一種用于含水合物地層的固井水泥漿的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種石油鉆井工程領(lǐng)域固井注水泥技術(shù)，所用的低水化熱水泥漿體 系，用于永凍層或深水含水合物地層的固井。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著石油資源的勘探開發(fā)的不斷拓展，目前勘探區(qū)域已經(jīng)向深海及寒冷地區(qū)發(fā) 展。深水油氣資源勘探開發(fā)不可避免地會遇到水合物地層。天然氣水合物存在于低溫高壓 條件下，在溫度0~1(TC，壓力lOMPaW上，天然氣水合物才會存在，一般存在于水深大于 300m的深海中，同時在永凍地層中也有可能存在。天然氣水合物的平均組分為每5. 75摩爾 的水中包含1摩爾的天然氣，密度為0. 9g/cm3,在壓力IMPa、溫度0°C的條件下，1升水合物 中含有168升天然氣。因此當天然氣水合物受熱分解時，其體積將急劇膨脹，將導致巨大的 安全問題。
[0003] 要確保安全高效地開采深水水合物層W下的油氣資源，必須保證水合物層的水合 物在鉆采過程中還能穩(wěn)定存在、不發(fā)生分解。深水固井時必須在固井水泥漿中加人低溫促 凝劑W減少候凝時間達到縮短建井周期的目的，但常規(guī)的深水低溫促凝劑會給水泥漿帶來 大量的反應熱，很有可能導致水合物層的水合物受熱分解，影響水泥環(huán)的整體封隔性和固 井質(zhì)量，威脅鉆井平臺安全。因此，常規(guī)的水泥漿無法適用于深水水合物層固井。
[0004][0005] 存在的主要問題：目前的早強水泥漿體系一般存在水化放熱快，候凝期間環(huán)空溫 度升得過高，會破壞水合物的穩(wěn)定性，而降低水化熱則又影響水泥的強度發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種用于含水合物地層的固井水泥漿。針對目前的早強水 泥漿水化放熱量大，造成水泥漿候凝時期環(huán)空升溫過高，引起永凍層或深水含水合物層不 穩(wěn)定，導致固井氣竄，井涌等嚴重后果，從促進水泥漿凝固和降低水泥漿的水化熱兩方面入 手，研制出了一種適用于水合物層固井的低水化熱水泥漿體系，該體系早強效果明顯、近似 直角稠化的特點，在有效縮短水泥漿凝固時間的同時，還不會給水泥漿帶來大量反應熱，能 保證水合物層的穩(wěn)定性。
[0007] 本發(fā)明所述的用于含水合物地層的固井水泥漿，按質(zhì)量的百分比計：按低溫低水 化熱固井材料100%計，加入低密度減輕材料15~65%、減阻劑0. 5~2%、降失水劑0. 1~ 0. 5%、緩凝劑0. 1~3%、早強劑2~7%，水40~100%，水泥漿密度為1. 3~1. 7g/cm3。
[0008] 所述的低溫低水化熱固井材料其組分及質(zhì)量百分比為；快硬鐵鉛酸鹽水泥30~ 70%、火山灰質(zhì)礦物20~50%、微細實必球形顆粒10~40%。
[0009] 所述的火山灰質(zhì)礦物，是指天然或人工含有W活性氧化娃、活性氧化鉛為主的礦 物質(zhì)材料，經(jīng)磨成細粉后與石灰加水混合，其粒度為20~100微米。
[0010] 所述的微細球形顆粒主要成分為Si〇2和Al2〇3,其成分為陶瓷粉、鐵粉、鉛粉或碳 酸巧粉，其粒度為2~5微米。
[0011] 所述的低密度減輕材料，為空必微珠，其粒徑為40~250微米。主要成分為Si〇2 和AI2O3。
[0012] 所述的降失水劑為AMI^S共聚物。
[0013] 所述的減阻劑為聚駿酸鹽類。
[0014] 所述的緩凝劑為巧樣酸、巧樣酸鋼。
[0015] 所述的水為淡水、鹽水或海水。
[0016] 所述的早強劑為化Cl2或偏鉛酸鋼。
[0017] 采用常規(guī)方法制備低水化熱早強固井水泥漿，先將濕混外加劑與水混合均勻，將 水泥與低溫增強材料及低密度減輕材料干混均勻，然后將液體與干物料混拌形成本產(chǎn)品。
[0018] ①采用快硬鐵鉛酸鹽水泥保證水泥的早期強度發(fā)展，②加入具有膠凝活性的火山 灰質(zhì)礦物，降低水泥的水化熱，并保證水泥石的長期強度，⑨加入可降低水化熱的微細球形 顆粒材料，降低水泥的總體水化熱，并與水泥、火山灰質(zhì)礦物及空必微珠形成顆粒級配，改 善低密度水泥漿性能。
[0019] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果：
[0020] 1.本低水化熱早強固井水泥漿體系在低溫下強度發(fā)展快，同時水化熱最低可達到 常規(guī)水泥漿的1/2,使水泥漿候凝時溫度低，不影響水合物穩(wěn)定性，保證固井后的安全。
[0021] 2.本低水化熱早強固井水泥漿體系采用顆粒級技術(shù)，提高水泥漿的性能，改善了 水泥漿機械性能，形成的水泥石滲透率低，長期穩(wěn)定性好，靜膠凝強度發(fā)展快，具有優(yōu)良的 防氣竄能力。
[0022] 3.本低水化熱早強固井水泥漿體系具有流變性好、失水小、稠化時間易于調(diào)節(jié)，方 便現(xiàn)場施工。
[0023] 本發(fā)明的深水低水化熱早強固井水泥漿體系解決了永凍層和深水含水合物層的 固井技術(shù)難題，在固井過程中可防止水合物的分解。
【具體實施方式】：
[0024] 采用常規(guī)方法，先將外加劑與水混合均勻，將水泥與低溫增強材料及低密度減輕 材料干混均勻，然后將液體與干物料混拌形成本產(chǎn)品。
[00巧]所述的火山灰質(zhì)礦物，是天然或人工含有W活性氧化娃、活性氧化鉛為主的礦物 質(zhì)材料，經(jīng)磨成細粉后與石灰加水混合，其粒度為20~100微米。
[0026] 所述的微細球形顆粒主要成分為Si化和Al2〇3,其成分為陶瓷粉、鐵粉、鉛粉或碳 酸巧粉，其粒度為2~5微米。
[0027] 所述的低密度減輕材料，為空必微珠，其粒徑為40~250微米。主要成分為Si〇2 和AI2O3。
[002引所述的降失水劑為AMPS共聚物。
[0029] 所述的減阻劑為聚駿酸鹽類。
[0030] 所述的緩凝劑為巧樣酸、巧樣酸鋼。
[0031] 所述的水為淡水、鹽水或海水。
[0032] 所述的早強劑為CaClz或偏鉛酸鋼。
[0033] 實施例1
[0034] 配置密度1. 7g/cm3水泥漿：
[0035] 水泥漿配方：
[0036] 按質(zhì)量百分比取快硬鐵鉛酸鹽水泥30%，火山灰質(zhì)礦物30%，微細球形顆粒40% 配置低溫低水化熱固井材料，加入空必微珠15 %，早強劑2 %，緩凝劑1. 6 %，水43 %，降失 水劑5%，0. 2%減阻劑。
[0037] 實施例2
[0038] 配置密度1. 5g/cm3水泥漿：
[0039] 水泥漿配方：
[0040] 按質(zhì)量百分比取50 %快硬鐵鉛酸鹽水泥，20 %火山灰質(zhì)礦物，30 %微細球形顆粒 配置低溫低水化熱固井材料，加入32%笠必微珠,4%早強劑，0. 25%降失水劑，0. 5%續(xù)凝 劑，52%水，0. 3%減阻劑。
[00川 實施例3
[0042] 配置密度1. 3g/cm3水泥漿：
[0043] 水泥漿配方：
[0044] 配置低溫低水化熱固井材料70%快硬鐵鉛酸鹽水泥，20%火山灰質(zhì)礦物，10%微 細球形顆粒，加入65 %空必微珠，4 %早強劑，0. 3 %降失水劑，0. 45 %緩凝劑，70 %水，0. 3 % 消泡劑，2%減阻劑。。
[004引對比配方1 ;
[0046] 密度 1.SOg/cm]
[0047] 80 %油井水泥，20 %超細水泥，空必微珠42 %，水75 %，氯化巧2. 5 %，水44%。
[0048][0050] 密度 1.72g/cm3
[0051] 油井水泥32. 40%，超細礦渣32. 02%，粉煤灰28. 42%，石膏4. 01%，水44 %， CaOO. 5%，硫酸鋼 1%。
[00閲對比配方3:
[0053] 密度 1. 36g/cm3
[0054] 油井水泥32. 40%，超細礦渣32. 02%，粉煤灰28. 42%，石膏4. 01%，水70 %， CaOO. 5 %，硫酸鋼1 %，中空微珠28 %。
[005引按照API10標準進行水泥漿性能測試：
[0056] 水泥漿性能如下表：
[0057]
【主權(quán)項】
1. 一種用于含水合物地層的固井水泥漿，其特征在于：按質(zhì)量的百分比計：由按低溫 低水化熱固井材料100%計，分別加入低密度減輕材料15~65%、減阻劑0. 5%~2%、降 失水劑0. 1 %~0.5%、緩凝劑0. 1 %~3%、早強劑2%~7%，水40~100%組成，水泥漿 密度為1. 3~I. 7g/cm3。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于含水合物地層的固井水泥漿，其特征在于：所述的低溫 低水化熱固井材料其組分及質(zhì)量百分比為：快硬鐵鋁酸鹽水泥30%~70%、火山灰質(zhì)礦物 20%~50%、微細實心球形顆粒10%~40%。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于含水合物地層的固井水泥漿，其特征在于：所述的火山 灰質(zhì)礦物，是指天然或人工含有以活性氧化硅、活性氧化鋁為主的礦物質(zhì)材料，經(jīng)磨成細粉 后與石灰加水混合，其粒度為20~100微米。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于含水合物地層的固井水泥漿，其特征在于：所述的微細 實心球形顆粒主要成分為SiO2和Al2O3，其粒度為2~5微米。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于含水合物地層的固井水泥漿，其特征在于：所述的低密 度減輕材料，為空心微珠，主要成分為SiO2和Al2O3,，其粒徑為40~250微米。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于含水合物地層的固井水泥漿，其特征在于：所述的降失 水劑為AMPS共聚物。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于含水合物地層的固井水泥漿，其特征在于：所述的減阻 劑為聚羧酸鹽類。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于含水合物地層的固井水泥漿，其特征在于：所述的緩凝 劑為朽1檬酸、梓檬酸鈉。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于含水合物地層的固井水泥漿，其特征在于：所述的水為 淡水、鹽水或海水。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于含水合物地層的固井水泥漿；按質(zhì)量的百分比計：由按低溫低水化熱固井材料100％計，分別加入低密度減輕材料15～65％、減阻劑0.5％～2％、降失水劑0.1％～0.5％、緩凝劑0.1％～3％、早強劑2％～7％，水40～100％組成，水泥漿密度為1.3～1.7g/cm3；與常規(guī)水泥漿體系相比，該水泥漿體系水化熱大幅度降低，使其水化時溫度升高較小，可應用于含水合物地層的固井。
【IPC分類】C09K8/487, C09K8/473, C09K8/467, C04B28/06
【公開號】CN105199691
【申請?zhí)枴緾N201410285747
【發(fā)明人】席方柱, 劉愛萍, 孫富全, 譚文禮, 熊鈺丹, 王翀
【申請人】天津中油渤星工程科技有限公司, 中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團海洋工程有限公司
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2014年6月23日