本發(fā)明涉及一種采油用化學(xué)劑，具體是一種微細顆粒型水平井堵水劑組合物及其應(yīng)用，所述堵水劑組合物包括無機凝膠材料，可用于稠油油藏篩管完井的水平井堵水調(diào)剖技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
稠油油藏篩管完井水平井技術(shù)的應(yīng)用過程中，油井高含水是一個影響生產(chǎn)的普遍性問題。解決該問題需要依靠堵水技術(shù)。而堵水劑是技術(shù)關(guān)鍵和技術(shù)瓶頸。對堵水劑的要求是耐溫(350℃)、施工安全性高、有效期長，有機凝膠類不耐高溫，不能應(yīng)用于熱采為主的稠油水平井，而目前能滿足長期耐高溫的低成本膠凝材料只有無機物。無機膠凝材料一般在建筑行業(yè)研究、應(yīng)用較多，已開發(fā)了很多用于不同環(huán)境下的特種無機材料，在某些方面具有特殊的性能。利用這些特種無機膠凝材料作為基礎(chǔ)材料，經(jīng)改性可研制出滿足稠油熱采水平井堵水的無機堵水劑。
目前無機類堵水劑以水泥為主，凝固過程受溫度、環(huán)境的限制，固化時間一般較短，難以保證施工的安全性，對于水平井堵水風(fēng)險尤其巨大；配制和注入工藝不能滿足大劑量、大半徑封堵的要求；受水泥性能影響，封堵效果也較差。
此外，現(xiàn)有技術(shù)中的一些堵水復(fù)合添加劑材料，通常配制成堵水懸浮液后需要經(jīng)過80～85℃加熱才能活化使用，而實際應(yīng)用中，成百上千方的懸浮液要加熱到這個溫度并進行攪拌是很困難的，操作成本較高。
因此，研究一種安全性高、封堵性能好、成本低的水泥替代堵劑是十分必要和現(xiàn)場急需的。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是專門為稠油熱采水平井堵水而研制的一種特殊的微細顆粒型水平井堵水劑系列配方，提高水硬性、高度緩凝性、高封堵率，降低材料成本和操作成本，為油田提供高性價比的耐高溫調(diào)堵材料。
本發(fā)明提供了一種微細顆粒型水平井堵水劑，其是專門為稠油熱采水平井堵水而研制的一種特殊的無機材料，它具有水硬性、高度緩凝性、高封堵率和足夠低的材料成本和操作成本，為油田提供高性價比的高溫調(diào)堵材料。
本發(fā)明的微細顆粒型水平井堵水劑，是由微細顆粒型無機膠凝劑、激活劑、緩凝劑、分散劑等，按適當比例復(fù)配而成的新型堵水材料。
具體而言，本發(fā)明提供了一種微細顆粒型水平井堵水劑組合物，該堵水劑組合物的原料組成包括微細顆粒型無機膠凝劑、激活劑、緩凝劑和分散劑，各組分重量配比為：
其中，所述微細顆粒型無機膠凝劑是由低鈣白云石、高硅型鐵尾礦與粘土按照1：2.5～3.5：0.5～2.5的重量比混合后經(jīng)燒制、研磨而成。
本發(fā)明的水平井堵水劑組合物，其為微細顆粒型堵水劑組合物，組合物中各組分粒徑在50μm以下。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，本發(fā)明的微細顆粒型水平井堵水劑組合物中，所述微細顆粒型無機膠凝劑的燒制條件為1300～1500℃煅燒45～70min，冷卻后研磨成粒徑5～50μm的微粉，即為所述微細顆粒型無機膠凝劑。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，本發(fā)明的微細顆粒型水平井堵水劑組合物，所述微細顆粒型無機膠凝劑中，所述低鈣白云石為所含CaO與MgO的質(zhì)量比小于1.4的白云石。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，本發(fā)明的微細顆粒型水平井堵水劑組合物，所述微細顆粒型無機膠凝劑中，所述高硅型鐵尾礦中主要成分為：二氧化硅含量40％～60％、氧化鐵含量20％～30％、氧化鎂含量10％～15％、氧化鈣含量3％～10％。其余成分為含有少量的鋁、鈷、鎳等金屬化合物雜質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，本發(fā)明的微細顆粒型水平井堵水劑組合物，所述微細顆粒型無機膠凝劑中，所述粘土中SiO2含量40％～55％、Fe2O3含量1％～4％、Al2O3含量20％～25％。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，本發(fā)明的微細顆粒型水平井堵水劑組合物中，所述激活劑為硫酸鋁和/或氧化鈣。激活劑與水緩慢反應(yīng)生成絡(luò)合物，對微細顆粒型無機膠凝劑發(fā)生浸潤，形成弱堿性包裹層，在少量凝膠的粘接作用下逐漸連成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并硬化，從而使凝膠溶液最終形成固結(jié)體。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，本發(fā)明的微細顆粒型水平井堵水劑組合物中，所述緩凝劑為鈉膨潤土和/或有機膨潤土，緩凝劑的膠質(zhì)價大于99ml/15g，吸藍量大于80mmol/g。作用是調(diào)節(jié)膠凝反應(yīng)時間，防止閃凝現(xiàn)象發(fā)生。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，本發(fā)明的微細顆粒型水平井堵水劑組合物中，所述分散劑為直鏈淀粉，如玉米淀粉、馬鈴薯粉等，優(yōu)選地，本發(fā)明中所用直鏈淀粉為低分子量淀粉，其分子量不大于50000。低分子量淀粉在本發(fā)明的組合物中的主要作用是增加溶液粘度和懸浮能力，提高懸浮液的穩(wěn)定性。
本發(fā)明還提供了一種微細顆粒型水平井堵水劑，其是將所述的堵水劑組合物與水混合配制成的懸浮液，可將堵水劑組合物中的微細顆粒型無機膠凝劑、分散劑、緩凝劑、激活劑等組分依次加入到水中配制懸浮液，也可以是先將堵水劑組合物中的各組分混合(可根據(jù)需要研磨至粒徑在50μm以下)后加入到水中配制懸浮液。其中，懸浮液中堵水劑組合物的質(zhì)量濃度優(yōu)選為20％～40％。本發(fā)明的堵水劑組合物，于常溫下即可配制成所述的堵水劑懸浮液，例如于18～30℃下攪拌10～40min，即可形成穩(wěn)定均勻的懸浮液，而無需如傳統(tǒng)的堵水添加劑般需要經(jīng)過80～85℃加熱才能活化使用，從而，本發(fā)明的堵水劑可極大地降低操作難度和使用成本。并且，本發(fā)明的堵水劑具有高度的施工安全性和超大處理半徑，可滿足稠油熱采水平井堵水調(diào)剖的需要。
本發(fā)明還提供了利用本發(fā)明所述的堵水劑進行水平井堵水的方法，其中是按比例將所述的微細顆粒型無機膠凝劑、分散劑、緩凝劑、激活劑加入水中(可將各組分逐一添加到水中，也可混合后加入到水中)，攪拌溶解，配制成懸浮液(通常于18℃～30℃下攪拌10～40min即可形成穩(wěn)定均勻的懸浮液)，優(yōu)選地，懸浮液中堵水劑組合物的質(zhì)量濃度優(yōu)選為20％～40％。之后利用調(diào)剖泵或水泥車注入地層的出水層，固化后即可形成高強度封堵。
本發(fā)明的微細顆粒型水平井堵水劑中的成分—微細顆粒型無機膠凝劑具有潛在的硬化性能，常溫常壓下呈化學(xué)惰性，30℃以上的溫度、激活劑是激發(fā)其反應(yīng)活性的兩個必要條件。在地層條件下，堵水劑經(jīng)活化期、水硬期、強度增長期三個階段，生成高強度的凝膠體，降低出水層段的滲透性，達到堵水的目的。主要特點：
1.高度的安全性和良好的可泵注性能；
2.足夠?qū)挼某砘凸袒瘯r間調(diào)節(jié)范圍，可具有最長達10天的超長緩凝時間；
3.極低的材料成本；
4.由于材料粒度小于50μm，具有較強的通過能力，特別適用篩管完井水平井堵水作業(yè)。
由于本發(fā)明的微細顆粒型水平井堵水劑在激活劑作用下和高于30℃的溫度條件下即可凝膠固化形成整體封堵物，因此，它即可滿足高溫注汽井、也可用于低溫油水井的調(diào)堵作業(yè)。由于其低成本、低稠度、易泵性和耐溫性，特別適用于需要大劑量注入的稠油熱采水平井堵水，對于解決目前的稠油水平井堵水難題具有重要的意義。
具體實施方式
以下通過具體實施例詳細說明本發(fā)明的技術(shù)及特點，但這些實施例并非用以限定本發(fā)明的保護范圍。各實施例中的各原始材料均可商購獲得。
實施例1
微細顆粒型無機膠凝劑：35g
硫酸鋁：2g
氧化鈣：3g
十八烷基三甲基氯化銨改性膨潤土(干法混合研磨，膠質(zhì)價大于99ml/15g，吸藍量大于80mmol/g)：12g
馬鈴薯淀粉(分子量小于50000)：2g
水：80g
其中，各固體組分為粒徑50μm以下的微粉。
所述微細顆粒型無機膠凝劑的制備方法：
低鈣白云石：所含CaO與MgO的質(zhì)量比小于1.4的白云石；
鞍山高硅型鐵尾礦：主要成分是二氧化硅(約55％)、氧化鐵(約25％)、氧化鎂(約10％)、氧化鈣(約5％)，其余組分為少量的鋁、鈷、鎳等金屬化合物雜質(zhì)；
粘土：遼寧黑山產(chǎn)粘土，主要成分為SiO2(約50％)、Fe2O3(約3％)、Al2O3(約25％)及少量雜質(zhì)。
上述3種材料按照2：6：2的比例混合后，在1400℃煅燒60min，冷卻后研磨成粒徑5～50μm的微粉，作為微細顆粒型無機膠凝劑。該材料在一定溫度(30℃以上)條件下，經(jīng)激活劑激發(fā)可發(fā)生水化凝膠反應(yīng)，生成具有一定強度的固結(jié)體。
使用方法：按比例將膠凝劑、分散劑、緩凝劑、激活劑依次加入水中，室溫下攪拌30min后，形成穩(wěn)定均勻懸浮液，粘度120mPa.s，室溫條件下10天不固化。50℃水浴中48h固化。固化后抗壓強度大于1MPa。
實施例2
微細顆粒型無機膠凝劑：25g
硫酸鋁：2g
氧化鈣：1g
十八烷基三甲基氯化銨改性膨潤土(干法混合研磨，膠質(zhì)價大于99ml/15g，吸藍量大于80mmol/g)：12g
玉米淀粉(分子量小于50000)：3g
水：80g
其中，所述微細顆粒型無機膠凝劑的制備方法：
低鈣白云石：所含CaO與MgO的質(zhì)量比小于1.4的白云石；
鞍山高硅型鐵尾礦：主要成分是二氧化硅(約55％)、氧化鐵(約25％)、氧化鎂(約10％)、氧化鈣(約5％)，并含少量鋁、鈷、鎳等金屬化合物雜質(zhì)；
粘土：遼寧黑山產(chǎn)粘土，主要成分為SiO2(約50％)、Fe2O3(約3％)、Al2O3(約25％)及少量雜質(zhì)。
上述3種材料按照2：5.5：1.8的比例混合后，在1450℃煅燒50min，冷卻后研磨成粒徑5～50μm的微粉，作為微細顆粒型無機膠凝劑。該材料在一定溫度(30℃以上)條件下，經(jīng)激活劑激發(fā)可發(fā)生水化凝膠反應(yīng)，生成具有一定強度的固結(jié)體。
使用方法：按比例將膠凝劑、分散劑、緩凝劑、激活劑依次加入水中，室溫下攪拌10min后，形成均勻穩(wěn)定懸浮液，粘度110mPa.s，室溫條件下10天不固化。50℃水浴中120h固化。固化后抗壓強度大于0.5MPa。