压强度衰退能力，如表3所示。
125.表3
126.项目固化强度，mpa实施例132.75实施例230.21实施例328.78实施例430.97实施例530.12
127.由表3可知，本发明实施例提供的油田耐温封堵剂具有较强的抗高温强度衰减能力，采用超声波水泥强度分析仪进行测试，在150℃的条件下168h内，本发明实施例提供的油田耐温封堵剂抗压强度没有明显衰退的迹象，抗压强度一直保持在28mpa以上。
128.以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。