一种固井水泥浆添加剂及其提高裂隙渗流通道半径的方法与流程

本发明涉及射孔完井作业后油气采收技术，具体涉及一种固井水泥浆添加剂及其提高裂隙渗流通道半径的方法。

背景技术：

钻井过程中，为了防止井壁坍塌、加固井壁继续钻进或为了封隔油气水层，保证整个勘探期间的分层试油及整个开采过程的合理油气生产，常常需要固井作业，而在后期的油气开采时则需要对固井水泥环进行射孔以形成连续油气渗流通道。近些年来，许多大型的油气田的开采几乎进入停滞时期，有的甚至步入了减产期，因此，未来油气领域将更多地集中在一些规模小、地质特征复杂的油气田，特别是低渗透及地质条件复杂的低品位储量、开采及治理难度大的油气田。但是，复杂油气资源储层的低孔隙度和低渗透率的问题将会在很大程度上制约其开采，因此，需采用相应的射孔和压裂技术措施，特别是对于长距离水平井固井、完井阶段后的射孔及水力压裂作业，水泥环射孔后形成的裂隙通道的有效半径和过流面积直接决定了复杂油气资源的开采效率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，针对现有复杂油气资源储层存在低孔隙度和低渗透率的问题，提供一种固井水泥浆添加剂及其提高裂隙渗流通道半径的方法，有效增加射孔完井作业后的裂隙渗流通道的有效半径，增加油气过流面积，增大单位时间流体的流量，提高油气的采收率。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种固井水泥浆添加剂，包括呈球形颗粒状的外壳和内核两部分，所述外壳由表面粗糙的干性油覆壳剂制成，覆壳剂在230℃以下不溶于水；所述内核为遇水即开始溶解的实心小圆球。

按上述方案，所述外壳主要成分为由醋酸、乙二醇、α-桐酸、亚油酸、三油精和饱和脂肪酸组成的包被剂，包被剂直径为30～50μm，各成分重量比如下：醋酸3％-5％，乙二醇10％-12％，α-桐酸50％-55％，亚油酸10-15％，三油精5％-7％，饱和脂肪酸10％-15％。

按上述方案，所述内核由醋酸纤维素改性的聚醚多元醇组成。

本发明还提供了一种上述固井水泥浆添加剂的制备方法，利用微囊包被技术制成，包括如下步骤：

1)将由重量比3％-5％的醋酸、10％-12％的乙二醇、50％-55％的α-桐酸、10-15％的亚油酸、5％-7％的三油精和10％-15％的饱和脂肪酸组成的包被剂采用超声波震荡充分混合1小时；

2)在包被剂中加入由醋酸纤维素改性的聚醚多元醇制成的超细粉末，继续采用超声波震荡乳化4小时；

3)将包被剂和超细粉末组成的混合液放置于烘箱内，在80℃的恒温条件下烘干72小时形成干粉，取出干粉研磨30分钟，水洗干燥后即得所述固井水泥浆添加剂。

按上述方案，所述步骤2)中超细粉末的平均粒径为30～50μm。

本发明还提供了一种上述固井水泥浆添加剂提高裂隙渗流通道半径的方法，包括如下步骤：

1)将固井水泥浆添加剂与分散剂一同添加进水泥浆中并充分搅拌均匀分散；

2)在水泥浆水化固结成水泥环的过程中，固井水泥浆添加剂的外壳处于稳定状态(外壳表面粗糙不平，能与固井水泥浆良好胶结)，固井水泥浆添加剂与水泥浆紧密胶结在一起形成水泥环，水泥环阻绝固井水泥浆添加剂的内核与水泥浆中的自由水接触；

3)待水泥环完全固结后，在采用射孔和水力压裂完井作业过程中，水泥环内部产生裂隙通道，而分布于裂隙通道沿程上的固井水泥浆添加剂的外壳随着胶结的水泥环在聚能喷流射孔器或水力喷射高压差作用下一同开裂，外壳破裂后内核裸露出来，水溶性的内核与水接触并快速溶解；

4)内核发生溶解后，在裂隙通道的表面形成半球形凹槽，增大裂隙通道的有效半径和过流面积。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过固井水泥浆添加剂提高固井水泥环在射孔作业劈裂作用下所形成的裂隙通道的有效过流半径和过流面积，改变固井水泥环在射孔作业后的裂隙通道发育情况，为后期实现高效深穿透射孔以提高油气采收率提供了辅助，增产效果显著；

2、固井水泥浆添加剂呈球形颗粒状，在喷雾干燥法下形成的包被膜外壳具有一定的强度，能在230℃以下的温度范围内不发生溶解或融化，与固井干粉高速搅拌混合时不易破裂；内核遇水快速溶解后不仅不会造成储层伤害，还不会污染地下水，具有无毒无污染、对荧光录井无干扰、无二次结晶堵塞孔隙通道等优良特性；

3、新型固井水泥浆添加剂合成方便，可均匀分散在固井水泥浆中，对水泥浆水化热有一定的吸收作用且对水泥环力学强度影响很小，有利于保证固井的安全；

4、该新型固井水泥浆添加剂及混合固井干粉具有生产成本低、稳定性好、现场施工易操作、清洁环保等优点，因此，在常规油气井完井、需二次增产的低渗、致密、枯竭复杂地层油气井和页岩气等非常规产气井的完井中将会提高油气井采收率，取得良好的应用效果和经济效益，并还能应用油气井后期增产改造等领域的生产作业中；

5、此外，该新型固井水泥浆添加剂具有一定的吸热储热能力，与耐低温早强剂和减轻剂等配合使用，可为深水、冻土区和含水合物地层等低温条件下固井提供低热低密度早强固井水泥浆体系；如果与抗高温体系稳定剂、流型调节剂和降滤失剂等配合使用，还可应用于深井和超深井的完井作业中。

附图说明

图1为本发明新型球形颗粒状的固井水泥浆添加剂的结构示意图；

图2为射孔完井作业前固井水泥浆添加剂和水泥石的结构示意图；

图3为射孔完井作业后水泥环中裂隙通道平均半径和过流面积增加示意图；

图中，1-固井水泥浆添加剂，11-外壳，12-内核，2-水泥环，3-裂隙通道。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进一步的描述，所举实例只用于解释说明本发明，并非限定本发明的应用范围。

如图1所示，本发明实施例所述的固井水泥浆添加剂1，利用微囊包被技术制成，包括呈球形颗粒状的外壳11和内核12两部分，外壳11由表面粗糙的干性油覆壳剂制成，覆壳剂在230℃以下不溶于水；内核12为遇水即开始溶解的实心小圆球。

外壳11主要成分为由重量比3％-5％的醋酸、10％-12％乙二醇、50％-55％的α-桐酸、10-15％的亚油酸、5％-7％的三油精和10％-15％的饱和脂肪酸组成的包被剂，包被剂直径为30～50μm。

内核12由醋酸纤维素改性的聚醚多元醇组成。

如图2所示，本发明实施例固井水泥浆添加剂提高射孔完井后固井水泥环裂隙渗流通道有效半径的方法，包括如下步骤：

1)将固井水泥浆添加剂1与分散剂一同添加进水泥浆中并充分搅拌均匀分散；

2)在水泥浆水化固结成水泥环2的过程中，固井水泥浆添加剂1的外壳11处于稳定状态(外壳11表面粗糙不平，能与固井水泥浆良好胶结)，固井水泥浆添加剂1与水泥浆紧密胶结在一起形成水泥环2，水泥环2具有良好的隔水密封性，从而阻绝固井水泥浆添加剂1的内核12与水泥浆中的自由水接触；

3)待水泥环2完全固结后，在采用射孔和水力压裂完井作业过程中，水泥环2内部产生裂隙通道3，而分布于裂隙通道3沿程上的固井水泥浆添加剂1的外壳11随着胶结的水泥环2在聚能喷流射孔器或水力喷射高压差作用下一同开裂，外壳11破裂后内核12裸露出来，水溶性的内核12与水接触并快速溶解；

4)内核12发生溶解后，在裂隙通道3的表面形成半球形凹槽，如图3所示，半球形凹槽增大裂隙通道3的有效半径和过流面积，提高油气向井内的渗流速率(即提高孔隙率)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之类，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。