CN100340516C - 低温早强促凝剂 - Google Patents

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Abstract

在海上油田开发钻井作业过程中，通常采用集中钻井、固井作业模式。但集中表层固井施工时，由于井眼多、井眼间距小，表层套管入泥浅，冬季作业温度低等情况，极不利于大批量、密集井距、低温、浅层、易漏情况下的表层固井作业。采用本发明的低温早强促凝剂，可以在低温条件下，缩短水泥浆的稠化时间，致使水泥浆在低温条件下快速凝固，满足大批量、密集钻井、低温、浅层、易漏情况下的表层固井作业的需要。

Description

低温早强促凝剂
技术领域
本发明涉及一种低温早强促凝剂组合物；该低温早强促凝剂组合物在低温条件下能缩短水泥浆的稠化时间，促使水泥浆在低温条件下快速凝固；上述低温早强促凝剂组合物用在海上石油钻井中，特别适合应用在低温条件下的海上石油集中钻井中，该低温早强促凝剂缩短水泥浆的稠化时间，促使水泥浆在低温条件下快速凝固。
背景技术
在海上油田开发钻井作业过程中，通常采用集中钻井、固井作业模式。但集中表层固井施工时，由于井眼多、井眼间距小，表层套管入泥浅，冬季作业温度低等情况，极不利于大批量、密集井距、低温、浅层、易漏情况下的表层固井作业。
已知的通常做法是，对单井通过加CaCl2，提高水泥浆的早期强度，但无法满足密集井距条件下极短的水泥浆稠化时间要求；还有，如果加入的CaCl2量过大，往往会造成其性能逆向，给固井带来难以预测的风险。
发明内容
本发明公开了一种低温早强促凝剂的组合物，其包括以下物质：
硝酸钠(NaNO3)：22---30重量％；
氟化钙(CaF2)：30---38重量％；
无机高分子聚合物[M(OH)nCl6-n]m：32％～48重量％
式中：n≤5，m≤10，M为高价金属离子，其结构式如下：
Figure C20041001881800031
本发明还公开了制备上述的低温早强促凝剂组合物的方法：将硝酸钠、氟化钙和无机高分子聚合物按上述比例称好；将称好的硝酸钠、氟化钙、无机高分子聚合物依次加入混合机内；混合均匀。
本发明还公开了上述低温早强促凝剂组合物在海上石油钻井中的应用。
采用本发明的低温早强促凝剂，可以在低温条件下，缩短水泥浆的稠化时间，促使水泥浆在低温条件下快速凝固，满足大批量、密集井距、低温、浅层、易漏情况下的表层固井作业的需要。
附图说明
图1是低温早强促凝剂CA903S在常压、27℃、水泥浆密度1.85sg条件下，低温早强剂加量和凝固时间的关系；
图2是低温早强促凝剂CA903S在常压、27℃、水泥浆密度1.85sg和养护八小时条件下，低温早强剂加量和凝固强度的关系。
具体实施方式
使用本发明的低温早强促凝剂，可以克服先前技术方面存在的难题。这种低温早强促凝剂是由无机高分子聚合物的复合物组成。由于这种无机高分子聚合物的分子结构大，具有极强的吸附凝聚力，能够很快使水泥浆絮凝结块，从而大大缩短水泥浆的凝结时间，达到早强促凝的作用。
低温早强促凝剂适用于海上油田开发中，大批量密集井间距情况下表层固井施工，使用于海水或苦咸水水泥浆体系。
本发明提供了不同性能、规格(如CA901L，CA903S型)的促凝剂，可以满足北方寒冷条件下批量密集钻井表层固井对水泥浆早强凝固的要求，缩短表层固井的候凝时间，降低钻井成本。
在一个平台开始钻井之前，要求所有的添加剂(按水泥浆化验配方计算所得)和固井工具必须到位(即到钻井平台上)，其中固井添加剂包括：CA903S(早强剂-一种加速水泥浆凝固、提前提高水泥浆强度的化学固体添加剂)；CA901L(早强剂-一种加速水泥浆凝固、提前提高水泥浆强度的化学液体添加剂，通常与CA903S使用，加速水泥浆凝固效果更佳)；CX603L(消泡剂-一种消除液体表面和内部气泡的液体添加剂)。以上添加剂被称为“低温早强促凝剂”体系，它预先与水按水泥化验配方比例进行混合，再与干水泥混合，混合后的水泥浆技术性能为：
■实验温度：10～30℃
■实验压力：3～5MPa
■水泥浆密度：1.58g/cm3～1.90g/cm3
■水泥浆稠化时间：80～150分钟
■水泥浆早期强度：4小时：2.5～3.5MPa，优选为3.5MPa
                  6小时：4～5.5MPa，优选为4.9MPa
                  8小时：6～10MPa，优选为7.0MPa
■触变性极强、稠度高，静止5分钟，初始稠度高达30～40Bc(Bc为水泥浆稠度的标准单位，属于国际制单位范畴)。
低温早强促凝剂中的无机高分子聚合物[M(OH)nCl6-n]m是高价阳离子([Ca]2+、[Al]3+)等和[OH]-、[Cl]-等阴离子组成的化合物，其是由氢氧化铝、氯化铝和氢氧化钙在制得的无机高分子聚合物。
在严格控制水泥浆的性能和化验条件(井底温度、井底压力、井底当量密度)以及井深(斜深和垂深)的基础上确定水泥浆化验的基本数据，进而使用低温早强促凝剂CA903S和/或CA901L来确定并调节水泥浆的密度、强度、稠化时间、造浆率、水灰比，以便保证固井施工的安全和顺利进行。
在实施例中具体使用以下低温早强促凝剂。
为应用于现场作业，低温早强促凝剂CA901L的一种制备方法是取25％硝酸钠、25％氟化钙、32％无机高分子聚合物和其他少量辅助材料，混合生产固体混合料，然后通过一定程序将其液化为产品CA901L(下文中“CA901L”指具有上述配方的产品CA901L)。
为应用于现场作业，低温早强促凝剂CA903S的一种制备方法是取30％硝酸钠、30％氟化钙、40％无机高分子聚合物，混合生产固体混合料，制得CA903S(下文中“CA903S”指具有上述配方的产品CA903S)。
根据作业者的不同要求和油田的地质特点，CA903S、CA901L有不同的使用方法。
实施例1：单独使用CA901L，在CFD11-1-3井，其上部井身结构为36″钻头开孔钻进到100m，下30″隔水导管并固井，然后17 1/2″钻头二开钻进到455m，下13 3/8″表层套管到450m并固井，其化验配方如下：
                                    实施例1
    套管尺寸     30″尾浆     13 3/8″领浆     13 3/8″尾浆
    水泥级别     JH“G”     JH“G”     JH“G”
    实验温度(℃)     20     26     26
    实验压力(Mpa)     1.5     5     5
    水泥浆密度g/cm3     1.90     1.58     1.90
    造浆率(m3/t)     0.78     1.22     0.78
    水灰比(m3/t)     0.45     0.90     0.45
    稠化时间(min)     120     300     140
    4/6小时强度(Mpa)     0.7/3.5     2.1/3.5
    CP50S(％)BWOW     2.5
    CA901L(％)BWOW     5.6     2.8     2.8
    CX603L(％)BWOW     0.2     0.2     0.2
作业质量良好。
实例2：复合使用CA901L和CA903S，以SZ36-1-D2井为例，其上部井身结构为24″隔水导管锤深80m，然后17 1/2″钻头一开钻进到205m，下13 3/8″表层套管到200m并固井，其化验配方如下：
                                实施例2
   水泥级别     SD“G”     SD“G”     SD“G”
   实验温度(℃)     16     16     16
   实验压力(Mpa)     2.8     2.8     2.8
   水泥浆密度g/cm3     1.58     1.75     1.90
   造浆率(m3/t)     1.22     0.96     0.78
   水灰比(m3/t)     0.90     0.64     0.45
   稠化时间(min)     180     129     88
   4/6小时强度(Mpa)     2.8/3.1
   CA903S(％)BWOW     8.4     7     7
   CA901L(％)BWOW     6     5     5
   CX603L(％)BWOW     0.24     0.2     0.2
表层固井施工成功，作业质量良好。

Claims (4)

1、一种低温早强促凝剂组合物，其特征在于，包括以下物质：
硝酸钠：重量百分比为25～30％；
氟化钙：重量百分比为30～38％；
无机高分子聚合物：重量百分比为32～40％；
该无机高分子聚合物的分子式为[M(OH)nCl6-n]m，
结构式为：
Figure C2004100188180002C1
式中，n≤5，m≤10；M为高价金属阳离子。
2、根据权利要求1所述的低温早强促凝剂组合物，其特征在于，所述硝酸钠重量百分比为30％，所述氟化钙重量百分比为30％，所述无机高分子聚合物重量百分比为40％。
3、制备权利要求1或2所述的低温早强促凝剂组合物的方法，其特征在于，硝酸钠、氟化钙及无机高分子聚合物分别按比例称好；将称好的硝酸钠、氟化钙及无机高分子聚合物依次加入混合机内，混合均匀。
4、权利要求1或2所述的低温早强促凝剂组合物在海上石油钻井中的应用。
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低温促凝剂CN-2的研究与应用 李泽林等，断块油气田，第10卷第3期 2003 *
低温促凝剂CN-2的研究与应用 李泽林等，断块油气田，第3卷第10期 2003 *
新型油井水泥早强促凝剂DZEOS 廖久明等，油田化学，第15卷第1期 1998 *
新型油井水泥早强促凝剂DZEOS 廖久明等，油田化学，第1卷第15期 1998 *

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