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与流程

本发明属于钻井助剂
技术领域：
，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。
背景技术：
：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。技术实现要素：为了解决上述技术问题，本发明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。本发明具体技术方案如下：本发明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。本发明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。将本发明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。本发明的有益效果如下：本发明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发明作进一步详细说明。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：称取200g第二产物加入350g蒸馏水中，同时加入0.4g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2800℃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3一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xc2份、低粘聚阴离子纤维素5份、体积回弹剂50份以及重晶石50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：称取沥青残渣1000g，在450℃下高温灼烧4h，得到第一产物；s2：将第一产物冷却后，加入2％的氢氧化钠溶液至全部溶解，加入柠檬酸干粉、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；s3：称取200g第二产物加入350g蒸馏水中，同时加入0.5g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；s4：将第三产物在3000℃下高温灼烧4h，冷却后得到第四产物；s5：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4一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xc2份、低粘聚阴离子纤维素5份、体积回弹剂50份以及碳酸钙50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：一种钻井液用闭孔式可压缩高回弹封堵材料的制备方法，包括如下步骤：s1：称取沥青残渣1000g，在450℃下高温灼烧4h，得到第一产物；s2：将第一产物冷却后，加入2％的氢氧化钠溶液至全部溶解，加入柠檬酸干粉、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；s3：称取200g第二产物加入350g蒸馏水中，同时加入0.5g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；s4：将第三产物在3200℃下高温灼烧4h，冷却后得到第四产物；s5：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5一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4份、体积回弹剂70份以及重晶石30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：称取沥青残渣1000g，在600℃下高温灼烧3h，得到第一产物；s2：将第一产物冷却后，加入2％的氢氧化钾溶液至全部溶解，加入冰醋酸、调节ph至4，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；s3：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；s4：将第三产物在3500℃下高温灼烧4h，冷却后得到第四产物；s5：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。试验例1体积回弹剂的压缩回弹性能试验以实施例3提供的方法制备的体积回弹剂为样品，用蒸馏水进行抽真空饱和，用定性滤纸将饱和后的颗粒材料从清水中过滤取出并装入模具中，使用三轴应力压力机对模具进行加压，将颗粒材料压缩至一定程度，然后缓慢释放压力。反复进行加压释压操作，用gdslab软件记录材料被压缩和回弹时位移与压力的变化曲线(如图1所示)，以及各个压缩阶段的压缩位移和回弹位移，结果如表1所示。表1各组颗粒压缩和回弹性能实验结果压缩阶段最大负荷(kn)压缩位移(mm)回弹位移(mm)第一阶段110288第二阶段1108.56第三阶段1407.57由表1和图1可知，该体积回弹剂经过反复加压和释压后，依然保持优良的回弹效果，可见颗粒内部的闭孔式结构经过反复压缩后没有被破坏，因此该体积回弹剂确实具有较高的抗压能力、高度的压缩性能以及良好的回弹性能。根据此前实验表明，s1.4中的灼烧温度达到3000℃时，体积回弹剂的压缩性能和回弹性能均有显著提高；灼烧温度达到3200℃时，体积回弹剂的压缩率和回弹率均达到最大，此后继续升高温度时，压缩率和回弹率也不会发生变化。考虑到提高灼烧温度会相应地增加成本，因此在实际生产应用中，s1.4中的灼烧温度优选为3000～3200℃，其中以3200℃为最优条件。试验例2隔离液的压缩回弹性能试验以实施例4提供的方法制备的隔离液为样品，将其装入密闭容器中，依次进行升温、降温、恒温加压、再升温、恒温以及降温等操作，得到密闭容器内压力变化曲线，结果如图2所示。根据图2可知，隔离液在密闭容器中依次经过如下阶段：第一阶段(0:00～1:05)：对隔离液进行升温，从室温升至约90℃，可以看到封闭空间内的压力反复波动，维持在25mpa上下。说明在升温过程中，隔离液不断重复着受热膨胀、体积变大——受压收缩、体积变小的过程，从而有效降低了封闭空间内的压力增长。第二阶段(1:05～1:40)：隔离液恒温在90℃，此时封闭空间内的压力保持稳定并缓慢降低至22mpa上下。说明隔离液在恒温状态不再发生受热膨胀、使封闭空间内的压力不再上升，而此时原有压力仍然存在，从而使隔离液的体积继续缩小，使得封闭空间内的压力逐渐降低。第三阶段(1:40～2:50)：将隔离液的温度降至室温，使隔离液逐渐恢复至原始体积，此时封闭空间内的压力降至初始的0mpa。第四阶段(2:50～4:15)：将隔离液的温度维持在室温，同时加压至24mpa；第五阶段(4:15～5:15)：维持24mpa的高压条件，同时升温至90℃，此时封闭空间内的压力仍然反复波动、维持在25mpa上下。说明隔离液经过此前的压缩回弹后，仍然保持着良好的压缩性能。第六阶段(5:15～6:10)：隔离液恒温在90℃，此时封闭空间内的压力保持稳定并再次缓慢降低至22mpa上下。说明隔离液仍然能被压缩、从而继续降低封闭空间内的压力。第七阶段(6:10～7:00)：再次将隔离液的温度降至室温，此时隔离液的体积仍然能逐渐恢复，从而再次有效降低封闭空间内的压力。由此可见，本发明提供的隔离液具有良好的压缩回弹特性。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页12