适用于深水钻井作业中的可压缩固井隔离液及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种适用于深水钻井作业中的可压缩固井隔离液的制备方法及应用该方法制备的隔离液，通过上述方法得到一种物理结构和化学性质均非常稳定的体积回弹剂，颗粒内部形成闭孔式的空间结构、内部孔隙互不连通，具有较高的承压能力，同时具有高度的可压缩性以及良好的回弹性能；添加该体积回弹剂制成的隔离液，在受热或遇冷时可以减小体积的变化幅度，减缓因隔离液体积变化对套管造成的压力改变，从而避免压力变化对固井作业造成的影响。同时，该隔离液在温度和压力改变时可以反复进行压缩和回弹，从而大大延长了隔离液的使用寿命。

Compressible cementing isolating fluid suitable for deepwater drilling operation and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
适用于深水钻井作业中的可压缩固井隔离液及其制备方法
本专利技术属于钻井助剂
，特别涉及一种适用于深水钻井作业中的可压缩固井隔离液及其制备方法。
技术介绍
隔离液是钻井作业中使用的一种固井前置液，用于固井过程中水泥浆与钻井液之间，主要是为了防止水泥浆的污染和钻井液的絮凝稠化等问题。最初固井作业采用清水做隔离液，后来随着钻井液技术的发展，一线作业对隔离液性能的要求也不断提高，例如密度、粘切、滤失量、沉降稳定性以及防止井壁坍塌等，都成为考量隔离液性能的重要指标。在深水钻井作业中，由于海底附近的温度非常低(0℃左右)，使得井底和泥线的温差较大(一般认为从泥线到井底的地温梯度约为3～4℃/100米)。由于隔离液存在于套管和井壁之间的环空，当井底的高温流体在套管内流动时，隔离液会受热膨胀，使得环空内的压力增大，对固井作业带来不利影响。因此，如何解决环空内的压力变化对套管带来的潜在危害，是深水固井作业面临的一项技术难题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种适用于深水钻井作业中的可压缩固井隔离液及其制备方法。本专利技术具体技术方案如下：本专利技术一方面提供了一种适用于深水钻井作业中的可压缩固井隔离液的制备方法，包括如下步骤：S1：制备体积回弹剂；S2：称取如下重量份数的成分：蒸馏水100份、提粘剂1～4份、降滤失剂4～6份、所述体积回弹剂30～90份以及加重剂0～100份；将上述成分充分混匀、配置成悬浊液，即为所述隔离液；所述体积回弹剂的制备方法如下：S1.1：将沥青置于300～700℃下灼烧至少2h，得到第一产物；S1.2：将所述第一产物置于pH值为12的碱溶液中充分溶解，然后用有机酸调节pH至2～4，析出沉淀后进行过滤干燥，得到第二产物；S1.3：将所述第二产物溶于水后，加入聚氨酯类表面活性剂在100℃下进行发泡处理，得到微泡结构后冷却干燥，得到颗粒状的第三产物；S1.4：对所述第三产物进行2500～3500℃的高温灼烧至少2h，得到第四产物，粉碎后即为所述体积弹回剂。上述方法中得到的体积弹回剂是一种惰性的稳定碳结构物质，不会与钻井工作液中的任何化学处理剂发生化学反应；颗粒内部形成闭孔式结构、内部孔隙互不连通。在一定的外部压力作用下，颗粒的体积会被大幅度地压缩；随着压力的衰减，该材料又会回弹至原有的体积。因此将该体积回弹剂加入到隔离液中，可以通过体积的变化，降低隔离液受热膨胀产生的压力，从而避免压力变化对固井作业造成的影响。另外，该方法使用的沥青原料可以是沥青残渣，并且对沥青的种类和来源没有要求，因此可大大节约成本，并能提高工业废弃物的利用率、从而降低污染。进一步地，步骤S1.4中，所述高温灼烧的温度为3000～3200℃，时间为4h。上述条件为制备体积回弹剂的最佳灼烧条件，经过上述条件的灼烧后，材料颗粒的压缩性能和回弹性能均能达到最高水平。进一步地，步骤S1.1中，所述原油蒸馏的温度为450℃，时间为4h。进一步地，步骤S1.2中，所述碱溶液为2％的氢氧化钠溶液。进一步地，步骤S1.3中，所述聚氨酯类表面活性剂与所述第二产物的重量比为1:200～500。进一步地，步骤S1.3中，所述发泡处理的具体方法如下：用10000r/min的转速对所述第二产物与水以及聚氨酯类表面活性剂的混合体系进行高速搅拌，持续时间30min。通过上述添加比例和发泡操作，可以在第二产物内最大限度地进行发泡、从而使其内部产生大量的孔隙。进一步地，步骤S1.3中，所述冷却干燥的具体方法如下：搅拌结束后，将所述混合体系置于4℃下冷却1h，然后转移至室温下干燥24h。进一步地，所述体积回弹剂的制备方法还包括如下步骤：S5：对所述第四产物进行粉碎并分选，得到不同粒度的最终产品。不同粒度的材料颗粒性能相同，区别仅在于粒度大小；根据粒度将材料颗粒分成几类，在实际使用时可以根据操作现场的环境和条件选用适宜粒度的颗粒，从而提高封堵效果。进一步地，所述提粘剂为生物聚合物XC；所述降滤失剂为低粘聚阴离子纤维素；所述加重剂为碳酸钙或重晶石。本专利技术另一方面提供了应用上述制备方法制备的用于深水钻井作业中的可压缩固井隔离液。将本专利技术提供的隔离液注入套管与井壁之间的环空后，当井底的高温流体在套管内流动时，隔离液受热膨胀、对套管形成巨大的压力，此时隔离液中的体积回弹剂在压力的作用下体积被压缩，使得隔离液的总体积缩小，从而大大减小对套管的压力；当温度降低时，隔离液液体部分体积収缩、使环空内的压力降低，此时体积回弹剂又会发生体积回弹，使得隔离液的总体积回弹至原有大小，从而起到缓冲压力的作用。本专利技术的有益效果如下：本专利技术提供了一种适用于深水钻井作业中的可压缩固井隔离液的制备方法及应用该方法制备的隔离液，通过上述方法得到一种物理结构和化学性质均非常稳定的体积回弹剂，颗粒内部形成闭孔式的空间结构、内部孔隙互不连通，具有较高的承压能力，同时具有高度的可压缩性以及良好的回弹性能；添加该体积回弹剂制成的隔离液，在受热或遇冷时可以减小体积的变化幅度，减缓因隔离液体积变化对套管造成的压力改变，从而避免压力变化对固井作业造成的影响。同时，该隔离液在温度和压力改变时可以反复进行压缩和回弹，从而大大延长了隔离液的使用寿命。附图说明图1为试验例1中体积回弹剂的压缩回弹曲线(从左往右依次为第一阶段、第二阶段和第三阶段)；图2为试验例2中隔离液的压缩回弹曲线(上方曲线为压强，下方曲线为温度)。具体实施方式下面结合附图和以下实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例1一种适用于深水钻井作业中的可压缩固井隔离液的制备方法，包括如下步骤：S1：制备体积回弹剂；S2：称取如下重量份数的成分：蒸馏水100份、生物聚合物XC1份、低粘聚阴离子纤维素4份、体积回弹剂30份以及碳酸钙100份；将上述成分充分混匀、配置成悬浊液，即为所述隔离液；所述体积回弹剂的制备方法如下：S1.1：称取沥青残渣1000g，在300℃下高温灼烧5h，得到第一产物；S1.2：将第一产物冷却后，加入2％的氢氧化钠溶液至全部溶解，加入冰醋酸、调节pH至3，析出沉淀，用定性滤纸过滤，放入105℃的烘箱内干燥2h，得到第二产物；S1.3：称取200g第二产物加入350g蒸馏水中，同时加入1g聚氨酯类发泡剂，用10000r/min的转速高速搅拌30min，倒入密闭容器中、在4℃下放置1h，取出后置于室温下干燥24h，得到第三产物；S1.4：将第三产物在2500℃下高温灼烧5h，冷却后得到第四产物；S1.5：将第四产物研磨粉碎，用不同目数的筛布筛分成小于100μm、150～300μm以及大于300μm共三类颗粒。实施例2一种适用于深水钻井作业中的可压缩固井隔离液的制备方法，包括如下步骤：S1：制备体积回弹剂；S2：称取如下重量份数的成分：蒸馏水100份、生物聚合物XC4份、低粘聚阴离子纤维素6份以及体积回弹剂90份；将上述成分充分混匀、配置成悬浊液，即为所述隔离液；所述体积回弹剂的制备方法如下：S1.1：称取沥青残渣1000g，在700℃下高温灼烧2h，得到第一产物；S1.2：将第一产物冷却后，加入2％的氢氧化钾溶液至全部溶解，加入酒石酸干粉、调节pH至2，析出沉淀，用定性滤纸过滤，放入105℃的烘箱内干燥2h，得到第二产物；S1.3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于深水钻井作业中的可压缩固井隔离液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：制备体积回弹剂；S2：称取如下重量份数的成分：蒸馏水100份、提粘剂1～4份、降滤失剂4～6份、所述体积回弹剂30～90份以及加重剂0～100份；将上述成分充分混匀、配置成悬浊液，即为所述隔离液；所述体积回弹剂的制备方法如下：S1.1：将沥青置于300～700℃下灼烧至少2h，得到第一产物；S1.2：将所述第一产物置于pH值为12的碱溶液中充分溶解，然后用有机酸调节pH至2～4，析出沉淀后进行过滤干燥，得到第二产物；S1.3：将所述第二产物溶于水后，加入聚氨酯类表面活性剂在100℃下进行发泡处理，得到微泡结构后冷却干燥，得到颗粒状的第三产物；S1.4：对所述第三产物进行2500～3500℃的高温灼烧至少2h，得到第四产物，粉碎后即为所述体积弹回剂。

【技术特征摘要】
1.一种适用于深水钻井作业中的可压缩固井隔离液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：制备体积回弹剂；S2：称取如下重量份数的成分：蒸馏水100份、提粘剂1～4份、降滤失剂4～6份、所述体积回弹剂30～90份以及加重剂0～100份；将上述成分充分混匀、配置成悬浊液，即为所述隔离液；所述体积回弹剂的制备方法如下：S1.1：将沥青置于300～700℃下灼烧至少2h，得到第一产物；S1.2：将所述第一产物置于pH值为12的碱溶液中充分溶解，然后用有机酸调节pH至2～4，析出沉淀后进行过滤干燥，得到第二产物；S1.3：将所述第二产物溶于水后，加入聚氨酯类表面活性剂在100℃下进行发泡处理，得到微泡结构后冷却干燥，得到颗粒状的第三产物；S1.4：对所述第三产物进行2500～3500℃的高温灼烧至少2h，得到第四产物，粉碎后即为所述体积弹回剂。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1.4中，所述高温灼烧的温度为3000～3200℃，时间为4h。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1.1中，所述原油蒸馏的温度为450℃，时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：田荣剑，王清顺，何伟，何勇，安敬冬，刘浩，
申请(专利权)人：北京蓝焱能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11