CN101234871A - 一种抗高温水泥浆 - Google Patents

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Abstract

一种抗高温水泥浆，它涉及石油钻井固井技术领域所用的一种水泥浆。它解决了现有水泥浆抗高温性能差的问题。本发明抗高温水泥浆的组分及配比按重量份数比如下：水泥100份、水55～65份、降滤失剂6～15份、缓凝剂4.8～7.2份、减阻剂20～40份、填充剂3～5份、稳定剂1～3份，其中降滤失剂为高分子聚合物，缓凝剂为木质素无机盐，减阻剂为磺化丙酮－甲醛缩聚物，填充剂为纯度大于95％的二氧化硅，稳定剂为聚酯纤维。本发明具有抗高温能力强、滤失水量低、浆体稳定性好、抗水气窜能力强以及水泥石抗压强度高的优点，可提高深井固井施工安全性，减少水泥浆滤液对地层的损害，保护油气层，可在深井复杂区块井推广应用。

Description

一种抗高温水泥浆
技术领域
本发明涉及石油钻井固井技术领域所用的一种水泥浆，属于一种具有抗高温性能的水泥浆。
背景技术
固井是油井建设中的重要环节，固井质量的好坏，直接影响到该井的继续钻进以及后续的完井、采油、修井等各项作业的质量。固井作业分为下套管和注水泥浆。水泥浆是用来充填套管和井眼之间的环形空间，其性能的好坏直接影响到固井的质量。由于深层勘探井井深达5500m以上，按照深层地温梯度每下降100m温度上升4℃来计算，井底温度将达到220～240℃，井底循环温度将达到170～180℃，这样的温度对于水泥浆来说，属于高温环境。在高温环境下，水泥浆的性质变得不稳定，并且其中所含的固体颗粒不再处于悬浮状态，而是逐渐下沉，从而导致水泥浆中的液体和固体分离，大大降低了水泥浆固化后的强度，达不到施工要求。因此，深层井施工所需的水泥浆要具有抗高温性能。
水泥浆的抗高温性能由其所含的的外加剂如降滤失剂、缓凝剂等的抗高温性能所决定的。目前，国内外对于水泥浆的抗高温性能的研究还不是很成熟，现有的水泥浆的抗高温程度很难达到180℃，其主要原因是单一外加剂的抗温性不足以提高水泥浆的抗高温性能，而如果多种外加剂共同作用，会在高温作用下会产生不可预料的化学反应，从而影响到水泥浆的综合性能。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有水泥浆的抗高温性能不足的问题，提供一种抗高温水泥浆。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种抗高温水泥浆，其组分及配比按重量份数比如下：水泥100份、水55～65份、降滤失剂6～15份、缓凝剂4.8～7.2份、减阻剂20～40份、填充剂3～5份、稳定剂1～3份，其中降滤失剂为高分子聚合物，缓凝剂为木质素无机盐，减阻剂为磺化丙酮-甲醛缩聚物，填充剂为纯度大于95％的二氧化硅，稳定剂为聚酯纤维。
本发明的有益效果是：本发明的降滤失剂采用了北京奥凯立科技发展有限公司生产的标号为G310的高分子聚合物，它能够有效降低水泥浆的滤失量，使本发明抗高温水泥浆的滤失量保持在30ml以内，并且该降滤失剂的抗高温能力达203℃；缓凝剂采用了为北京普斯维斯石油技术有限公司生产的标号为HTR-200的木质素无机盐，它的抗高温能力达192℃；减阻剂采用了成都川锋化学工程有责任公司生产的标号为SXY的磺化丙酮-甲醛缩聚物，它能够降低水泥浆的粘度，增强水泥浆的流动性，使本发明抗高温水泥浆的流动度保持在24～28cm之间，从而达到分散、减阻的目的，并且磺化丙酮-甲醛缩聚物为无机盐类，它本身具有抗高温能力；填充剂为平均直径0.10～0.15微米的球形颗粒，其中无定形二氧化硅的纯度为95％以上，它与水泥的水化产物氢氧化钙发生反应生成低硬度的含水硅酸钙水化物，产生不含或者少含氢氧化钙的不易渗透的水泥石结构，并且填充剂颗粒周围还吸附有大量水分子，水分子之间通过氢键相互连接，使微细颗粒之间形成均匀致密的网架结构，从而改善水泥浆的沉降稳定性，提高水泥石的抗压强度和抗渗能力，使水泥石的抗压强度保持在24.5～28.9MPa，水泥石渗透率小于0.335毫达西，并且二氧化硅本身具有抗高温能力；稳定剂为聚酯纤维，它在水泥浆中能够处于悬浮状态，并且具有易分散的特点，它能够托起水泥浆中的固体颗粒，防止固体颗粒沉淀并使其均匀分散，保证了本发明抗高温水泥浆的稳定性，同时聚酯纤维具有良好的耐高温性能。上述降滤失剂、缓凝剂、减阻剂、填充剂及稳定剂都具有较好的抗高温性能，将它们加入到水泥浆后，提高了水泥浆的抗高温性能，使本发明抗高温水泥浆的抗高温能力达到190℃。
本发明抗高温水泥浆具有抗高温能力强、滤失水量低、浆体稳定性好、抗水气窜能力强以及水泥石抗压强度高的优点，能够提高深井固井施工安全性，减少水泥浆滤液对地层的损害，保护油气层，可在深井复杂区块井推广应用。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步的说明：本发明抗高温水泥浆的组分及配比按重量份数比如下：水泥100份、水55～65份、降滤失剂6～15份、缓凝剂4.8～7.2份、减阻剂20～40份、填充剂3～5份、稳定剂1～3份，其中降滤失剂为高分子聚合物，缓凝剂为木质素无机盐，减阻剂为磺化丙酮-甲醛缩聚物，填充剂为纯度大于95％的二氧化硅，稳定剂为聚酯纤维。
本发明所选择的降滤失剂为北京奥凯立科技发展有限公司生产的标号为G310的高分子聚合物，其抗高温能力达203℃。
本发明所选择的缓凝剂为北京普斯维斯石油技术有限公司生产的标号为HTR-200的木质素无机盐，其抗高温能力达204.4℃。
本发明所选择的减阻剂为成都川锋化学工程有责任公司生产的标号为SXY的磺化丙酮-甲醛缩聚物，它能够降低水泥浆的粘度，增强水泥浆的流动性，从而达到分散、减阻的目的，并且磺化丙酮-甲醛缩聚物为无机盐类，它本身具有抗高温能力。
本发明所选择的填充剂为纯度在95％以上的无定形二氧化硅，它是平均直径为0.10～0.15微米的球形颗粒。它能与水泥的水化产物氢氧化钙发生反应生成低硬度的含水硅酸钙水化物，产生不含或者少含氢氧化钙的不易渗透的水泥石结构，并且填充剂颗粒周围还吸附有大量水分子，水分子之间通过氢键相互连接，使微细颗粒之间形成均匀致密的网架结构，且不同粒径的颗粒合理级配和极化，改善了水泥浆的沉降稳定性，并提高了水泥石的抗压强度和抗渗能力，并且二氧化硅本身就具有抗高温能力。
本发明所选择的稳定剂为聚酯纤维，它在水泥浆中能够处于悬浮状态，并且具有易分散的特点，它能够托起水泥浆中的固体颗粒，防止固体颗粒沉淀并使其分散均匀，同时聚酯纤维具有良好的耐高温性能。
徐深24井是大庆市徐家围子地区的深层气探井，位于松辽盆地北部东南断陷区徐家围子断陷丰乐低凹起，地质储藏主要以天然气为主。徐深24井设计井深4690米，实际完钻井深4710米，为了压稳地层防止气窜发生，完井设计采用长封固井，封固段长度为2210米；为了防止压漏地层，施工采用本发明的双密度抗高温水泥浆固井，上部采用密度为1.60g/cm3的抗高温水泥浆封固1100米，下部采用密度为1.90g/cm3的抗高温水泥浆封固1110米，密度为1.60g/cm3的水泥浆各组分配比为水泥100份、水60份、降滤失剂6份、缓凝剂4.8份、减阻剂20份、填充剂3份、稳定剂1份，密度为1.90g/cm3的水泥浆各组分配比为水泥100份、水55份、降滤失剂5.9份、缓凝剂4.9份、减阻剂21份、填充剂3.5份、稳定剂1.2份。该实施例达到如下效果：在施工过程中检测，该井的实验循环温度为150℃，抗压强度实验条件为180℃×20.7MPa×48h，油井上部水泥浆的流动度为26cm，游离液为0ml，滤失水量为30ml，固化后水泥石的抗压强度为24.5MPa，渗透率为0.354毫达西，各项检测值均符合标准；油井下部水泥浆的流动度为24cm，游离液为0ml，滤失水量为24ml，固化后水泥石的抗压强度为26.9MPa，渗透率为0.342毫达西，各项检测值均符合标准。在整个施工过程中，采用的本发明的抗高温水泥浆混配正常，浆体稳定无分层现象，流动性良好，无漏失、气窜现象，各项检测值均符合标准，经48h时变密度测井固井质量合格。
徐深271井是大庆市徐家围子地区的深层气探井，位于松辽盆地北部东南断陷徐家围子断陷徐东斜坡带，在二开技术套管固井中应用本发明的抗高温水泥浆体系，该井的变密度测井结果为合格井。徐深271二开井深2870米，为长封井，为了不压漏地层，施工采用本发明的双密度抗高温水泥浆固井，上部采用密度为1.61g/cm3的抗高温水泥浆封固2370米，下部采用密度为1.89g/cm3的抗高温水泥浆原浆封固500米，密度为1.61g/cm3的水泥浆各组分配比为水泥100份、水62份、降滤失剂9份、缓凝剂5.5份、减阻剂28份、填充剂4.5份、稳定剂1.8份，密度为1.89g/cm3的水泥浆各组分配比为水泥100份、水58份、降滤失剂10份、缓凝剂6.7份、减阻剂29份、填充剂4.4份、稳定剂2.1份。该实施例达到如下效果：在施工过程中检测，该井的实验循环温度为83℃，抗压强度实验条件为100℃×20.7MPa×48h，油井上部水泥浆的流动度为27cm，游离液为0ml，滤失水量为22ml，固化后水泥石的抗压强度为26.3MPa，渗透率为0.345毫达西，各项检测值均符合标准；油井下部水泥浆的流动度为25cm，游离液为0ml，滤失水量为20ml，固化后水泥石的抗压强度为28.1MPa，渗透率为0.333毫达西，各项检测值均符合标准。在整个施工过程中，采用的本发明的抗高温水泥浆混配正常，浆体稳定无分层现象，流动性良好，无漏失、气窜现象，各项检测值均符合标准，经48h时变密度测井固井质量合格。
徐深22井是大庆市徐家围子地区的深层气探井，位于松辽盆地北部徐家围子断陷徐东斜坡带，设计井深5500米，在固井中应用本发明的抗高温水泥浆体系，该井的变密度测井结果为合格井。徐深22为长封井，为了不压漏地层，施工采用本发明的双密度抗高温水泥浆固井，上部采用密度为1.58g/cm3的抗高温水泥浆封固2600米，下部采用密度为1.88g/cm3的抗高温水泥浆原浆封固1000米，密度为1.58g/cm3的水泥浆各组分配比为水泥100份、水65份、降滤失剂15份、缓凝剂7.2份、减阻剂40份、填充剂5份、稳定剂3份，密度为1.88g/cm3的水泥浆各组分配比为水泥100份、水61份、降滤失剂14.5份、缓凝剂7.0份、减阻剂39份、填充剂4.9份、稳定剂2.7份，其中选用的水泥为嘉华G水泥。该实施例达到如下效果：在施工过程中检测，该井的实验循环温度为190℃，抗压强度实验条件为240℃×20.7MPa×48h，油井上部水泥浆的流动度为28cm，游离液为0ml，滤失水量为26ml，固化后水泥石的抗压强度为27.3MPa，渗透率为0.309毫达西，各项检测值均符合标准；油井下部水泥浆的流动度为26cm，游离液为0ml，滤失水量为24ml，固化后水泥石的抗压强度为28.9MPa，渗透率为0.315毫达西，各项检测值均符合标准。在整个施工过程中，抗高温水泥浆混配正常，浆体稳定无分层现象，流动性良好，无漏失、气窜现象，各项检测值均符合标准，经48h时变密度测井固井质量合格。

Claims (3)

1、一种抗高温水泥浆，其特征在于：其组分及配比按重量份数比如下：水泥100份、水55～65份、降滤失剂6～15份、缓凝剂4.8～7.2份、减阻剂20～40份、填充剂3～5份、稳定剂1～3份，其中降滤失剂为高分子聚合物，缓凝剂为木质素无机盐，减阻剂为磺化丙酮-甲醛缩聚物，填充剂为纯度大于95％的二氧化硅，稳定剂为聚酯纤维。
2、根据权利要求1所述的一种抗高温水泥浆，其特征在于：填充剂为平均直径0.10～0.15微米的球形颗粒。
3、根据权利要求1所述的一种抗高温水泥浆，其特征在于：水泥为嘉华G水泥。
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