专利名称：堵漏水泥浆及火成岩裂缝发育井堵漏方法
技术领域：
本发明涉及石油钻井工程领域，尤其是涉及一种适用于二叠系火成岩裂缝发育钻井和固井的堵漏水泥浆。
背景技术：
塔河油田托甫台区块二叠系火成岩破碎、易塌、易漏，地层孔隙压力为I. I I. 15g/cm3范围，正常钻进时钻井液密度一般为I. 30 I. 35g/cm3，一般增强钻井液封堵能力可以安全钻过该地层。然而，由于固井时水泥浆密度在I. 85g/cm3以上，易造成严重漏失影响固井质量。因此，目前塔河油田二叠系承压堵漏一般采用桥浆堵漏、单纯水泥浆堵漏、 桥浆+水泥浆复合堵漏，效果均不太理想，一次堵漏成功率均不足50%，堵漏施工周期也较长，平均为9. 53天，最长达32天。发明内容
本发明所要解决的第一技术问题是克服现有火成岩裂缝发育井在钻井和固井过程中易发生漏失，常规堵漏工艺不能对其进行有效封堵的缺陷，提供了一种堵漏水泥浆， 组合使用纤维架桥材料，橡胶粉弹性材料，果壳和/或锯末填充材料，使水泥浆承压值大于 8Mpa，适用于火成岩裂缝发育井，能够满足钻井和固井施工要求。
本发明所要解决的第二技术问题是，提供了一种火成岩裂缝发育井堵漏方法，采用集充填、架桥和凝结为一体的堵漏技术思路，使承压值均大于8Mpa，大大缩短了施工时间。
为了解决上述技术问题，本发明采用的第一技术方案是一种堵漏水泥浆，该水泥浆水固比为85-92 :100 ;以重量份计，该水泥浆固体成分包括水泥115-125份，减轻剂粉煤灰40-50份以及稳定剂微硅5-15份，其中所述水泥包括平均粒径为12-14 μ m的水泥第一组分100份以及平均粒径为6-7 μ m的水泥第二组分12-18份；以水泥浆体积计，每升水泥浆中进一步包括堵漏剂4-8g ;其中，以重量份计，所述堵漏剂包括O. 1-0. 2份短纤维，2-4 份橡胶和3. 2-6份填充颗粒。
本发明所述水泥浆水固比是指水和固体成分的质量比。
前述的堵漏水泥浆，该水泥浆水固比为88-90 100 ；以重量份计，该水泥浆固体成分包括水泥118-122份，减轻剂粉煤灰43-48份以及稳定剂微硅8_12份，其中所述水泥包括第一组分100份以及水泥第二组分18-22份；以水泥浆体积计，每升水泥浆中进一步包括堵漏剂5-7g ;其中，以重量份计，所述堵漏剂包括O. 1-0. 2份短纤维，2-4份橡胶和3. 2_6份填充颗粒。
前述的堵漏水泥浆，所述短纤维是玻璃纤维，碳纤维，聚丙烯纤维或尼龙纤维，其长度为 4. 5-5. 5mm。
前述的堵漏水泥浆，所述橡胶是丁苯橡胶，顺丁橡胶，异戊橡胶，乙丙橡胶，氯丁橡胶，丁腈橡胶或聚氨酯橡胶，橡胶颗粒平均粒径为5 10mm。
前述的堵漏水泥浆，所述填充颗粒是果壳或锯末中的至少一种。
前述的堵漏水泥浆，以重量份计，所述填充颗粒包括果壳I. 2^2重量份和锯末2 4重量份。
前述的堵漏水泥浆，以水泥浆中水泥，粉煤灰以及微硅含量总和为100重量份计， 该水泥浆进一步包括防窜剂5 13重量份，降失水剂15 23重量份，缓凝剂O. Π. O重量份，消泡剂O. 5^1. O重量份中的至少一种。
前述的堵漏水泥浆，所述防气窜剂是丁苯胶乳；所述降失水剂是2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸、丙烯酸和丙烯酰胺的三元共聚物；所述缓凝剂是六偏磷酸钠；所述消泡剂是磷酸三丁酯。
为了解决上述技术问题，本发明采用的第二技术方案是一种火成岩裂缝发育井堵漏的方法，该方法包括如下工序向漏失段注入权利要求1-8任一项所述堵漏水泥浆，然后关井侯凝至少12小时后开井。
前述的火成岩裂缝发育井堵漏的方法，该方法包括如下工序(I)将光钻杆下放至漏失段底部；(2)向井筒内注入前置液；(3)向井筒内注入堵漏水泥浆；(4)向井筒内注入后置液；(5)替浆，以将堵漏水泥浆顶替到漏失段的位置；以及(6)将井筒内已经顶替到漏失段的堵漏水泥浆正挤到地层中；
其中，所述前置液和后置液是O. 35wt%的瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵溶液；所述替浆是原井浆。
前述的火成岩裂缝发育井堵漏的方法，在进入二叠系IOOm以及钻穿二叠系时进行堵漏作业。
前述的火成岩裂缝发育井堵漏的方法，所述前置液和后置液的用量为250m环空容积量
本发明堵漏水泥浆组合使用纤维架桥材料，橡胶粉弹性材料，果壳和/或锯末填充材料，使水泥浆承压值大于8Mpa，适用于火成岩裂缝发育井，能够满足钻井和固井施工要求。本发明采用集充填、架桥和凝结为一体的堵漏技术思路，大大缩短了施工时间。
具体实施方式
为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明。
针对火成岩易漏失，常规堵漏工艺一次成功率低，堵漏时间长的问题，本发明研发出一种新型堵漏水泥浆体系外掺料由G级水泥、微硅、超细水泥组成；油井外加剂采用降失水剂、缓凝剂、分散剂和消泡剂；堵漏材料包括一定尺寸颗粒的橡胶粉、果壳、锯末和短纤维，其中短纤维为架桥材料，橡胶粉为弹性材料，果壳、锯末为填充颗粒材料。根据裂缝漏失情况，可适当改变颗粒粒径级配组合。采用粉煤灰作为减轻材料来降低堵漏水泥浆的密度。本发明通过复配实验，研发出一种适合(二叠系)火成岩堵漏的新型水泥浆体系，承压值大于8Mpa。该技术成功的关键是堵漏水泥浆的配方和施工工艺措施，合理的配方和施工工艺可以大大缩短施工的时间。
一种堵漏水泥衆,该水泥衆水固比为85-92 :100 ；以重量份计,该水泥衆固体成分包括水泥115-125份，减轻剂粉煤灰40-50份以及稳定剂微硅5_15份，其中所述水泥包括平均粒径为12-14 μ m的水泥第一组分100份以及平均粒径为6_7 μ m的水泥第二组分 12-18份；以水泥浆体积计，每升水泥浆中进一步包括堵漏剂4-8g ;其中，以重量份计，所述堵漏剂包括O. 1-0. 2份短纤维，2-4份橡胶和3. 2-6份填充颗粒。
优选的，该水泥浆水固比为88-90 :100 ；以重量份计，该水泥浆固体成分包括水泥118-122份，减轻剂粉煤灰43-48份以及稳定剂微硅8_12份，其中所述水泥包括第一组分100份以及水泥第二组分18-22份；以水泥浆体积计，每升水泥浆中进一步包括堵漏剂 5-7g ;其中，以重量份计，所述堵漏剂包括O. 1-0. 2份短纤维，2-4份橡胶和3. 2-6份填充颗粒。
本发明所述平均粒径是指体积平均粒径。
水泥第一组分优选G级水泥，G级水泥平均粒径优选为12-14 μ m(优选12. 96 μ m)。 水泥第二组分优选超细水泥，超细水泥是指达到次纳米级的水泥。本发明超细水泥中值粒径D50为6-8 μ m,平均粒径6-7 μ m (优选6. 03 μ m)。
粉煤灰是指从煤粉炉烟道气体中收集的粉末，本发明优选满足GB1596-91表I中规定的I级和II级。
本发明微硅的平均粒径在O. 28-0. 32 μ m (优选O. 3 μ m)。微硅是以无定形二氧化娃(95wt%以上)为主要成分的产品。微娃能够与水泥水化反应时的氢氧化I丐反应生成娃酸钙水化物，产生不易渗透的水泥石结构；另外，微硅能够吸附水分子形成网状结构，从而改善水泥浆的稳定性。微硅本身就具有耐高温的特点。
本发明短纤维长度为4. 5-5. 5mm (优选5mm)。本发明短纤维为架桥材料，所用纤维选自常规市售的 无碱玻璃纤维，碳纤维，聚丙烯纤维，尼龙纤维等。
本发明主要利用橡胶的弹性，使其用作弹性材料，可因此常规的橡胶颗粒均可应用于本发明。本发明可以使用的橡胶是丁苯橡胶，顺丁橡胶，异戊橡胶，乙丙橡胶，氯丁橡胶，丁腈橡胶或聚氨酯橡胶。本发明根据漏失量，选择橡胶的平均粒径，漏失量大选择粒径大的橡胶，漏失量小的选择粒径小的橡胶。优选的，橡胶颗粒平均粒径为5 10mm。
本发明可以使用的填充颗粒是果壳或锯末中的至少一种。本发明对果壳或锯末的种类和来源没有特殊要求。本发明果壳可以市购得到，也可以自行用核桃壳、杏核、樱桃核、 酸枣核等加工而成。本发明锯末通过市购得到，优选的锯末材质可以是白松，桦木，张松，椴木和杨树等的粉末。优选的，以重量份计，所述填充颗粒包括果壳I. 2^2重量份和锯末2 4 重量份。
优选的，以水泥浆中水泥，粉煤灰以及微硅含量总和为100重量份计，该水泥浆进一步包括防窜剂5 13重量份，降失水剂15 23重量份，缓凝剂O. Π. O重量份，消泡剂 O. 5^1. O重量份中的至少一种。
本发明优选的降失水剂是2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸、丙烯酸和丙烯酰胺的三元共聚物。优选2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸、丙烯酸和丙烯酰胺按照重量比为50 45-48 :2_5 合成，粘均分子量为58-75万道尔顿。本发明的降失水剂可以市购得到，例如欧美科的产品代号FS-23L的降失水剂。
防气窜剂的作用是防止气体窜入环空，本发明优选的防气窜剂是丁苯胶乳，即苯乙烯与丁二烯的共聚物，常规市售油井用丁苯胶乳均可以应用于本发明，例如苯乙烯与丁二烯重量比为20-80 80-20的共聚物，更优选苯乙烯与丁二烯重量比为I :1的共聚物。本发明的第一防气窜剂可以市购得到，例如欧美科的产品代号FLOK-1。
所述缓凝剂的作用是延缓水泥浆的稠化时间。一般水泥用缓凝剂均可用作本发明的缓凝剂，例如木质素磺酸盐及其衍生物、低分子量纤维素及其衍生物、羟基羧酸、有机膦酸、硼酸或其盐或复合物、磷酸盐、碱式磷酸盐，优选乙二胺四甲叉膦酸钙(乙二胺四亚甲基膦酸钙)、乙二胺四甲叉膦酸钠(乙二胺四亚甲基膦酸钠)、乙二胺五甲叉膦酸(乙二胺五亚甲基膦酸)，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，二聚磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠等。
本发明优选的消泡剂是聚醚消泡剂，例如丙三醇醚型消泡剂、十二胺醚型消泡剂和月桂酸醚型消泡剂。更优选的丙三醇醚型消泡剂为嵌段方式“GPEP”型(丙三醇、环氧丙烷、环氧乙烷、环氧丙烷嵌段)，粘均分子量为3500，环氧乙烷质量分数为6%，尾段环氧丙烷为8%。本发明优选的消泡剂还可以是磷酸三丁酯，其可以市购得到，例如欧美科的产品代号DF-A的消泡剂。
一种火成岩裂缝发育井堵漏的方法，在进入二叠系IOOm以及钻穿二叠系时进行该堵漏作业。该方法包括如下工序向漏失段注入权利要求1-8任一项所述堵漏水泥浆，然后关井侯凝至少12小时后开井。具体的，该方法包括如下工序
( I)将光钻杆下放至漏失段底部；
(2)向井筒内注入前置液；
(3)向井筒内注入堵漏水泥浆；
(4)向井筒内注入后置液；
(5)替衆，以将堵漏水泥浆顶替到漏失段的位置；以及
(6)将井筒内已经顶替到漏失段的堵漏水泥浆正挤到地层中。、
本发明对前置液、后置液和替浆均没有特殊要求，常规堵漏用前置液、后置液和替浆均可应用于本发明，例如前置液和后置液是O. 35wt%的瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵溶液，替浆是原井浆。所述前置液和后置液的用量为250m环空容积量。本发明根据漏失段的长度选择堵漏水泥浆的用量，本领域技术人员很容易根据漏失段的长度选择合理的堵漏水泥浆用量。根据堵漏水泥浆用量，本领域技术人员很容易选择合理的替浆用量。
在一个具体的实施方式中，一种二叠系火成岩裂缝发育井堵漏的方法，该方法包括如下步骤
(I)采用常规钻具钻至漏失层位深度，进行电测作业。电测包括伽马、声波、电阻率测井等，其目的是考察地层的岩性，以及找准二叠系的位置。
(2)根据电测数据及录井资料分析，卡准二叠系层位，并确定堵漏配方、堵漏浆量、替浆量。
通常，可以根据漏失情况(例如漏失速度)调节堵漏剂中各成分尤其是橡胶的粒径，优选的，橡胶颗粒平均粒径为5 10_。例如井眼大小，漏失段长度，确定各工序需要注入的液体量，特别是堵漏水泥浆需要注入的量。
(3)充分循环井眼，确保井眼干净，井底无沉砂。
(4)做施工准备，装井口，接管线，地面管线进行试压，确保地面管线不刺不漏。
(5)将钻具下至封堵段底部，然后采用将光钻杆下放至漏失段底部，向井筒内注入前置液(O. 35wt%的瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵溶液)，堵漏水泥浆，后置液(O. 35wt%的瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵溶液)，以及替浆(原井浆)到位。提钻至封堵段堵漏浆上部。其中，前置液和后置液的用量为250m环空容积量。
(6)向封堵段进行正挤堵漏水泥浆作业，该作业完成后起钻至井口，循环出多余的水泥浆，关井候凝，候凝至少12h后开井，起出全部钻具至少24h后扫塞。
常规扫塞方法均可以应用于本发明，例如扫塞钻压4吨，转速65转/分钟将水泥塞钻掉。
本发明火成岩裂缝发育井堵漏方法还可以采用两次以上注入堵漏水泥浆的方法， 避免一次堵漏不能达到相应的效果。
堵漏作业完后要进行试压作业。试压前检查井口，准备打压。试压前必须对循环系统所有的管线、闸门进行细致检查，发现密封不好或有刺、漏现象的管线及时更换，确保试压作业顺利进行。
该试压作业包括
a.第一次加压关井，然后按照15-20冲/分的排量蹩压使得井口加回压4MPa， 静止憋压，当井口压力低于2MPa时，继续加至4MPa，直至5 IOmin后的压力不低于3 4MPa ；
b.第二次加压，按照15-20冲/分的排量将井口压力打至6MPa，静止憋压，直至能在6MPa稳压5 IOmin ;然后，每5 IOmin对井口压力进行一次增压，增压幅度为I 2MPa，直至将井口压力打至8MPa。
步骤b中，如果井口压力不能稳定，停止加压，静止至少12h，然后再重复步骤a和步骤b,直至试压成功。
c.试压成功以后方可进行后续钻井作业。
下面通过具体的实施例来阐述本发明的方法的实施，本领域技术人员应当理解的是，这不应被理解为对本发明权利要求范围的限制。
实施例中所用原料如下
表I
权利要求
1.一种堵漏水泥浆，其特征在于，该水泥浆水固比为85-92 :100 ;以重量份计，该水泥浆固体成分包括水泥115-125份，减轻剂粉煤灰40-50份以及稳定剂微硅5_15份，其中所述水泥包括平均粒径为12-14 μ m的水泥第一组分100份以及平均粒径为6_7 μ m的水泥第二组分12-18份；以水泥浆体积计，每升水泥浆中进一步包括堵漏剂4-8g ;其中，以重量份计，所述堵漏剂包括O. 1-0. 2份短纤维，2-4份橡胶和3. 2-6份填充颗粒。
2.根据权利要求I所述的堵漏水泥浆，其特征在于，该水泥浆水固比为88-90:100 ;以重量份计，该水泥浆固体成分包括水泥118-122份，减轻剂粉煤灰43-48份以及稳定剂微硅8-12份，其中所述水泥包括水泥第一组分100份以及水泥第二组分18-22份；以水泥浆体积计，每升水泥浆中进一步包括堵漏剂5-7g ;其中，其中，以重量份计，所述堵漏剂包括O.1-0. 2份短纤维，2-4份橡胶和3. 2-6份填充颗粒。
3.根据权利要求I或2所述的堵漏水泥浆，其特征在于，所述短纤维是玻璃纤维，碳纤维，聚丙烯纤维或尼龙纤维，其长度为4. 5-5. 5mm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的堵漏水泥浆，其特征在于，所述橡胶是丁苯橡胶，顺丁橡胶，异戊橡胶，乙丙橡胶，氯丁橡胶，丁腈橡胶或聚氨酯橡胶，橡胶颗粒平均粒径为5 IOmm0
5.根据权利要求1-4任一项所述的堵漏水泥浆，其特征在于，所述填充颗粒是果壳或锯末中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的堵漏水泥浆，其特征在于，以重量份计，所述填充颗粒包括果壳I. 2 2重量份和锯末2 4重量份。
7.根据权利要求1-6任一项所述的堵漏水泥浆，其特征在于，以水泥浆中水泥，粉煤灰以及微硅含量总和为100重量份计，该水泥浆进一步包括防窜剂5 13重量份，降失水剂15 23重量份，缓凝剂O. Π. O重量份，消泡剂O. 5^1. O重量份中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的堵漏水泥浆，其特征在于，所述防气窜剂是丁苯胶乳；所述降失水剂是2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸、丙烯酸和丙烯酰胺的三元共聚物；所述缓凝剂是六偏磷酸钠；所述消泡剂是磷酸三丁酯。
9.一种火成岩裂缝发育井堵漏的方法，该方法包括如下工序向漏失段注入权利要求1-8任一项所述堵漏水泥浆，然后关井侯凝至少12小时后开井。
10.根据权利要求9所述的火成岩裂缝发育井堵漏的方法，其特征在于，该方法包括如下工序 (1)将光钻杆下放至漏失段底部； (2)向井筒内注入前置液； (3)向井筒内注入堵漏水泥浆； (4)向井筒内注入后置液； (5)替浆，以将堵漏水泥浆顶替到漏失段的位置；以及 (6)将井筒内已经顶替到漏失段的堵漏水泥浆正挤到地层中； 其中，所述前置液和后置液是O. 35wt%的瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵溶液；所述替浆是原井浆。
11.根据权利要求9或10所述的火成岩裂缝发育井堵漏的方法，其特征在于，在进入二叠系IOOm以及钻穿二叠系时进行堵漏作业。
12.根据权利要求11所述的火成岩裂缝发育井堵漏的方法，其特征在于，所述前置液和后置液的用量为250m环空容积量。
全文摘要
本发明提供了一种堵漏水泥浆及火成岩裂缝发育井堵漏方法。该水泥浆水固比为85-92100；以重量份计，该水泥浆固体成分包括水泥115-125份，减轻剂粉煤灰40-50份以及稳定剂微硅5-15份，其中所述水泥包括平均粒径为12-14μm的水泥第一组分100份以及平均粒径为6-7μm的水泥第二组分12-18份；以水泥浆体积计，每升水泥浆中进一步包括堵漏剂4-8g；其中，以重量份计，所述堵漏剂包括0.1-0.2份短纤维，2-4份橡胶和3.2-6份填充颗粒。本发明组合使用纤维架桥材料，橡胶粉弹性材料，果壳和/或锯末填充材料，使其适用于火成岩裂缝发育井，能够满足钻井和固井施工要求。采用集充填、架桥和凝结为一体的堵漏技术思路，大大缩短了施工时间。
文档编号C09K8/467GK102977870SQ20121058165
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者杨兰田, 贾晓斌, 刘云, 周伟, 董秀民, 王永洪, 罗发强, 张平, 马新中, 李双贵, 刘晓民, 路飞飞, 樊艳芳, 于洋, 彭明旺 申请人:中国石油化工股份有限公司