硅酸钠固井前置液制造技术

本发明专利技术公开了一种硅酸钠固井前置液，包括：冲洗液、隔离液和浓度为25～55wt.％的硅酸钠水溶液。该硅酸钠固井前置液在现有固井前置液基础上，加入硅酸钠溶液，利用硅酸钠对硅、铝等氧化物的活化作用，提高固井水泥与套管壁和井壁的胶结强度和抗二氧化碳及硫化氢对套管表面的腐蚀能力；硅酸钠渗入井壁泥饼及松软黏土层，与钙、镁等盐类成分化合，形成硅酸钙、镁等硅凝胶絮凝物，固化疏松黏土层，防止地层泥页岩膨胀坍塌，改善井壁泥饼质量。本发明专利技术在保有原前置液的清洁作用外，还能增强水泥壁界面胶结强度，满足固井质量要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及油田固井领域，特别是涉及一种硅酸钠固井前置液。
技术介绍
现有油气井固井前置液体系，通常分为水基前置液体系和油基前置液体系，其作用是隔离水泥浆和钻井液，净化井眼环空，冲洗套管壁和井壁，而油基体系实现油基钻井液泥饼由亲油性向亲水性翻转，以满足水泥浆对井眼与套管间环空钻井液的替净封实，保证固井水泥封固质量。而对于低承压能力的疏松地层，裂缝性及砂砾岩地层，固井作业过程中的井下漏失，常规固井前置液体系不能预防和封堵漏失层，导致水泥浆低返。前置液对井眼环空的冲洗、净化能力降低，导致水泥界面胶结强度低，封固质量差，甚至环空窜流，不能满足油气井钻采作业要求。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种硅酸钠固井前置液，其能有效预防和封堵固井作业过程中地层漏失，在保有原前置液的清洁作用外，还能增强水泥壁界面胶结强度，满足固井质量要求。为此，本专利技术的技术方案如下：一种硅酸钠固井前置液，包括：冲洗液、隔离液和浓度为25～55wt.％的硅
酸钠水溶液。优选，所述冲洗液、隔离液和硅酸钠水溶液的质量百分比为：冲洗液：3～5％、隔离液：3～8％和硅酸钠水溶液25～55％。优选，为了适应纯砂岩或火成岩地质条件的使用，所述硅酸钠固井前置液体系还包括浓度为15～45wt.％的氯化钙水溶液。进一步，所述硅酸钠水溶液中含有消泡剂。通常不同性质材料相互混配，要发生不同程度化学反应，会产生一定的气泡和泡沫，为了消除气泡和泡沫，需要使用消泡剂对气泡和泡沫进行消除。所述冲洗液为应用于水基钻井液中的含表面活性剂的水基冲洗液，或者应用于油基钻井液中的含乳化剂和稀释剂的油基冲洗液。所述隔离液为清水、或者包括悬浮剂和加重剂的隔离液I。隔离液I通常是由悬浮剂和加重剂配制的具有一定黏性、密度和悬浮能力的浆体，能够携带井壁脱落的泥饼或岩屑，平衡地层压力，隔离水泥浆和其它液体，防止水泥浆污染；其密度以满足平衡地层空隙压力和井壁稳定为界限，可依据要求调节。加重剂通常为重晶石、铁矿粉、石灰及硅粉。清水作为隔离液时，其作用是隔离硅酸钠溶液和氯化钙溶液、隔离硅酸钠溶液和水泥浆、隔离硅酸钠与加重隔离液，或者隔离氯化钙与水泥浆。隔离液具有隔离水泥浆与钻井液以及前置液中其他组分液体的作用，还能携带井壁脱落的泥饼及其不规则井段存留的岩屑作用，避免造成固相堆积，导致环空堵塞。本专利技术是在原有固井前置液基础上，根据不同地层岩性特征，在前置液中段加入一定浓度的硅酸钠溶液，提高对环空套管壁和井壁的清洗能力，利用硅
酸钠对硅、铝等氧化物的活化作用，提高固井水泥与套管壁和井壁的胶结强度和抗二氧化碳及硫化氢对套管表面的腐蚀能力；硅酸钠渗入井壁泥饼及松软黏土层，与钙、镁等盐类成分化合，形成硅酸钙、镁等硅凝胶絮凝物，固化疏松黏土层，防止地层泥页岩膨胀坍塌，改善井壁泥饼质量；当固井施工作业中发生井下漏失，硅酸钠与地层中的钙、镁等离子或前置液中设计的氯化钙溶液发生反应，形成钙硅胶絮凝物，沉淀在地层孔隙、裂缝中，对漏失层发挥封堵作用。从而确保固井水泥浆返至预定高度，提高水泥封固质量。附图说明图1为实施例1中涉及的纯水泥浆领浆超声波强度曲线；图2为实施例1中水泥浆+3％硅酸钠超声波强度曲线。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的技术方案进行详细描述。实施例中所用原料及外加剂产品来源描述如下：1、悬浮剂(隔离液)BCS040S、冲洗剂BCS-010L、稀释剂BCS-021L、消泡剂G603、减轻剂BXE-600S、降失水剂BXF-200L、防窜剂BCG-200L均为天津中油工程科技有限公司产品。2、GW-4悬浮稳定剂，为DRILL PRO CHEMICAL,C.A公司产品；乳化剂为：乙醇丁醚。实施例1室内试验：1)配制冲洗液：冲洗剂BCS-010L：3.5wt.％，余量淡水、2)配制硅酸钠溶液：淡水：74.7％、硅酸钠：25％、消泡剂G603：0.3％；3)配制隔离液：淡水、悬浮剂BCS040S：5％、稀释剂BCS-021L：1％、消泡剂G603：0.3％、硅粉加重至1.25g/cm3；固井水泥浆：“B”级油井水泥、减轻剂BXE-600S：23％、悬浮稳定剂GW-4：0.04％、微硅：5％、降失水剂BXF-200L：3％、防窜剂BCG-200L：3.5％、消泡剂G603：：0.2％准备：氯化钙:0.3g×3份室内试验内容及方法：(1)、前置液常温性能.表1、常温下前置液流变性(2)、前置液高温性能(70℃试验条件)。表2 70℃常温下前置液流变性(3)、在温度70℃、压力21MPa实验条件下，水泥浆性能表3 水泥浆性能(4)硅酸钠水溶液与钙离子絮凝实验：分别取清水、冲洗液和25％硅酸钠水溶液各30mL，称量3份0.3g CaCl2，在室温条件下，依次加入3种溶液中并用玻璃棒搅拌5min观察，可以看到：CaCl2在清水中完全溶解，液体透明，CaCl2在3.5％BCS-010L冲洗剂(天津中油渤星工程科技有限公司生产)；中也完全溶解，液体略浑浊，CaCl2在25％硅酸钠水溶液中迅速形成乳白色絮凝状物体，静止5min后观察，量筒底部沉淀絮状物5mL。将量筒放入常压稠化仪内，升温至70℃搅拌10min观察，以上3种溶液状态无明显变化。类推，硅酸钠溶液与泥岩地层中的CaCl2、MgCl2等盐类化合物成分反应，可生成硅酸钙、硅酸镁等硅酸盐类凝胶物质，渗入井壁泥饼及地层孔隙裂缝中，提高井壁泥饼强度，防止泥页岩吸水膨胀，提高井筒稳定性，提高井筒承压能力；在絮凝、沉淀、胶结充填作用下，能封堵泥页岩裂缝和地层孔隙，发挥防漏、堵漏作用。化学反应方程式Na2·nSiO3·H2O+CaCl2→CaSiO3↓+2NaCl+H2O(5)硅酸钠溶液提高水泥胶结强度实验：在水泥浆及加入3％硅酸钠搅拌均匀后做超声波强度实验。结果见图1、图2和表4。表4 加入硅酸钠前、后的水泥浆强度对比从图1、图2和表4看出，加入硅酸钠的水泥浆强度高于纯水泥浆同期强度，24h纯水泥浆强度为7.78MPa，而加入硅酸钠的水泥浆24h强度为10.15MPa。分析认为，硅酸钠是SiO2、Al2O3等氧化物的活化剂，具有提高其活性作用。高温井、热采井固井水泥浆，为了提高水泥石的抗高温强度衰减能力和水泥浆的稳定性，需加入30～45％的硅粉及3～10％的微硅。硅粉、微硅其成分均为SiO2，且油井水泥的基本成分为Al2O3、FeO、Fe2O3及CaO等氧化物。硅酸钠溶液应用到固井前置液体系中，吸附在井壁和套管壁上的硅酸钠可加快水泥的水化反应和强度发展，从而提高了水泥界面胶结强度。(6)清洗能力实验：取钻井现场密度为1.17g/cm3的钻井液，按API标准做失水，取泥饼膜在硅酸钠溶液内浸泡10s至滤纸湿透称重。将泥饼膜固定在旋转黏度计外转筒上，样品杯内装入硅酸钠溶液，上移样品杯至泥饼膜全部浸泡在溶液内，以200r/min的转速(相当于液体在环空的返速为0.43m/s)，旋转10min取出观察。冲洗前泥饼虚厚，表面疏松；冲洗后泥饼变薄，泥饼致密坚硬，紧密依附在滤纸表面，触摸泥饼膜光滑细腻。泥饼膜冲洗前为3.44g，减去滤纸湿重0.75g，泥饼净重为2.69g；在25％硅酸钠溶液中，以200r/min的转速冲洗10min后称本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅酸钠固井前置液，其特征在于包括：冲洗液、隔离液和浓度为25～55wt.％的硅酸钠水溶液。

【技术特征摘要】
1.一种硅酸钠固井前置液，其特征在于包括：冲洗液、隔离液和浓度为25～55wt.％的硅酸钠水溶液。2.如权利要求1所述硅酸钠固井前置液，其特征在于：所述冲洗液、隔离液和硅酸钠水溶液的质量百分比为：冲洗液：3～5％、隔离液：3～8％和硅酸钠水溶液25～55％。3.如权利要求1或2所述硅酸钠固井前置液，其特征在于：还包括浓度为15～45wt.％的氯化钙...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振通，庄建山，吴永超，宋元洪，党冬红，郭文猛，周坚，张亮，
申请(专利权)人：中国石油集团渤海钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12