CN102127404B - 一种适用于大温差固井水泥浆体系 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于大温差固井水泥浆体系，组分按重量份为：水泥100份、高温稳定剂0～40份、降失水剂2～6份、缓凝剂0.3～3份、水40～55份；水泥为G级高抗硫油井水泥；降失水剂为AMPS-丙烯酰胺聚合物，其中AMPS和丙烯酰胺聚合物单体摩尔比为7∶3，数均分子量为70万～150万；缓凝剂为含有羧基、磷酸基和磺酸基的二乙烯三胺衍生物，其中三种官能团羧基∶磷酸基∶磺酸基摩尔比为3∶2∶1；高温稳定剂为纯度大于95％的无定形二氧化硅，平均直径为0.1～0.15微米；本水泥浆适用循环温度范围可达70～180℃；高温下水泥浆浆体稳定性好、滤失水量低及无游离液，可以满足深井固井施工需求和提高固井质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种油田钻井固井水泥浆体系，特别适用于长封固段大温差(适用最大温差低于循环温度70℃)条件下固井作业。
背景技术
在固井施工作业时，为了保证施工作业安全和固井质量，在油井水泥中加入大量的水泥外加剂，改善水泥浆的可泵性、流变性及浆体稳定性等；但有些水泥外加剂对水泥浆某方面性能具有破坏作用，如有些缓凝剂对水泥浆过度稀释作用，造成水泥浆浆体不稳定，沉降严重；或者破坏降失水剂的降失水性能。随着油气田勘探开发的不断深入和钻井技术的发展，深井和超深井数量逐年增多，井下温度越来越高，在高温环境下，水泥浆稠度降低，固相颗粒悬浮性能变差，极易产生沉降，导致水泥浆中的固相与液相分层，引起水泥浆固化后形成的水泥石结构不均匀、强度变差，严重影响固井质量。另外深井和超深井钻探中经常遇到长封固段固井问题，尤其是超深探井；在开发井中有时为了节约成本，减少套管层次，也要求固井有一个较长的封固段。由于地温梯度影响，封固段增加，环空中水泥浆顶部静止温度远远低于循环温度，因缓凝剂加量敏感导致顶部水泥浆强度发展极其缓慢，甚至有超缓凝现象，水泥浆长期不能凝固，直接影响固井质量，严重时可能发生井喷事故。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于大温差固井水泥浆体系，该水泥浆体系在低于循环温度时无超缓凝现象，强度发展快，适用循环温度范围可达70～180℃；在高温环境水泥浆浆体稳定，稠化曲线呈“直角稠化”。本发明所述的适用于大温差固井水泥浆体系，各组分按重量如下：
水泥：100份
高温稳定剂：0～40份
降失水剂：2～6份
缓凝剂：0.3～3份
水：40～55份
本发明所述的一种适用于大温差固井水泥浆体系所用的水泥为符合GB 10238-2005要求的G级高抗硫油井水泥。
本发明所述的一种适用于大温差固井水泥浆体系.所用的高温稳定剂为纯度大于95％的无定形二氧化硅，平均直径为0.1～0.15微米。
本发明所述的一种适用于大温差固井水泥浆体系所用的降失水剂采用天津中油渤星工程科技有限公司BXF-200L降失水剂，其组分为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)-丙烯酰胺高分子聚合物水溶液，固含量为30％，数均分子量为70万～150万。
本发明所述的一种适用于大温差固井水泥浆体系所用的分散剂为磺化丙酮-甲醛缩聚物。
本发明所述的一种适用于大温差固井水泥浆体系所用的缓凝剂为含有羧基、磷酸基和磺酸基的二乙烯三胺衍生物，其中三种官能团摩尔比例为羧基∶磷酸基∶磺酸基为3∶2∶1；缓凝剂制备方法为在2000ml反应器中加入5mol二乙烯三胺、2.5mol碳酸钠和1000ml去离子水，在冰水浴条件下缓慢滴加400ml含有15mol氯乙酸的水溶液，滴加完毕后在10℃保温反应4h；然后加入氢氧化钠调节pH值至4后，加入羟甲基磺酸5mol，控制温度50℃，反应5小时；再用盐酸调节pH值至3后加入10mol亚磷酸和10mol甲醛，升温至80℃活化2h，再升温至110℃，保持回流反应3h后制得红褐色液体缓凝剂。
本发明所述的一种适用于大温差固井水泥浆体系所用的水可以为淡水、海水或浓度小于18％的盐水等。
本发明提供的水泥浆体系具有优异的综合性能，顶部水泥浆强度发展快、高温下水泥浆浆体稳定性好、滤失水量低及无游离液等，可以满足深井固井施工需求和提高固井质量。
具体实施方式
实验方法：按GB/T 19139-2003标准制备水泥浆，评定初始稠度、稠化时间、游离液、滤失水量和抗压强度等。
水泥浆浆体稳定性测试方法：将配置水泥浆装入高温高压稠化仪中，按照稠化时间测试实验条件升温至指定温度后保持60分钟，停止搅拌，降温至50℃后，取出浆杯，分别测试浆杯内上部和下部水泥浆密度，计算水泥浆上部和下部密度差。
实施例1
嘉华G级水泥100份、降失水剂2.5份、缓凝剂0.3份、淡水38.7份。实验结果见表1。
实施例2
嘉华G级水泥100份、高温稳定剂30份、降失水剂5份、缓凝剂1.2份、淡水51份。实验结果见表1。
实施例3
嘉华G级水泥100份、高温稳定剂30份、降失水剂5份、缓凝剂1.4份、淡水50.8份。实验结果见表1。
实施例4
嘉华G级水泥100份、高温稳定剂30份、降失水剂5份、缓凝剂2份、淡水50.2份。实验结果见表1。
实施例5
胜潍G级水泥100份、高温稳定剂30份、降失水剂5份、缓凝剂2.1份、淡水50.1份。实验结果见表1。
实施例6
胜潍G级水泥100份、高温稳定剂30份、降失水剂5份、缓凝剂2.1份、盐水50.1份，其中盐水重量百分比浓度为15％。实验结果见表1。
实施例7
胜潍G级水泥100份、高温稳定剂35份、降失水剂5份、缓凝剂3份、淡水51.4份。实验结果见表1。
对比例1
嘉华G级水泥100份、高温稳定剂30份、降失水剂5份、柠檬酸1.5份、淡水50.7份。实验结果见表1。
对比例2
嘉华G级水泥100份、高温稳定剂30份、降失水剂5份、AMPS-丙烯酸共聚物缓凝剂5份、淡水47.2份。实验结果见表1。
表1水泥浆性能数据
Claims (1)
1.一种适用于大温差固井水泥浆体系，适用最大温差低于循环温度70℃，其特征在于：其组分按重量份为：水泥100份、高温稳定剂0～40份、降失水剂2～6份、缓凝剂0.3～3份、水40～55份；
水泥为符合GB10238-2005要求的G级高抗硫油井水泥；
降失水剂为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）-丙烯酰胺高分子聚合物水溶液，固含量为30%，数均分子量为70万～150万；
缓凝剂为含有羧基、磷酸基和磺酸基的二乙烯三胺衍生物，其中三种官能团羧基：磷酸基：磺酸基摩尔比为3:2:1；
高温稳定剂为纯度大于95%的无定形二氧化硅，平均直径为0.1～0.15微米；
水为淡水、海水或浓度小于18%的盐水；
所述缓凝剂制备方法为在2000ml反应器中加入5mol二乙烯三胺、2.5mol碳酸钠和1000ml去离子水，在冰水浴条件下缓慢滴加400ml含有15mol氯乙酸的水溶液，滴加完毕后在10℃保温反应4h；然后加入氢氧化钠调节pH值至4后,加入羟甲基磺酸5mol，控制温度50℃，反应5小时；再用盐酸调节pH值至3后加入10mol亚磷酸和10mol甲醛，升温至80℃活化2h，再升温至110℃，保持回流反应3h后制得红褐色液体缓凝剂。
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