【CN110257027A】一种提高二界面胶结质量的钻固一体化工作液及其应用方法【专利】
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(74)专利代理机构 东营双桥专利代理有限责任 公司 37107
代理人 侯玉山
(51)Int .Cl . C09K 8/24(2006 .01)
( 54 )发明 名称 一 种提高 二界 面 胶结 质量的 钻固 一 体化 工
作液及其应用方法 ( 57 )摘要
本发明 公 开 了一 种提高 二界 面 胶结 质量的 钻固一体化工作液及其应 用方法 ，一体化工作液 的包括以下组分 ：钻井液100重量份 ；复合潜活性 胶凝材料5-15重量份；pH调节剂，适量，用于控制 一体化工作液钻井时的pH值保持在7-11之间 ；碱 性激活 剂 ，适量 ，用于控 制一体化工作液固井时 的pH值大于12。本发明通过高强潜活性材料将钻 井液形成的泥饼和固井液的固化体变为了一个 连续的 整体 ，即钻井时是钻井液 ；完钻下套管 后 通过激活剂的激活将含潜活性材料的泥饼激活 固化 ，消除“三明 治夹心饼”效应 ，有效提高二界 面胶结质量 ；固完井剩余的钻井液也可就地固 化 ，钻井固井一体化技术满足5000m井深 ，温度 150℃，地层压力2 .0g/cm3的钻井要求。
权 利 要 求 书
1/1 页
1 .一种提高二界面胶结质量的钻固一体化工作液，其特征在于，所述一体化工作液的 包括以下组分：
钻井液100重量份； 复合潜活性胶凝材料5-15重量份； pH调节剂，适量，用于控制一体化工作液钻井时的pH值保持在7-11之间； 碱性激活剂，适量，用于控制一体化工作液固井时的pH值大于12； 其中： 所述复合潜活性胶凝材料为高炉矿渣微粉、粉煤灰、沸石粉、硅粉以及地聚合物按照质 量比（6-8）：（0 .5-1 .5）：（1 .5-2 .5）：（2 .5-3 .5）：（3 .5-4 .5）复配的混合物； 所述碱性激活剂为碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐和碱金属硅酸盐三者按照质量比 （1-4）：（0 .5-1）：（1-1 .5）复配的混合物。 2 .根据权利要求1所述的提高二界面胶结质量的钻固一体化工作液，其特征在于，所述 钻井液为坂土含量为4-9%的水基钻井液。 3 .根据权利要求1所述的提高二界面胶结质量的钻固一体化工作液，其特征在于，所述 复合潜活性胶凝材料由细度为400目和800目的复合潜活性胶凝材料按照质量比1:3复配构 成。 4 .根据权利要求1所述的提高二界面胶结质量的钻固一体化工作液，其特征在于，所述 碱性激活剂中碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐和碱金属硅酸盐的质量比为3:1:1 .5，所述碱 金属为Na、K或者Li。 5 .根据权利要求4所述的提高二界面胶结质量的钻固一体化工作液，其特征在于，所述 碱性激活剂用量为复合潜活性胶凝材料质量的3-7%。 6 .根据权利要求1所述的提高二界面胶结质量的钻固一体化工作液，其特征在于，所述 一 体化 工 作液 还 包括 流型 调节 剂 和/或降 失 水 剂 ，所 述 流型 调节 剂 用量 为 钻井液 质量的 0 .3-2%，所述降失水剂用量为钻井液质量的0 .5-3%。 7 .根据权利要求6所述的提高二界面胶结质量的钻固一体化工作液，其特征在于，所述 流型调节剂由黏土稳定剂和硅氟类降粘剂中的一种或者二者的组合，二者组合时按照质量 比1:1复配。 8 .根据权利要求6所述的提高二界面胶结质量的钻固一体化工作液，其特征在于，所述 一体化工作液还包括增韧剂，其用量为复合潜活性胶凝材料质量的3-5%；所述增韧剂由聚 丙烯纤维和60目改性橡胶颗粒按照质量比1-3: 2-5复配而成。 9 .权利要求6所述钻固一体化工作液的应用方法，其特征在于，包括如下步骤： （1）钻井作业时 ，向 钻井液中 加入复合潜活性胶凝材料以 及流型 调节剂、降 失水剂 ，保 持钻井液失水和流变性基本不变 ；同时通过pH调节剂控制pH值保持在7-11之间 ；继续钻井 作业； （2）完钻后 ，固井施工时 ，将碱性激活剂配置为激活液 ，向井内注配激活液 ，控制pH值大 于12，将泥饼通过激活剂激活，接着采用水泥浆固井。 10 .根据权利要求9所述的钻固一体化工作液的应用方法，其特征在于，所述激活液的 质量浓度为40%。
2
CN 110257027 A
说 明 书
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一种提高二界面胶结质量的钻固一体化工作液及其应用方法
技术领域 [0001] 本发明涉及石油开发工艺技术领域，特别涉及一种提高二界面胶结质量的钻固一 体化工 作液及其应用方法。
背景技术 [0002] 随着中国经济持续高速发展，国内目前油气增长速度远远低于经济增长需求，开 发复杂 地层的油气资源已成为近年来寻求油气重大突破的重要方向之一。边缘油气藏、复 杂断块油 气藏以及复杂特殊井的油气开发都面临如何发现和保护油气层、提高采收率的 新课题。由于 复杂油气资源的特殊性，油气勘探开发的钻井固井过程中若没有采取有效的 保 护油气层措施 ，直接影响 测试结果 ，使一些有希望的 油气层被误 判为不具有工业价值。 有的井在钻井过程中 油气显示好，但完钻固井后测不出油气；有些井高低压并存，钻井中 易发生井下喷漏，固井 时因泥饼不可固化易出现层间窜、管外冒油气水等界面封固质量问 题。 [0003] 而在钻井施工作业中，钻井液、固井液是施工环节中紧密联系、相互影响的流体体 系，也是构成固井界面胶结的基本主体。采用常规钻井液钻井时会在井壁上形成泥饼，以 稳定井 壁和保护油气层为主要目的；在常规的固井作业中，用波特兰水泥固井一直是地层 封隔和支 撑套管的主要手段，由于钻井液与水泥浆不相容，固井时泥饼的存在都会在井壁 上形成一个 不可固化层；破坏了水泥对地层的亲合力及固化胶结性能，使水泥环与地层岩 石之间存在不 同程度的剥离，产生微裂缝，导致界面胶结强度下降，留下层间窜的隐患。室 内研究和现场 应用结果表明，当钻井液与水泥浆相混时，除了水泥浆使钻井液增稠外，钻 井液中的某些组 份会影响水泥浆性能，所以固井时使水泥浆在固井过程中尽可能不与钻 井液接触，以保证水 泥浆综合性能的稳定，但清除渗透性井壁上的泥饼是很难的，上述问 题在石油固井中具有普 遍性。 [0004] 近年来，固井方面通过不断开发新的水泥外加剂以改善水泥浆性能 ,调节水泥浆 配方及隔 离液 ,研究模拟现场定向井施工的实验手段及顶替机理 ,改善固井施工工艺 ,进 一步提高环空 内水泥浆的顶替效率 ,虽有一定的成效，但始终未能达到预期的目的。 [0005] 在钻井液方面，为提高二界面质量，主要是从保证井身质量，形成比较薄的泥饼， 提高 钻速，控制钻井液的抑制性方面着手，利用钻井液对井壁有较好的稳定作用，在一定 程度上 抑制了泥页岩地层造浆，使得井径扩大率较小，从而为提高固井二界面打下一定的 基础。 [0006] 现在所有的钻井液基本都是基于体系抑制、井壁稳定、油层保护及满足钻井、测 井、录 井、完井的技术需求，一种性能优良的钻井液体系不能满足所有的施工要求，有时甚 至互相 影响，最后权衡利弊两者相害取其轻平衡后妥协只满足其中最主要的要求。目前现 场应用的 钻井液体系只满足钻井安全施工要求，固井液也仅仅是满足水泥灰浆充填要求， 即钻井液和 固井液所有技术要求是分开的，有时还互相影响、甚至相互污染造成井下复杂 和施工复杂。特别是在地层为薄互层、油气水界面关系复杂、地层压力系数复杂的井，固井
(10)申请公布号 CN 110257027 A (43)申请公布日 2019.09.20 C09K 8/467(2006 .01) E21B 21/06(2006 .01) E21B 33/13(2006 .01)
权利要求书1页 说明书21页 附图1页
CN 110257027 A
CN 110257027 A
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910040051 .X
(22)申请日 2019 .01 .16
(71)申请人 胜利油田胜华实二路 华安街169号 申请人 王亚洲
(72)发明人 王亚洲 王治法 吴长勇 李彦操 孙国友 王青 张斌 谷万强 王富伟 杨立明 李书明 茹冰 李雅松
代理人 侯玉山
(51)Int .Cl . C09K 8/24(2006 .01)
( 54 )发明 名称 一 种提高 二界 面 胶结 质量的 钻固 一 体化 工
作液及其应用方法 ( 57 )摘要
本发明 公 开 了一 种提高 二界 面 胶结 质量的 钻固一体化工作液及其应 用方法 ，一体化工作液 的包括以下组分 ：钻井液100重量份 ；复合潜活性 胶凝材料5-15重量份；pH调节剂，适量，用于控制 一体化工作液钻井时的pH值保持在7-11之间 ；碱 性激活 剂 ，适量 ，用于控 制一体化工作液固井时 的pH值大于12。本发明通过高强潜活性材料将钻 井液形成的泥饼和固井液的固化体变为了一个 连续的 整体 ，即钻井时是钻井液 ；完钻下套管 后 通过激活剂的激活将含潜活性材料的泥饼激活 固化 ，消除“三明 治夹心饼”效应 ，有效提高二界 面胶结质量 ；固完井剩余的钻井液也可就地固 化 ，钻井固井一体化技术满足5000m井深 ，温度 150℃，地层压力2 .0g/cm3的钻井要求。
权 利 要 求 书
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1 .一种提高二界面胶结质量的钻固一体化工作液，其特征在于，所述一体化工作液的 包括以下组分：
钻井液100重量份； 复合潜活性胶凝材料5-15重量份； pH调节剂，适量，用于控制一体化工作液钻井时的pH值保持在7-11之间； 碱性激活剂，适量，用于控制一体化工作液固井时的pH值大于12； 其中： 所述复合潜活性胶凝材料为高炉矿渣微粉、粉煤灰、沸石粉、硅粉以及地聚合物按照质 量比（6-8）：（0 .5-1 .5）：（1 .5-2 .5）：（2 .5-3 .5）：（3 .5-4 .5）复配的混合物； 所述碱性激活剂为碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐和碱金属硅酸盐三者按照质量比 （1-4）：（0 .5-1）：（1-1 .5）复配的混合物。 2 .根据权利要求1所述的提高二界面胶结质量的钻固一体化工作液，其特征在于，所述 钻井液为坂土含量为4-9%的水基钻井液。 3 .根据权利要求1所述的提高二界面胶结质量的钻固一体化工作液，其特征在于，所述 复合潜活性胶凝材料由细度为400目和800目的复合潜活性胶凝材料按照质量比1:3复配构 成。 4 .根据权利要求1所述的提高二界面胶结质量的钻固一体化工作液，其特征在于，所述 碱性激活剂中碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐和碱金属硅酸盐的质量比为3:1:1 .5，所述碱 金属为Na、K或者Li。 5 .根据权利要求4所述的提高二界面胶结质量的钻固一体化工作液，其特征在于，所述 碱性激活剂用量为复合潜活性胶凝材料质量的3-7%。 6 .根据权利要求1所述的提高二界面胶结质量的钻固一体化工作液，其特征在于，所述 一 体化 工 作液 还 包括 流型 调节 剂 和/或降 失 水 剂 ，所 述 流型 调节 剂 用量 为 钻井液 质量的 0 .3-2%，所述降失水剂用量为钻井液质量的0 .5-3%。 7 .根据权利要求6所述的提高二界面胶结质量的钻固一体化工作液，其特征在于，所述 流型调节剂由黏土稳定剂和硅氟类降粘剂中的一种或者二者的组合，二者组合时按照质量 比1:1复配。 8 .根据权利要求6所述的提高二界面胶结质量的钻固一体化工作液，其特征在于，所述 一体化工作液还包括增韧剂，其用量为复合潜活性胶凝材料质量的3-5%；所述增韧剂由聚 丙烯纤维和60目改性橡胶颗粒按照质量比1-3: 2-5复配而成。 9 .权利要求6所述钻固一体化工作液的应用方法，其特征在于，包括如下步骤： （1）钻井作业时 ，向 钻井液中 加入复合潜活性胶凝材料以 及流型 调节剂、降 失水剂 ，保 持钻井液失水和流变性基本不变 ；同时通过pH调节剂控制pH值保持在7-11之间 ；继续钻井 作业； （2）完钻后 ，固井施工时 ，将碱性激活剂配置为激活液 ，向井内注配激活液 ，控制pH值大 于12，将泥饼通过激活剂激活，接着采用水泥浆固井。 10 .根据权利要求9所述的钻固一体化工作液的应用方法，其特征在于，所述激活液的 质量浓度为40%。
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CN 110257027 A
说 明 书
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一种提高二界面胶结质量的钻固一体化工作液及其应用方法
技术领域 [0001] 本发明涉及石油开发工艺技术领域，特别涉及一种提高二界面胶结质量的钻固一 体化工 作液及其应用方法。
背景技术 [0002] 随着中国经济持续高速发展，国内目前油气增长速度远远低于经济增长需求，开 发复杂 地层的油气资源已成为近年来寻求油气重大突破的重要方向之一。边缘油气藏、复 杂断块油 气藏以及复杂特殊井的油气开发都面临如何发现和保护油气层、提高采收率的 新课题。由于 复杂油气资源的特殊性，油气勘探开发的钻井固井过程中若没有采取有效的 保 护油气层措施 ，直接影响 测试结果 ，使一些有希望的 油气层被误 判为不具有工业价值。 有的井在钻井过程中 油气显示好，但完钻固井后测不出油气；有些井高低压并存，钻井中 易发生井下喷漏，固井 时因泥饼不可固化易出现层间窜、管外冒油气水等界面封固质量问 题。 [0003] 而在钻井施工作业中，钻井液、固井液是施工环节中紧密联系、相互影响的流体体 系，也是构成固井界面胶结的基本主体。采用常规钻井液钻井时会在井壁上形成泥饼，以 稳定井 壁和保护油气层为主要目的；在常规的固井作业中，用波特兰水泥固井一直是地层 封隔和支 撑套管的主要手段，由于钻井液与水泥浆不相容，固井时泥饼的存在都会在井壁 上形成一个 不可固化层；破坏了水泥对地层的亲合力及固化胶结性能，使水泥环与地层岩 石之间存在不 同程度的剥离，产生微裂缝，导致界面胶结强度下降，留下层间窜的隐患。室 内研究和现场 应用结果表明，当钻井液与水泥浆相混时，除了水泥浆使钻井液增稠外，钻 井液中的某些组 份会影响水泥浆性能，所以固井时使水泥浆在固井过程中尽可能不与钻 井液接触，以保证水 泥浆综合性能的稳定，但清除渗透性井壁上的泥饼是很难的，上述问 题在石油固井中具有普 遍性。 [0004] 近年来，固井方面通过不断开发新的水泥外加剂以改善水泥浆性能 ,调节水泥浆 配方及隔 离液 ,研究模拟现场定向井施工的实验手段及顶替机理 ,改善固井施工工艺 ,进 一步提高环空 内水泥浆的顶替效率 ,虽有一定的成效，但始终未能达到预期的目的。 [0005] 在钻井液方面，为提高二界面质量，主要是从保证井身质量，形成比较薄的泥饼， 提高 钻速，控制钻井液的抑制性方面着手，利用钻井液对井壁有较好的稳定作用，在一定 程度上 抑制了泥页岩地层造浆，使得井径扩大率较小，从而为提高固井二界面打下一定的 基础。 [0006] 现在所有的钻井液基本都是基于体系抑制、井壁稳定、油层保护及满足钻井、测 井、录 井、完井的技术需求，一种性能优良的钻井液体系不能满足所有的施工要求，有时甚 至互相 影响，最后权衡利弊两者相害取其轻平衡后妥协只满足其中最主要的要求。目前现 场应用的 钻井液体系只满足钻井安全施工要求，固井液也仅仅是满足水泥灰浆充填要求， 即钻井液和 固井液所有技术要求是分开的，有时还互相影响、甚至相互污染造成井下复杂 和施工复杂。特别是在地层为薄互层、油气水界面关系复杂、地层压力系数复杂的井，固井
(10)申请公布号 CN 110257027 A (43)申请公布日 2019.09.20 C09K 8/467(2006 .01) E21B 21/06(2006 .01) E21B 33/13(2006 .01)
权利要求书1页 说明书21页 附图1页
CN 110257027 A
CN 110257027 A
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910040051 .X
(22)申请日 2019 .01 .16
(71)申请人 胜利油田胜华实二路 华安街169号 申请人 王亚洲
(72)发明人 王亚洲 王治法 吴长勇 李彦操 孙国友 王青 张斌 谷万强 王富伟 杨立明 李书明 茹冰 李雅松