一种固井用水泥浆体系 |
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| 申请号 | CN201710041486.7 | 申请日 | 2017-01-20 | 公开(公告)号 | CN106957638A | 公开(公告)日 | 2017-07-18 |
| 申请人 | 长江大学; | 发明人 | 于小荣; 陈大钧; 罗跃; 杨欢; 张直建; 王炜; | ||||
| 摘要 | 一种固井用 水 泥浆体系，由以下重量配比的原料组成：油井 水泥 100份；微 硅 20～45份；活性减轻材料20～50份；降失水剂2.5～3.5份；分散剂0.5～1份； 缓凝剂 0.9～1.8份；早强剂1.5～3份；消泡剂1～1.5份；水112～250份。其优点是：水泥浆体系中，活性减轻材料的添加，在降低水泥浆 密度 的同时，可与水泥水化产物进行化学反应，并与之融为一体，提高低密度水泥石的 早期强度 ，同时，克服了漂珠在高压和高搅拌条件下易碎的问题；缓凝剂采用复合离子型缓凝剂，自身具有 温度 自适应特性，当在低温环境中时，分子链蜷曲， 吸附 基团处于束缚状态，减少对水泥颗粒的吸附，缓凝性能减弱；当在高温条件下，分子链舒展，暴露出更多的吸附基团，缓凝性能增强。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种固井用水泥浆体系，其特征在于：由以下重量配比的原料组成： |
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| 说明书全文 | 一种固井用水泥浆体系技术领域背景技术[0002] 目前，国内大多浅层油气资源经过长期的开采相继接近枯竭，可采、易采储量有限，为了提高原油产量，支撑国民经济的发展，勘探开发工作已经开始向深部油气藏扩展，特别是近年来大量深井超深井的发现，为人们带来可喜石油储量的同时，也给固井作业带来了巨大的挑战； [0003] 现有的水泥浆具有较高的水固比，且本身稳定性较差，由于减轻材料与水泥颗粒3 密度悬殊，容易导致浆体因为重力分离而发生沉降，如目前常用的漂珠(ρ≈0.7g/cm)，极易上浮，使得浆体稳定性变差，更甚者，由于漂珠抗剪切性及抗压性能较差，易剪切破碎，或在井底高压环境下出现破裂，引起水泥浆实际密度比设计密度偏大，存在压漏地层的风险。 再者，作为水泥浆制备之一的缓凝剂，由于其跨温区使用，使得低温条件下缓凝剂的缓凝效应难以及时消除，致使水泥石顶部抗压强度发展缓慢甚至不凝固的情况发生，因此，如何解决上述技术问题，是目前水泥浆体系方面亟待解决的问题。 发明内容[0005] 一种固井用水泥浆体系，由以下重量配比的原料组成：油井水泥100份；微硅20～45份；活性减轻材料20～50份；降失水剂2.5～3.5份；分散剂0.5～1份；缓凝剂0.9～1.8份； 早强剂1.5～3份；消泡剂1～1.5份；水112～250份。 [0006] 一种固井用水泥浆体系，其优点是：水泥浆体系中，活性减轻材料的添加，在降低水泥浆密度的同时，可与水泥中水化产物进行化学反应，并与之融为一体，提高低密度水泥石的早期强度，同时，克服了漂珠在高压和高搅拌条件下易碎的问题； [0007] 缓凝剂采用复合离子型缓凝剂，其自身具有温度自适应特性，当在低温环境中时，分子链蜷曲，吸附基团处于束缚状态，减少对水泥颗粒的吸附，缓凝性能减弱；当在高温条件下，分子链舒展，暴露出更多的吸附基团，缓凝性能增强。并且，这一过程是可逆的，从而可适应大温差固井环境，克服了常规缓凝剂引起的低温水泥柱超缓凝的难题； [0008] 而材料中使用的早强剂具有双重激活作用，即可激活油井水泥又可激活活性减轻材料，从而提高水泥浆在顶部低温环境下的早期强度。 具体实施方式[0009] 一种固井用水泥浆体系，由以下重量配比的原料组成： [0010] 油井水泥100份；微硅20～45份；活性减轻材料20～50份；降失水剂2.5～3.5份；分散剂0.5～1份；缓凝剂0.9～1.8份；早强剂1.5～3份；消泡剂1～1.5份；水112～250份。 [0013] 进一步地，固化剂为脂肪胺。 [0015] 进一步地，所述共聚物是通过水溶液自由基聚合法聚合而成的。 [0017] 优选地，所述缓凝剂为复合离子缓凝剂； [0018] 进一步地，所述复合离子缓凝剂为衣康酸、对苯乙烯磺酸钠、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基烯丙基聚氧乙烯醚的四元共聚物，且共聚物中衣康酸：对苯乙烯磺酸钠：丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵：甲基烯丙基聚氧乙烯醚的摩尔比为25:60:15:0.05； [0019] 进一步地，所述共聚物是通过水溶液自由基聚合法聚合而成的。 [0020] 优选地，所述早强剂为CaO、K2SiO3、Na2SO4、NaOH的复合物，且复合物中CaO：K2SiO3：Na2SO4：NaOH的质量比为35:25:20:20。 [0021] 优选地，所述消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚中的一种。 [0022] 以下就具体实施例对本发明做进一步说明： [0023] 实施例一 [0024] 不同密度水泥浆体系的制备： [0025] 制备密度为1.3g/cm3的水泥浆体系，此实验命名为编号1： [0026] 取100份G级油井水泥、45份微硅、50份减轻材料、3.5份降失水剂、0.8份分散剂、0.9份缓凝剂、3份早强剂、1.5份消泡剂、250份水，依据API规范Spe-10A制备水泥浆，备用； [0027] 制备密度为1.4g/cm3的水泥浆体系，此实验命名为编号2： [0028] 取100份G级油井水泥、25份微硅、35份减轻材料、3份降失水剂、0.5份分散剂、1.2份缓凝剂、1.5份早强剂、1份消泡剂、175份水，依据API规范Spe-10A制备水泥浆，备用； [0029] 制备密度为1.5g/cm3的水泥浆体系，此实验命名为编号3： [0030] 取100份G级油井水泥、30份微硅、25份减轻材料、2.5份降失水剂、1份分散剂、1.8份缓凝剂、2份早强剂、1.2份消泡剂、112份水，依据API规范Spe-10A制备水泥浆，备用； [0031] 实施例二 [0032] 对水泥浆性能的评价 [0033] 以实例1为测试对象，依据GB/T 19139-2012《油井水泥试验方法》进行水泥浆基本性能测试评价，试验结果见表1。 [0034] 表1不同密度下水泥浆基本性能测试结果 [0035] [0036] 由表1可以看出，用该发明的水泥浆配方制备的水泥浆的流动度在21～24cm之间，说明水泥浆可泵性良好。自由水含量小于0.1％，说明本发明制备的水泥浆稳定性良好，兼顾到了整个体系的稳定性与流变性。此外，整套体系失水量在75mL以内，因而能有效控制施工过程中的失水，从而避免大量失水引起的水泥浆性能变化，利于地层的保护。综上所述，该发明的水泥浆体系配方性能良好，满足行业标准相关性能要求。 [0037] 实施例三 [0038] 对水泥浆稠化时间和抗压强度的评价 [0039] 以实例1为例，依据GB19139-2003采用高温动态预制方式测试水泥柱顶部抗压强度，即水泥浆配浆后装入高温高压稠化仪，按稠化试验方案进入高温恒温段，恒温60min后降至顶部静止温度，拆出稠化仪浆杯，去油处理，然后制模置于顶部温度下养护至龄期。试验结果见表2： [0040] 表2不同密度水泥浆稠化时间和抗压强度试验结果 [0041] [0042] 由表2可知，该发明制备的水泥浆体系在高温150℃条件下水泥浆稠化时间均大于300min，满足安全泵注的要求。此外，该体系顶部水泥石抗压强度发展良好，密度为1.3g/cm3抗压强度大于13.6MPa，密度为1.4g/cm3抗压强度最高超过18.3MPa，密度为1.5g/cm3抗压强度可高达22.6MPa。由此可见，该发明的水泥浆体系即可满足高温条件下水泥浆的安全泵送，又可保证低温井段水泥石抗压强度的发展，从而说明缓凝剂和早强剂配比的合理性。 [0043] 实例四 [0044] 水泥浆体系沉降稳定性的评价 [0045] 以实例1为例，水泥浆的沉降稳定性具体实验为：将在对应循环温度下稠化200min后的水泥浆倒入长30cm、内径为2.5cm的沉降管中，再将沉降管垂直放置于80℃的水浴恒温箱中养护至龄期(48h)，随后取出制备的水泥柱分割为长度相等的6段，分别测每段的密度，以密度分布来考察水泥浆稳定性，实验结果见表3： [0046] 表3水泥石密度分布结果 [0047] [0048] 由表3可知，采用本发明水泥浆体系制备的水泥石密度分布差异较小，最大密度差3 3 3 为0.021g/cm ，最小密度差为0.013g/cm ，小于0.03g/cm ，由此说明，本发明设计的水泥浆体系具有良好的稳定性，满足大温差固井施工要求。 |
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