一種海洋深水表層固井水泥漿體系及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及深水固井水泥漿體系，更具體地，涉及一種海洋深水表層固井水泥漿 體系及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 世界海洋石油蘊(yùn)藏量約為1000多億噸，探明儲(chǔ)量380多億噸。目前已探明的海洋 石油儲(chǔ)量的80%還是集中在500米水深以內(nèi)的近大陸架區(qū)域，而深水固井作業(yè)相對(duì)陸地作 業(yè)其地形條件更加復(fù)雜：海底地層松軟，地層破裂壓力低，并容易產(chǎn)生流體移動(dòng)；海底底層 溫度低，抑制油井水泥的水化過(guò)程，且深水作業(yè)日均費(fèi)用昂貴，因此提高水泥漿在深水低溫 條件下的綜合性能，促進(jìn)水泥漿抗壓強(qiáng)度的較快發(fā)展，是深水固井中一個(gè)相當(dāng)值得重視的 問(wèn)題。
[0003] 深水固井面臨的主要困難有以下幾個(gè)方面：[1]低溫；[2]地層易漏壓；[3]潛在 的淺層水竄和氣竄。
[0004] 目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于深水固井的水泥漿體系主要有：（1)低溫快凝水泥漿體系，這類 水泥漿體系包括高鋁水泥體系和加促凝劑的A級(jí)、H級(jí)水泥，如US6244343, US6060535和 US6457524 等；（2)泡沫水泥漿體系，如 EPl 123907 ; (3) PSD (Particle Size Distribution) 水泥漿體系，采油G級(jí)水泥和超細(xì)水泥、超細(xì)顆粒，并優(yōu)化粒徑分布形成緊密堆積，如 US6656265 ; (4)G級(jí)油井水泥-硫鋁酸鈣復(fù)合水泥漿體系，如CN101054513。
[0005] 以上所有體系中存在的主要問(wèn)題有：高鋁水泥漿體系在抗壓強(qiáng)度發(fā)展方面有優(yōu) 勢(shì)，但對(duì)溫度敏感、對(duì)污染物敏感、水化放熱過(guò)快不易控制；泡沫水泥漿體系技術(shù)復(fù)雜，成本 高；PSD水泥漿體系在低溫下強(qiáng)度發(fā)展緩慢，靜膠凝發(fā)展慢，影響水泥漿的防竄能力，影響 固井質(zhì)量。
[0006] 綜上所述，針對(duì)深水固井面臨的低溫和淺層水-氣竄問(wèn)題，很有必要開(kāi)發(fā)出廉價(jià) 易得、配方簡(jiǎn)單的具有優(yōu)異深水性能的海洋深水表層固井水泥漿體系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種適用于深水固井以及類似環(huán)境的海洋深水表 層固井水泥漿體系及其制備方法，具有廉價(jià)易得、配方組成簡(jiǎn)單、低溫條件下低密早強(qiáng)等特 性，可以有效解決深水固井以及類似環(huán)境下固井所面臨的問(wèn)題。
[0008] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0009] -種海洋深水表層固井水泥漿體系，由100重量份水泥、12~18重量份減輕材料 (水泥漿體系的比重與減輕材料的加量成反比）、1. 〇~1. 5重量份分散劑（水泥漿體系的 流動(dòng)性與分散劑的加量成正比）、3~7重量份低溫增強(qiáng)材料（水泥石的早期強(qiáng)度與增強(qiáng)材 料的加量成正比）、〇. 1重量份懸浮劑、45~50重量份復(fù)合鹽水和0. 3重量份消泡劑組成。
[0010] 上述海洋深水表層固井水泥漿體系，所述水泥為G級(jí)油井水泥。
[0011] 上述海洋深水表層固井水泥漿體系，所述減輕材料為玻璃微珠。
[0012] 上述海洋深水表層固井水泥漿體系，所述分散劑為聚羧酸類減水劑（市售產(chǎn)品， 可在市場(chǎng)上購(gòu)買到）。
[0013] 上述海洋深水表層固井水泥漿體系，所述低溫增強(qiáng)材料為質(zhì)量百分比濃度為 30wt %~50wt %的納米級(jí)二氧化硅的水溶液；其加入使得水泥漿體系具有良好的防竄性 能，同時(shí)也兼具水泥漿體系中降失水劑的作用。
[0014] 上述海洋深水表層固井水泥漿體系，所述懸浮劑為黃原膠、韋蘭膠或者由黃原膠 和韋蘭膠組成的復(fù)配物；在所述復(fù)配物中，黃原膠與韋蘭膠的質(zhì)量比為2:8。
[0015] 上述海洋深水表層固井水泥漿體系，所述復(fù)合鹽水為由氯化鈣溶液和氯化鈉溶液 組成的復(fù)合鹽水；在所述復(fù)合鹽水中，氯化鈣和氯化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為4wt%。
[0016] 上述海洋深水表層固井水泥漿體系，所述消泡劑為酯類消泡劑。
[0017] 海洋深水表層固井水泥漿體系的制備方法，包括如下步驟：
[0018] (1)按如下配方準(zhǔn)備材料：100重量份水泥、12~18重量份減輕材料、I. 0~1. 5 重量份分散劑、3~7重量份低溫增強(qiáng)材料、0. 1重量份懸浮劑、45~50重量份復(fù)合鹽水和 〇. 3重量份消泡劑；
[0019] (2)將步驟（1)中稱量好的水泥和減輕材料混合均勻，即得水泥與減輕材料的干 混物；
[0020] (3)將步驟⑴中稱量好的低溫增強(qiáng)材料、分散劑、懸浮劑、復(fù)合鹽水和消泡劑倒 入水泥攪拌機(jī)漿杯中，攪拌30s ;
[0021] (4)將攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至并保持在4000±200RPM，然后將步驟（2)中制得水泥與減 輕材料的干混物在15s內(nèi)均勻倒入水泥攪拌機(jī)漿杯中，然后繼續(xù)攪拌50s，即可得到海洋深 水表層固井水泥漿體系。
[0022] 上述制備方法，步驟（3)中的攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速為1000±200RPM。
[0023] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0024] 1.本發(fā)明的水泥漿體系廉價(jià)易得且配方簡(jiǎn)單，并具有優(yōu)異的深水性能。
[0025] 2.本發(fā)明的水泥漿體系制備方法簡(jiǎn)單易掌握。
[0026] 3.該水泥漿體系具有早期強(qiáng)度（15h)最高可達(dá)7. 8Mpa，強(qiáng)度長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，靜膠 凝過(guò)渡時(shí)間短，體系穩(wěn)定，防竄性能優(yōu)越，配方簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，為提高深水固井質(zhì)量提供技術(shù) 保障。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 實(shí)驗(yàn)方法：按深水固井試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)API 10B-3-2004標(biāo)準(zhǔn)制備水泥漿，并測(cè)定水泥漿 性能和水泥石抗壓強(qiáng)度。
[0028] 實(shí)施例1
[0029] 制備密度為I. 52g/cm3的低溫低比重早強(qiáng)固井水泥漿。
[0030] 按照如下配方準(zhǔn)備材料：
[0031] G級(jí)油井水泥100重量份，中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院生產(chǎn)的玻璃微珠（型號(hào)為 T60、密度為0. 60g/cm3) 12重量份，分散劑1. 2重量份，低溫增強(qiáng)材料3重量份，懸浮劑0. 2 重量份，消泡劑〇. 3重量份，復(fù)合鹽水45重量份。
[0032] 分散劑為聚羧酸類減水劑；低溫增強(qiáng)材料為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30wt %的納米級(jí)二氧化 硅的水溶液；懸浮劑為黃原膠和韋蘭膠的復(fù)配物，復(fù)配物黃原膠和韋蘭膠的質(zhì)量比例為 2:8 ;消泡劑為酯類消泡劑，具體采用衛(wèi)輝市化工有限公司生產(chǎn)的消泡劑XP-I ;復(fù)合鹽水中 氯化媽和氯化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為4wt %。
[0033] 海洋深水表層固井水泥漿體系的制備方法，包括如下步驟：首先按本實(shí)施例配方 準(zhǔn)備材料，將水泥和玻璃微珠混合均勻得水泥與減輕材料的干混物；然后將低溫增強(qiáng)材料、 分散劑、懸浮劑、復(fù)合鹽水和消泡劑倒入水泥攪拌機(jī)漿杯中并以轉(zhuǎn)速1000±200RMP攪拌 30s ;然后將攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至并保持在4000 ±200RPM，將水泥與玻璃微珠的干混物在15s內(nèi) 均勻地倒入水泥攪拌機(jī)漿杯中，繼續(xù)攪拌50s，即可得密度為I. 52g/cm3的低溫低比重早強(qiáng) 固井水泥漿。按中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5546-92 "油井水泥應(yīng)用性能試 驗(yàn)方法"分別測(cè)試水泥漿的各項(xiàng)性能。
[0034] 實(shí)施例2
[0035] 制備密度為I. 52g/cm3的低溫低比重早強(qiáng)固井水泥漿。
[0036] 按照如下配方準(zhǔn)備材料：
[0037] G級(jí)油井水泥100重量份，中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院生產(chǎn)的玻璃微珠（型號(hào)為 T60、密度為0. 60g/cm3) 12重量份，分散劑1. 2重量份，低溫增強(qiáng)材料5重量份，懸浮劑0. 2 重量份，消泡劑〇. 3重量份，復(fù)合鹽水45重量份。
[0038] 分散劑為聚羧酸類減水劑；低溫增強(qiáng)材料為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30wt %的納米級(jí)二氧化 硅的水溶液；懸浮劑為黃原膠和韋蘭膠的復(fù)配物，復(fù)配物黃原膠和韋蘭膠的質(zhì)量比例為 2:8 ;消泡劑為酯類消泡劑，具體采用衛(wèi)輝市化工有限公司生產(chǎn)的消泡劑XP-I ;復(fù)合鹽水中 氯化媽和氯化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為4wt %。
[0039] 海洋深水表層固井水泥漿體系的制備方法，包括如下步驟：首先將水泥和玻璃微 珠混合均勻得水泥與減輕材料的干混物；然后將低溫增強(qiáng)材料、分散劑、懸浮劑、復(fù)合鹽水 和消泡劑倒入水泥攪拌機(jī)漿杯中并以轉(zhuǎn)速1000 ± 200RMP攪拌30s ;然后將攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至 并保持在4000±200RPM，將水泥與玻璃微珠的干混物在15s內(nèi)均勻地倒入水泥攪拌機(jī)漿杯 中，繼續(xù)攪拌50s，即可得密度為I. 52g/cm3的低溫低比重早強(qiáng)固井水泥漿。按中華人民共 和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5546-92 "油井水泥應(yīng)用性能試驗(yàn)方法"分別測(cè)試水泥漿的 各項(xiàng)性能。
[0040] 實(shí)施例3
[0041] 制備密度為I. 52g/cm3的低溫低比重早強(qiáng)固井水泥漿。
[0042] 按照如下配方準(zhǔn)備材料：
[0043] G級(jí)油井水泥100重量份，中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院生產(chǎn)的玻璃微珠（型號(hào)為 T60、密度為0. 60g/cm3) 12重量份，分散劑1. 5重量份，低溫增強(qiáng)材料7重量份，懸浮劑0. 2 重量份，消泡劑〇. 3重量份，復(fù)合鹽水45重量份。
[0044] 分散劑為聚羧酸類減水劑；低溫增強(qiáng)材料為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30wt %的納米級(jí)二氧化 硅的水溶液；懸浮劑為黃原膠和韋蘭膠的復(fù)配物，復(fù)配物黃原膠和韋蘭膠的質(zhì)量比例為 2:8 ;消泡劑為酯類消泡劑，具體采用衛(wèi)輝市化工有限公司生產(chǎn)的消泡劑XP-I ;復(fù)合鹽水中 氯化媽和氯化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為4wt %。
[0045] 海洋深水表層固井水泥漿體系的制備方法，包括如下步驟：首先將水泥和玻璃微 珠混合均勻得水泥