CN102504775B - 深井长封固段固井用大温差水泥浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及深井长封固段固井用大温差水泥浆及其制备方法，该深井长封固段固井用大温差水泥浆由以下各组分按重量份配比组成：油井水泥100份、高温稳定剂0.5～35份、密度调节剂0.5～65份、超细胶凝材料0.5～30份、水40～85份、降滤失剂3～7份、缓凝剂0.5～3份、减阻剂0.5～2份、悬浮稳定剂0.5～3份、防窜剂0.5～3份、强度调节剂0.5～3份。本发明具有在大温差固井作业中防超缓凝能力强、滤失水量低、浆体沉降稳定性好、抗水气窜能力强以及水泥石早期抗压强度高的优点，可有效提高长封固段大温差固井质量，保护油气层。同时该水泥浆配比简单，现场应用可操作性强，可在深井复杂区块井推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一套密度1.2-1.9g/cm3的深井长封固段固井大温差水泥浆体系及制备方法，特别适用封固段长3000-6000米、温差40～100℃的长封固段、大温差固井作业。
背景技术
固井是钻完井过程中极为重要的组成部分，是一次性工程，固井质量的好坏直接决定一口井油层产能和寿命。高温深井固井作业是固井工作中的难点，长封固段大温差固井是高温深井固井作业中的难点之一。
随着能源需求的急剧加大，深井、超深井数量也随之增加，为节约钻井成本，缩短建井周期，简化井身结构，受井身结构的限制，封固段势必增加，特别是含硫气井要求全井封固且对固井质量提出较高的要求。
对于气油比小且不含硫化氢井的长封固段固井作业，目前油田一般采用双级固井技术。双级固井技术对于长封固段固井作业来说是一种提高固井质量的方法，但这种方式也存在着许多难以克服的问题，例如：①双级固井中可能会出现分级箍关不严，循环孔打不开的现象，给固井施工带来危险，甚至造成固井失败；②分级箍价格昂贵，无形中增加了固井成本；③双级固井后，钻开分级箍位置的水泥塞延长了建井周期，增加了钻井成本，又有钻穿套管的危险。因此双级固井并不是有效解决所有长封固段固井难题的方法，特别是在气油比较大，高含硫化氢的井中，中石油等单位已经明文规定禁止在这种情况下使用双级固井方式。
为避免以上问题，普遍采用低密度水泥浆固井技术。而对于长封固段固井来说，普通低密度水泥浆固井也存在一些问题，主要表现为：①长封固段增加了井眼顶部和底部的温差(例如封固段长度为3000米，若地温梯度为2℃/100m，则封固段上下静止温度温差达50℃以上)，顶部水泥浆长期不凝，严重影响了后续作业的进行。②为提高顶替效率，水泥浆在环空流动速度大，环空流动阻力也增大，固井过程中易形成高的过平衡压力使地层漏失。
因此，分级固井技术和普通低密度水泥浆固井技术已很难满足长封固段固井安全和质量的要求。国内对可用于超长封固段固井的大温差水泥浆研究还鲜见报到。国外有可用的类似体系，但成本极高。并且国外由于其技术和工具的可靠性，一般无需进行超长封固段的固井作业，因此没有针对循环温度高于110℃，水泥浆柱顶部和循环温度之间的温差在40℃～100℃之间的高温大温差固井水泥浆做系统的研究和报道，而仅对抗高温外加剂，防气窜技术和提高顶替效率等方面进行深入研究以提高深井固井质量。
为此，很有必要开发具有优异防大温差超缓凝、早期抗压强度高的深井高温大温差固井水泥浆体系。
发明内容
本发明的目的是提供一种深井长封固段固井用大温差水泥浆，该水泥浆具有优异的“直角稠化”性能和防超缓凝性能，在大温差固井作业中防超缓凝能力强、滤失水量低、浆体沉降稳定性好、抗水气窜能力强以及水泥石早期抗压强度高，可望有效解决高温深井固井所面临的超缓凝问题。
本发明的另一目的还在于提供深井长封固段固井用大温差水泥浆的制备方法，该方法原理可靠，操作方便，有效提高了长封固段大温差固井质量，保护油气层，可在深井复杂区块井推广应用。
为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。
深井长封固段固井用大温差水泥浆，由以下各组分按重量份配比组成：
所述高温稳定剂为500目硅粉。
所述密度调节剂为漂珠或粉煤灰。
所述超细胶凝材料为细度≥600m2/Kg的超细水泥。
所述悬浮稳定剂为钻井液用膨润土。
所述防窜剂为铝粉。
所述降滤失剂为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸或纳羧甲基纤维素。
所述缓凝剂为乙二胺四亚甲基磷酸或柠檬酸。
所述减阻剂为磺化烷基萘甲醛树脂或聚苯乙烯磺酸钠。
所述强度调节剂可以是硅酸钠、硫代硫酸钠、硝酸钠、氧化钙、硫酸钠、三乙醇胺、乙酸钠、三异丙醇胺中的一种或两种以上混合物。
所述油井水泥为G级油井水泥。
以上物质均为市售。
该深井长封固段固井用大温差水泥浆的制备方法如下：
称取100重量份油井水泥、0.5～35重量份高温稳定剂、0.5～65重量份密度调节剂、0.5～30重量份超细胶凝材料、0.5～3重量份悬浮稳定剂、0.5～3重量份强度调节剂、0.5～3重量份防窜剂干混为干粉混合物。量取40～85重量份水，称取3～7重量份降滤失剂、0.5～3重量份缓凝剂、0.5～2重量份减阻剂溶于水中，将水溶液放在混合容器中，搅拌器以低速(4000±200转/分)转动，并在15秒内加完称取的干粉混合物，盖上搅拌器的盖子，高速(12000±500转/分)下继续搅拌35秒，即得本发明。
本发明所述的深井长封固段固井用大温差水泥浆具有以下几个方面的优点：(1)具有宽广的密度调节范围，密度调节范围为1.2～1.9g/cm3；(2)水泥浆密度和稠化时间可调、流动性好、失水量小，能完全满足现场注水泥施工要求；(3)水泥浆具有优异的“直角稠化”性能，对防止高温深井固井的水气窜流问题十分有效；(4)通过合理使用超细胶凝材料与缓凝剂种类和数量，实现大温差条件下固井封固段顶部水泥石具有较高的早期强度，有效防止大温差条件下中低温水泥石超缓凝；(5)大温差水泥浆体系配方简单，体系各组份来源广泛，成本低廉，应用前景广阔。
附图说明
图1是实施例1循环温度110℃稠化曲线图。
图2是实施例2循环温度120℃稠化曲线图。
图3是实施例3循环温度130℃稠化曲线图。
图4是实施例4循环温度140℃稠化曲线图。
图5是实施例5密度1.2g/cm3循环温度125℃稠化曲线图。
图6是实施例6密度1.3g/cm3循环温度125℃稠化曲线图。
图7是实施例7密度1.4g/cm3循环温度125℃稠化曲线图。
图8是实施例8密度1.5g/cm3循环温度125℃稠化曲线图。
图9是实施例9密度1.6g/cm3循环温度125℃稠化曲线图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例进一步说明本发明。
实施例1
称取100重量份油井水泥、0.5份重量份硅粉、0.5重量份粉煤灰、2重量份超细水泥、0.5重量份钻井液用膨润土、0.2重量份硅酸钠、0.3重量份三乙醇胺、3重量份铝粉干混为干粉混合物。量取85重量份水，称取7重量份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、0.85重量份乙二胺四亚甲基磷酸、0.5重量份磺化烷基萘甲醛树脂溶于水中，将水溶液放在混合容器中，搅拌器以低速(4000±200转/分)转动，并在15秒内加完称取的干粉混合物，盖上搅拌器的盖子，高速(12000±500转/分)下继续搅拌35秒，即得本发明深井长封固段固井用大温差水泥浆，实验结果见表1、表2、图1。
实施例2
称取100重量份油井水泥、5份重量份硅粉、1重量份粉煤灰、0.5重量份超细水泥、1重量份钻井液用膨润土、0.5重量份硫代硫酸钠、0.2重量份硝酸钠、3重量份铝粉干混为干粉混合物。量取85重量份水，称取6.5重量份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、1.7重量份乙二胺四亚甲基磷酸、1重量份磺化烷基萘甲醛树脂溶于水中，将水溶液放在混合容器中，搅拌器以低速(4000±200转/分)转动，并在15秒内加完称取的干粉混合物，盖上搅拌器的盖子，高速(12000±500转/分)下继续搅拌35秒，即得本发明深井长封固段固井用大温差水泥浆，实验结果见表1、表2、图2。
实施例3
称取100重量份油井水泥、10份重量份硅粉、0.5重量份粉煤灰、5重量份超细水泥、1.5重量份钻井液用膨润土、1重量份硝酸钠、0.2重量份三异丙醇胺2.8重量份铝粉干混为干粉混合物。量取85重量份水，称取6重量份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、2.1重量份乙二胺四亚甲基磷酸、1.5重量份磺化烷基萘甲醛树脂溶于水中，将水溶液放在混合容器中，搅拌器以低速(4000±200转/分)转动，并在15秒内加完称取的干粉混合物，盖上搅拌器的盖子，高速(12000±500转/分)下继续搅拌35秒，即得本发明深井长封固段固井用大温差水泥浆，实验结果见表1、表2、图3。
实施例4
称取100重量份油井水泥、15份重量份硅粉、1重量份粉煤灰、10重量份超细水泥、2重量份钻井液用膨润土、1.5重量份氧化钙、0.2重量份乙酸钠、2.5重量份铝粉干混为干粉混合物。量取85重量份水，称取5.5重量份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、3重量份乙二胺四亚甲基磷酸、2重量份磺化烷基萘甲醛树脂溶于水中，将水溶液放在混合容器中，搅拌器以低速(4000±200转/分)转动，并在15秒内加完称取的干粉混合物，盖上搅拌器的盖子，高速(12000±500转/分)下继续搅拌35秒，即得本发明深井长封固段固井用大温差水泥浆，实验结果见表1、表2、图4。
实施例5
称取100重量份油井水泥、35份重量份硅粉、65重量份漂珠、30重量份超细水泥、2.5重量份钻井液用膨润土、1.3重量份硫酸钠、0.2重量份三乙醇胺、2重量份铝粉干混为干粉混合物。量取40重量份水，称取5重量份纳羧甲基纤维素、0.7重量份柠檬酸、0.5重量份聚苯乙烯磺酸钠溶于水中，将水溶液放在混合容器中，搅拌器以低速(4000±200转/分)转动，并在15秒内加完称取的干粉混合物，盖上搅拌器的盖子，高速(12000±500转/分)下继续搅拌35秒，即得本发明深井长封固段固井用大温差水泥浆，实验结果见表3、表4、图5。
实施例6
称取100重量份油井水泥、30份重量份硅粉、55重量份漂珠、25重量份超细水泥、3重量份钻井液用膨润土、2重量份三乙醇胺、0.2重量份硫酸钠、1.5重量份铝粉干混为干粉混合物。量取45重量份水，称取4.5重量份纳羧甲基纤维素、3重量份柠檬酸、1重量份聚苯乙烯磺酸钠溶于水中，将水溶液放在混合容器中，搅拌器以低速(4000±200转/分)转动，并在15秒内加完称取的干粉混合物，盖上搅拌器的盖子，高速(12000±500转/分)下继续搅拌35秒，即得本发明深井长封固段固井用大温差水泥浆，实验结果见表3、表4、图6。
实施例7
称取100重量份油井水泥、25份重量份硅粉、45重量份漂珠、20重量份超细水泥、3重量份钻井液用膨润土、2.3重量份乙酸钠、0.2重量份氧化钙、1重量份铝粉干混为干粉混合物。量取50重量份水，称取4重量份纳羧甲基纤维素、1重量份柠檬酸、1.5重量份聚苯乙烯磺酸钠溶于水中，将水溶液放在混合容器中，搅拌器以低速(4000±200转/分)转动，并在15秒内加完称取的干粉混合物，盖上搅拌器的盖子，高速(12000±500转/分)下继续搅拌35秒，即得本发明深井长封固段固井用大温差水泥浆，实验结果见表3、表4、图7。
实施例8
称取100重量份油井水泥、30份重量份硅粉、35重量份漂珠、15重量份超细水泥、3重量份钻井液用膨润土、0.5重量份三异丙醇胺、0.5重量份硝酸钠、0.8重量份铝粉干混为干粉混合物。量取55重量份水，称取3.5重量份纳羧甲基纤维素、2重量份柠檬酸、2重量份聚苯乙烯磺酸钠溶于水中，将水溶液放在混合容器中，搅拌器以低速(4000±200转/分)转动，并在15秒内加完称取的干粉混合物，盖上搅拌器的盖子，高速(12000±500转/分)下继续搅拌35秒，即得本发明深井长封固段固井用大温差水泥浆，实验结果见表3、表4、图8。
实施例9
称取100重量份油井水泥、20份重量份硅粉、30重量份漂珠、10重量份超细水泥、2重量份钻井液用膨润土、0.5重量份硅酸钠、2重量份硫代硫酸钠、0.5重量份铝粉干混为干粉混合物。量取60重量份水，称取3重量份纳羧甲基纤维素、3重量份柠檬酸、0.5重量份聚苯乙烯磺酸钠溶于水中，将水溶液放在混合容器中，搅拌器以低速(4000±200转/分)转动，并在15秒内加完称取的干粉混合物，盖上搅拌器的盖子，高速(12000±500转/分)下继续搅拌35秒，即得本发明深井长封固段固井用大温差水泥浆，实验结果见表3、表4、图9。
通过实施例1-实施例9，可以得出该深井长封固段固井用大温差水泥浆密度调节范围为1.2～1.9g/cm3；稠化时间可调、流动性好、失水量小，能完全满足现场注水泥施工要求；具有优异的“直角稠化”性能；实现大温差条件下固井封固段顶部水泥石具有较高的早期强度，有效防止大温差条件下中低温水泥石超缓凝。
表1实施例1-实施例4深井长封固段固井用大温差水泥浆物理性能
表2实施例1-实施例4深井长封固段固井用大温差水泥浆强度变化
表3实施例5-实施例9深井长封固段固井用大温差水泥浆物理性能
表4实施例5-实施例9深井长封固段固井用大温差水泥浆强度变化
Claims (2)
1.深井长封固段固井用大温差水泥浆，由以下各组分按重量份配比组成：油井水泥100份，高温稳定剂0.5～35份，密度调节剂0.5～65份，超细胶凝材料0.5～30份，悬浮稳定剂0.5～3份，防窜剂0.5～3份，降滤失剂3～7份，缓凝剂0.5～3份，减阻剂0.5～2份，强度调节剂0.5～3份，水40～85份；所述高温稳定剂为500目硅粉，所述密度调节剂为漂珠或粉煤灰，所述超细胶凝材料为细度≥600m2/Kg的超细水泥，所述悬浮稳定剂为钻井液用膨润土，所述防窜剂为铝粉，所述降滤失剂为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸或钠羧甲基纤维素，所述缓凝剂为乙二胺四亚甲基磷酸或柠檬酸，所述减阻剂为磺化烷基萘甲醛树脂或聚苯乙烯磺酸钠，所述强度调节剂为硅酸钠、硫代硫酸钠、硝酸钠、氧化钙、硫酸钠、三乙醇胺、乙酸钠、三异丙醇胺中的一种或两种以上混合物。
2.如权利要求1所述的深井长封固段固井用大温差水泥浆的制备方法，主要步骤如下：称取100重量份油井水泥、0.5～35重量份高温稳定剂、0.5～65重量份密度调节剂、0.5～30重量份超细胶凝材料、0.5～3重量份悬浮稳定剂、0.5～3重量份强度调节剂、0.5～3重量份防窜剂干混为干粉混合物；量取40～85重量份水，称取3～7重量份降滤失剂、0.5～3重量份缓凝剂、0.5～2重量份减阻剂溶于水中，将水溶液放在混合容器中，搅拌器以低速转动，所述低速为4000±200转/分，并在15秒内加完称取的干粉混合物，盖上搅拌器的盖子，高速下继续搅拌35秒，所述高速为12000±500转/分，即得深井长封固段固井用大温差水泥浆。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |