專利名稱：油氣井固井用耐二氧化碳腐蝕水泥體系的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種油氣井固井用耐二氧化碳腐蝕水泥體系。
背景技術(shù)：
目前，油氣井固井使用的水泥多為硅酸鹽水泥體系。近年來，固井硅酸鹽水泥石的(X)2腐蝕問題倍受關(guān)注。這是因為地層中高濃度(X)2的來源已經(jīng)不再只是石油和天然氣的伴生氣，還包括(X)2驅(qū)油和(X)2埋存等技術(shù)大量注入的CO2,這大大提高了地層中(X)2的濃度。井下高溫、高壓和潮濕環(huán)境下，高濃度的CO2在短時間內(nèi)就會對硅酸鹽水泥石產(chǎn)生嚴重腐蝕，表現(xiàn)為水泥石的滲透率增大、強度降低等，使水泥石喪失封固性能，造成封固系統(tǒng)的封隔性能失效，進而導(dǎo)致油氣采收率降低、CO2埋存失敗等嚴重后果。所以，硅酸鹽水泥石已不能滿足含高濃度(X)2地層中的油氣井長期封固的要求，需要研究新型的耐(X)2腐蝕固井水泥體系來取代硅酸鹽水泥體系，以提高固井水泥石的耐(X)2腐蝕性能，保證高含(X)2油氣藏開采、CO2驅(qū)油和(X)2埋存等技術(shù)的成功應(yīng)用。在過去幾十年中，隨著高含(X)2油氣藏開采、CO2驅(qū)替技術(shù)和枯竭油氣藏(X)2埋存等技術(shù)的研究和應(yīng)用，國內(nèi)外已相繼開展了耐CO2腐蝕固井水泥體系的研究，取得了一些成果。目前，耐CO2腐蝕固井水泥體系主要分為兩類(1)硅酸鹽水泥基耐(X)2腐蝕固井水泥體系硅酸鹽水泥基耐(X)2腐蝕固井水泥體系主要是通過向硅酸鹽水泥中加入外摻料或外加劑來改變水泥石的物理性能(如降低滲透率、提高致密性等)或降低水泥石中堿性水化產(chǎn)物Ca(OH)2含量等方式來降低CO2腐蝕速率，提高水泥石的耐(X)2腐蝕性能，添加的外摻料包括微硅、礦渣、粉煤灰、漂珠、抗腐蝕惰性顆粒、膠乳和鹽類膨脹劑等，添加的外加劑主要有分散劑等。硅酸鹽水泥基耐(X)2腐蝕固井水泥體系在一定程度上提高了水泥石的耐CO2腐蝕性能，但由于決定水泥石耐CO2腐蝕性能的水化產(chǎn)物-水化硅酸鈣凝膠(CSH)仍會以一定的速率持續(xù)與CO2發(fā)生腐蝕反應(yīng)，長期應(yīng)用仍然存在很大風(fēng)險，所以硅酸鹽水泥基耐(X)2腐蝕固井水泥體系不能滿足高含(X)2油氣井長期封固的要求。(2)非硅酸鹽水泥基耐(X)2腐蝕固井水泥體系非硅酸鹽水泥基耐(X)2腐蝕固井水泥體系以硅酸鹽水泥之外的其它水泥為基本膠凝材料，通過向水泥中添加外摻料來改善水泥石的礦物組成，使水泥石中的主要礦物具有較優(yōu)的耐(X)2腐蝕性能，從而提高水泥石的耐(X)2腐蝕性能。目前只有美國Br00Wiaven國家實驗室開發(fā)的高鋁水泥-磷酸鹽水泥體系屬于此類固井水泥體系，該體系也是Halliburton石油公司ThermaLock固井水泥體系的主要成分。高鋁水泥-磷酸鹽固井水泥體系雖具有優(yōu)良的耐(X)2腐蝕性能，但由于高鋁水泥抗污染性能較差而導(dǎo)致整個水泥體系的抗污染性很差，混入少量的硅酸鹽水泥后就會導(dǎo)致該水泥體系的稠化時間大大縮短，易引發(fā)固井事故，現(xiàn)場在應(yīng)用該水泥體系固井之前都需要將固井設(shè)備進行徹底清洗，以防止殘留的硅酸鹽水泥污染該水泥體系，這大大增加了固井作業(yè)的風(fēng)險和成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述不足，提供一種油氣井固井用耐二氧化碳腐蝕水泥體系，該水泥體系的水泥石在高溫、高壓和高濃度(X)2條件下具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，能夠滿足高含(X)2油氣井長期封固的要求，為勘探開發(fā)、高效生產(chǎn)和環(huán)境保護提供保障。其技術(shù)方案為一種油氣井固井用耐二氧化碳腐蝕水泥體系，包含下列組分，各組分以磷鋁酸鹽水泥為總重量計按質(zhì)量百分比配比磷鋁酸鹽水泥，10 20%的可溶性磷酸鹽，2 4. 5%的緩凝劑，3 10%的降失水劑。優(yōu)選地，所述的磷鋁酸鹽水泥主要由三元磷鋁酸鈣固溶體、鋁酸鈣固溶體和磷酸鈣固溶體組成，各組分的重量百分含量為三元磷鋁酸鈣固溶體20 70%，鋁酸鈣固溶體10 60%，磷酸鈣固溶體10 60%，玻璃體0 15%。優(yōu)選地，所述的可溶性磷酸鹽為磷酸鈉、六偏磷酸鈉、聚磷酸鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫鈉中的一種或者兩種以上組成的復(fù)合物。優(yōu)選地，所述的緩凝劑為四硼酸鈉、硅酸鈉、木質(zhì)素磺酸鹽中的一種或兩種以上組成的復(fù)合物。優(yōu)選地，所述的降失水劑為膨潤土或微硅。本發(fā)明的有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(1)本發(fā)明的油氣井固井用耐二氧化碳腐蝕水泥體系的水泥石在高溫、高壓和高濃度(X)2條件下具有優(yōu)良的耐(X)2腐蝕性能。這有助于延長高含(X)2油氣井的壽命。(2)本發(fā)明的油氣井固井用耐二氧化碳腐蝕水泥體系具有較好的抗硅酸鹽水泥污染的性能，在摻入一定量的硅酸鹽水泥后仍能夠具有一定的稠化時間。這有利于固井施工作業(yè)的安全。(3)本發(fā)明的油氣井固井用耐二氧化碳腐蝕水泥體系具有一定的觸變性能，既能夠?qū)β┦舆M行一定的封堵，又能夠減少氣竄的發(fā)生。這有利于固井施工作業(yè)的成功進行和提高固井質(zhì)量。
具體實施例方式下面結(jié)合具體和實施例對本發(fā)明的方法作進一步詳細地說明。實施例1，本發(fā)明油氣井固井用耐二氧化碳腐蝕水泥體系的耐腐蝕性能評價本發(fā)明的油氣井固井用耐二氧化碳腐蝕水泥體系配方磷鋁酸鹽水泥、15%的六偏磷酸鈉、3. 25%的四硼酸鈉、9%的膨潤土。代號為1#。硅酸鹽水泥基耐二氧化碳腐蝕水泥體系配方嘉華G級水泥、8%的硅粉、1 %的降失水劑JS-2(聚乙烯醇類)、1%的分散劑SWJZ-I (醛酮縮合物)。代號為2#，用作對比。按油井水泥試驗方法標準GB/T 19139-2003標準制備水泥漿，其中水和水泥體系配方中的其它組分分別以磷鋁酸鹽水泥或嘉華G級為總重量計按質(zhì)量百分比配比；然后將配制好的水泥漿倒入直徑為2. 6cm、高為5cm的模具，置于75°C、常壓條件下養(yǎng)護，1#和2#水泥體系配方分別制作三組平行樣品試塊；3d后取出脫模，分別測量每種水泥漿配方其中1塊水泥石的滲透率和抗壓強度；然后將1#和姊水泥體系配方的其它2組樣品試塊放入高溫高壓耐酸堿腐蝕養(yǎng)護設(shè)備進行養(yǎng)護，養(yǎng)護條件為130°C、C02分壓為左右；養(yǎng)護20d和40d后，分別取出測量試塊的滲透率、抗壓強度，測試結(jié)果見表1。實驗結(jié)果表明，本發(fā)明的油氣井固井用耐二氧化碳腐蝕水泥體系與硅酸鹽水泥基耐二氧化碳腐蝕水泥體系相比，前者腐蝕前后的水泥石抗壓強度和滲透率基本保持不變，說明該水泥石受到的腐蝕較?。缓笳吒g前后的水泥石抗壓強度顯著降低，滲透率明顯增大，說明該水泥石受到的腐蝕較大。對比可以看出，本發(fā)明的油氣井固井用耐二氧化碳腐蝕水泥體系具有較好的耐腐蝕性能。表權(quán)利要求
1.一種油氣井固井用耐二氧化碳腐蝕水泥體系，其特征在于，包含下列組分，各組分以磷鋁酸鹽水泥為總重量計按質(zhì)量百分比配比磷鋁酸鹽水泥，10 20%的可溶性磷酸鹽，2 4. 5%的緩凝劑，3 10%的降失水劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣井固井用耐二氧化碳腐蝕水泥體系，其特征在于，磷鋁酸鹽水泥主要由三元磷鋁酸鈣固溶體、鋁酸鈣固溶體和磷酸鈣固溶體組成，各組分的重量百分含量為三元磷鋁酸鈣固溶體20 70%，鋁酸鈣固溶體10 60%，磷酸鈣固溶體10 60%，玻璃體0 15%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣井固井用耐二氧化碳腐蝕水泥體系，其特征在于，所述的可溶性磷酸鹽為磷酸鈉、六偏磷酸鈉、聚磷酸鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫鈉中的一種或者兩種以上組成的復(fù)合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣井固井用耐二氧化碳腐蝕水泥體系，其特征在于，所述的緩凝劑為四硼酸鈉、硅酸鈉、木質(zhì)素磺酸鹽中的一種或兩種以上組成的復(fù)合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣井固井用耐二氧化碳腐蝕水泥體系，其特征在于，所述的降失水劑為膨潤土或微硅。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種油氣井固井用耐二氧化碳腐蝕水泥體系，包含下列組分，各組分以磷鋁酸鹽水泥為總重量計按質(zhì)量百分比配比磷鋁酸鹽水泥，10～20％的可溶性磷酸鹽，2～4.5％的緩凝劑，3～10％的降失水劑。該水泥體系的水泥石在高溫、高壓和高濃度二氧化碳條件下具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，能夠滿足高含二氧化碳油氣井長期封固的要求，為勘探開發(fā)、高效生產(chǎn)和環(huán)境保護提供保障。適用于高溫、高壓、高含二氧化碳的油氣井固井。
文檔編號C09K8/493GK102559161SQ20111042202
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者步玉環(huán), 郭勝來, 郭辛陽, 馬聰 申請人:中國石油大學(xué)(華東)