一种耐高温油井封堵剂的制作方法

本发明涉及一种耐高温油井封堵剂，属于石油钻井材料技术领域。

背景技术：

钻井过程中，大裂缝、溶洞型漏失，又称为恶性漏失，这种类型的漏失所占的比例很高，恶性漏失易发在裂缝或溶洞发育、断层或破碎带存在的地层，漏速一般呈现单泵或双泵失返或循环失灵等现象且会伴随着又漏又喷。针对此类漏失，常应用混合高固相架桥材料的水泥浆进行堵漏作业。

但是随着钻井事业的发展，在某些恶性漏失发生的位置深度较深，井下温度高，一般的混合高固相架桥材料的水泥浆在高温条件下强度损失较大，而且不能准确的到达漏失层位，堵漏效率较低。例如在开采稠油时，需要向油井内注入300～350℃的蒸气。在采油过程中,由于高温蒸气的作用，对套管进行封固的油井水泥环常常受到严重的损坏,导致水泥环强度降低,形成气窜。在注入蒸气时，蒸气会从油层窜到地面,从而无法对稠油油层进行加热和开采。此时必须用耐高温的封固材料进行修井作业。目前常添加硅质原料来改善G级油井水泥的高温性能，但在实际工程中往往还不能满足热采井封窜堵漏的施工要求。

公开号为CN105018054A的发明专利，公开了的油气井封固堵漏剂，包括以下按重量份计的原料：胶凝材料80～89份；有机纤维0.1～5份，无机纤维0.1～5份，活性材料0.1～10份；所述胶凝材料为硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥中的一种。该专利公开的堵漏剂的温度范围为30℃～60℃，属于中低温堵漏剂不能满足高温封堵的要求。

技术实现要素：

本发明旨在解决现有技术中的堵漏剂抗高温能力差，尤其是深井，超深井的高温条件下，不能满足封窜堵漏的施工要求，导致的堵漏效率低，甚至造成巨大损失问题，提供一种新的耐高温油井封堵剂，采用铝酸盐水泥、磷酸盐以及活性外掺料等原料，在特定配比下，使得封堵剂在80～120℃下，具有早强的特性，利用自身强度达到封堵的目的。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种耐高温油井封堵剂，其特征在于：包括以下按质量百分比计的原料：胶凝材料60～85%；磷酸盐2～10%；活性外掺料10～35%；填充材料0～5%；缓凝剂3～6%；所述胶凝材料为铝酸盐水泥。

为了更好地实现本发明，本发明中，所述磷酸盐为六偏磷酸钠、多聚磷酸钠中的至少一种。

本发明中，所述活性外掺料为微硅、粉煤灰中的至少一种。

本发明中，所述填充材料为海泡石粉。

更进一步地，所述海泡石粉的细度为100～300目；

本发明中，所述缓凝剂为酒石酸、硼酸中的至少一种。

本发明的有益效果：

（1）本发明通过对胶凝材料的特性选择，并加入特定比例的磷酸盐、活性外掺料以及缓凝剂，使得水泥浆在到达漏层位置丧失流动性之后，水泥石强度快速增长，通过自身的强度达到封堵，具有早强的特性，满足80～120℃下的堵漏要求，且在该温度范围内，稠化时间可调，24小时强度≥8MPa，抗水侵能力强，承压能力高，模拟漏层承压能力＞14MPa，完全能够满足施工要求，且全部采用无机材料，属于环境友好型封堵剂，对地层无污染，酸溶率＞95%，封堵后，解堵方便，高效。

本发明的封堵剂耐高温的原理如下：磷酸盐与铝酸盐水泥加水混合成水泥浆时， PO₄^3-与铝酸盐水泥水化释放的Ca²⁺发生聚合反应，生成不定型的磷酸钙凝胶，铝酸钙（CaO·Al₂O₃，CaO·2Al₂O₃，2CaO·Al₂O₃等）水化释放的钙离子被磷酸盐夺取后，不能形成铝酸盐水泥的水化产物（水化铝酸钙），最终大量生产Al(OH)₃。这两类矿物都是具有耐高温的物质，相对于硅酸盐水泥体系，其使用温度极限得到了极大提高。

而现有技术公开号为CN105018054A的专利，以胶凝材料使用硫铝酸盐水泥为例，硫铝酸盐水泥的主要矿物是硫铝酸钙，水化产物是一个以钙矾石为主体的体系，成熟硫铝酸盐水泥浆体中,首先形成的水化产物是钙矾石，但是钙矾石的热稳定性较差，在80～120℃的温度范围内，钙矾石会转化成单硫型水化硫铝酸钙，影响在高温下水泥石的早期强度，不能达到堵漏效果。

（2）本发明中，磷酸盐优选六偏磷酸钠、多聚磷酸钠中的至少一种, 其它部分磷酸盐对铝酸盐水泥的强度没有增强效果，有些磷酸盐反而会起到严重的缓凝作用，影响早期强度的发挥，如磷酸二氢钠、磷酸氢二钠等，实验结果表明这两种磷酸盐具有良好的强度增强效果。

（3）本发明中，活性外掺料优选微硅、粉煤灰中的至少一种。由于微硅的主要成分为非晶体二氧化硅，它具有粒度细，比表面积大的特点，能够与水泥石中的氢氧化钙进一步反应生成硅酸钙胶凝物质，改变水泥中的硅钙比，降低渗透率，提高浆体稳定性；粉煤灰具有火山灰活性，它的活性成分能与水泥水化过程中析出的氢氧化钙缓慢地进行“二次反应”，生成以水化硅酸钙为主的水化产物，与水泥浆硬化晶体坚固地结合起来，进而增加后期强度，提高水泥混凝土的抗渗性和耐久性。进一步地，海泡石粉的细度为100～300目，该细度下的海泡石粉，相对于>300目的海泡石粉纤维结构明显，具有更好的吸水效果以及架桥功能，而细度<100目的海泡石粉，粒度太大，不能更好地实现颗粒级配，到达堵漏目的。

（3）本发明中，填充材料优选海泡石粉，海泡石粉的作用有两个：一是在海泡石的表面含有大量的碱性中心([MgO₆」)和酸性中心([SiO₄])，是一个双中心的表面，具有较强的极性，优先吸附极性强的物质，水分子作为极性分子，海泡石对其有很强的吸附性能，在低密度高水灰比条件下，使水泥浆具有较高的稠度；二是海泡石的颗粒外形呈不等轴针状，聚集成稻草束状。当遇到水或其它极性溶液时则迅速溶涨并解散，形成的单体纤维或较小的纤维束无规律地分散成互相制约的网络，并目增大体积，堵漏水泥浆到达漏层后，通过堵在缝隙处，阻止或减缓堵漏剂的流动，达到提高堵漏的作用。

（4）本发明中，缓凝剂优选为酒石酸、硼酸中的至少一种，酒石酸、硼酸是铝酸盐水泥、磷酸盐、活性外掺料在高温条件下的缓凝剂，通过控制其掺量调整水泥浆的稠化时间，实现水泥浆开始丧失流动性时，水泥石开始硬化。

附图说明

图1为实施例5的稠化时间曲线图；

图2为实施例7的稠化时间曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种耐高温油井封堵剂，包括以下按质量百分比计的原料：铝酸盐水泥85%，六偏磷酸钠3%，粉煤灰8%，海泡石粉2%，硼酸1.5%,酒石酸0.5%，水灰比0.45；

实施例2

一种耐高温油井封堵剂，包括以下按质量百分比计的原料：铝酸盐水泥70%，六偏磷酸钠5%，粉煤灰16.5%，微硅3%，海泡石粉3%，硼酸2%，酒石酸0.5%，水灰比0.75；

实施例3

一种耐高温油井封堵剂，包括以下按质量百分比计的原料：铝酸盐水泥60%，多聚磷酸钠6.5%，粉煤灰20%，微硅6%，海泡石粉3.5%，硼酸3%，酒石酸1%，水灰比0.7；

实施例4

一种耐高温油井封堵剂，包括以下按质量百分比计的原料：铝酸盐水泥60%，六偏磷酸钠5%，多聚磷酸钠3%，粉煤灰19%，微硅5%，海泡石3.5%，酒石酸1%，硼酸3.5%，水灰比0.65；

实施例5

一种耐高温油井封堵剂，包括以下按质量百分比计的原料：铝酸盐水泥50%，多聚磷酸钠5%，粉煤灰30%，微硅5.5%，海泡石5%，酒石酸1%，硼酸3.5%，水灰比0.65；

实施例6

一种耐高温油井封堵剂，包括以下按质量百分比计的原料：铝酸盐水泥60%，六偏磷酸钠10%，粉煤灰12%，微硅8%，海泡石4%，酒石酸2%，硼酸4%，水灰比0.7；

实施例7

一种耐高温油井封堵剂，包括以下按质量百分比计的原料：铝酸盐水泥62%，六偏磷酸钠6%，多聚磷酸钠4%，粉煤灰20%，海泡石粉2%，酒石酸2%，硼酸4%，水灰比0.7；

实施例8

实施例1～7的堵漏剂抗压强度、稠化时间数据如下表2：

实验方法：抗压强度、稠化时间实验方法采用《油井水泥》GB 10238-2005标准。

实施例1～7堵漏剂的配比如下表1：

表1：

表2：

从表2可知，该发明的堵漏剂，抗压强度高，24小时强度＞8MPa，稠化时间在不同温度段可调，完全能够满足堵漏后下钻强度，以及到达漏层产生强度所需要的时间。

实施例9

本实施例对实施例5的封堵剂进行封堵能力测试。

利用现有高温高压失水仪进行改进，制成简易的防漏堵漏评价装置。具体结构如下：该装置主要由一个失水仪器部分和连接失水仪的一个下筒组成，下筒放置孔板或者缝板，并且连接于上筒。下盖用于密封下筒，滤液将经过下盖小孔流出，通过加压测试从下盖的小孔流出的体积量来评价堵漏效果，该装置可以升温升压，压力最高可达 7 MPa。

实验方法为：将缝板和孔板珠放入下筒中，将下筒连接到失水仪的杯筒上（上筒），然后将配制好的堵漏浆倒入上筒中，密封好整个浆筒，直接加压至 7 MPa，打开筒内通道，观察浆体从下盖小孔漏出的情况，记录20s漏失量，以此来判断承 7 MPa 压力的封堵效果，测试结果如下表3：

表3

从表3可知，高温堵漏剂的封堵能力强，在80～120℃的温度范围内，无论是渗透性模块还是裂缝性模块封堵情况均良好，漏失量小于2%。

实施例5的封堵剂在95℃稠化时间曲线图如图1所示：

实施例7的封堵剂在120℃稠化时间曲线图如图2所示：

从图1和图2可知：本发明的堵漏剂通过调节配方，可以实现在不同温度下的稠化时间可调，并且通过以上两个实施例，在95℃，120℃的稠化曲线可以看出该堵漏剂能够实现直角稠化，稠化时间能够满足井下堵漏的要求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。