CN102533235A - 一种油井水泥中高温早强剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油井水泥中高温早强剂，它包含以下组分，且各组分的重量比为：硫代硫酸钠1.2～2.8，碱式氯化铝0.2～2，硝酸钠0.2～0.6，微硅0.2～1，铝酸钙0～0.2。本发明的有益效果是：高温下它能在不影响稠化时间的情况下明显地提高水泥石的早期强度，解决了中高温环境下水泥石早期强度发展缓慢的现状，并且与其他外加剂配伍性好；同时中温下有助于控制水泥浆的失水量，降低了降失水剂的加量，节约了成本。
Description
技术领域
本发明涉及油井水泥早强剂技术领域，特别是一种油井水泥中高温早强剂。
背景技术
随着石油天然气勘探开发的深入，长封固大温差井也越来越多，这些井多数采用一次性固井，施工时间长，这就需要水泥浆具有稠化时间长、顶部强度高的性能。水泥浆稠化时间决定了缓凝剂的添加量，绝大多数缓凝剂加量大了自然影响顶部强度的发展。
常用的早强剂有无机盐类和有机化合物类，无机盐类中氯化物是最常用的油井水泥早强剂，其它如碳酸盐、硅酸盐、铝酸盐、硫代硫酸盐以及钠、钾、铵的氢氧化物也都是油井水泥早强剂；有机早强剂包括甲酸钙、甲酰铵、草酸和三乙酰胺等。
目前，国内早强剂有很多，为了降低成本，绝大多数早强剂里都添加氯化钙，但由于氯化钙在和水泥浆混拌的最初几个小时内放热速率高，使其地层与套管温度升高，套管膨胀，后期容易引发层间窜流，而且使水泥浆动切力增大，塑性粘度升高，初始稠度增大，使现场泵送困难，甚至出现“闪凝”现象，使水泥浆无法泵注；另外，氯化钙还会使水泥石体积收缩增大、渗透率升高和防硫酸盐腐蚀能力下降。
其他的早强剂在低密度体系里，对抗压强度有提高，但是对稠化时间的影响也比较明显，导致缓凝剂加量增大，增加水泥浆配方调试的难度，浪费人力、物力，同时也增加了成本；且现有其他的早强剂都是在低温下提高强度，缩短稠化时间。
现有早强剂和复合型早强剂的主要缺点为：
1、原料多样，生产时间长，效率低；
2、适用温度偏低，主要针对浅井和表层低温固井；
3、高温下对稠化时间影响明显；
4、对顶部强度的发展作用小。
为此，急需开发一种在高温下既对稠化时间无影响又对顶部强度发展有利的早强剂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种成本低、中温下有助于降低水泥浆API失水量、高温下对低密度水泥浆稠化时间无影响且能有效提高顶部抗压强度的油井水泥中高温早强剂。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种油井水泥中高温早强剂，它包含以下组分，且各组分的重量比为：
硫代硫酸钠 1.2～2.8，
碱式氯化铝 0.2～2，
硝酸钠 0.2～0.6，
微硅 0.2～1，
铝酸钙 0～0.2。
本发明的有益效果在于：本发明针对水泥石在中高温情况下早期强度发展缓慢，影响钻井周期的具体情况，研制开发了由多种无机化合物按一定的比例复配而成的早强剂。其具有双重早强作用，高温下它能在不影响稠化时间的情况下明显地提高水泥石的早期强度，解决了中高温环境下水泥石早期强度发展缓慢的现状，并且与其他外加剂配伍性好；同时中温下有助于控制水泥浆的失水量，降低了降失水剂的加量，节约了成本。总而言之本发明具有以下优点：
1、原料简单，购买方便，价格便宜，节约成本；
2、属于复合早强剂，复配工序简单，生产效率高；
3、中温下有助于降低水泥浆API失水量；
4、高温下对低密度水泥浆稠化时间无影响且能有效提高顶部抗压强度；
5、与各种外加剂配伍性好，易于水泥浆调配。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述：
实施例1：
一种油井水泥中高温早强剂，它包含以下组分，且各组分的重量比为：
硫代硫酸钠 2.8，
碱式氯化铝 0.2，
硝酸钠 0.4，
微硅 0.4，
铝酸钙 0.2。
将按上述配方制成的油井水泥中高温早强剂和水泥按重量比为4∶100取样制成样品，样品在养护温度为61℃、养护时间为8小时的条件下达到的抗压强度为16.78MPa；本实施例为本发明的最佳实施例。
实施例2：
一种油井水泥中高温早强剂，它包含以下组分，且各组分的重量比为：
硫代硫酸钠 1.2，
碱式氯化铝 1.2，
硝酸钠 0.6，
微硅 1。
将按上述配方制成的油井水泥中高温早强剂和水泥按重量比为4∶100取样制成样品，样品在养护温度为61℃、养护时间为8小时的条件下达到的抗压强度为13.792MPa。
实施例3：
一种油井水泥中高温早强剂，它包含以下组分，且各组分的重量比为：
硫代硫酸钠 1.2，
碱式氯化铝 2，
硝酸钠 0.4，
微硅 0.2，
铝酸钙 0.2。
将按上述配方制成的油井水泥中高温早强剂和水泥按重量比为4∶100取样制成样品，样品在养护温度为61℃、养护时间为8小时的条件下达到的抗压强度为2.4MPa。
实施例4：
一种油井水泥中高温早强剂，它包含以下组分，且各组分的重量比为：
硫代硫酸钠 2，
碱式氯化铝 1.2，
硝酸钠 0.4，
微硅 0.2，
铝酸钙 0.2。
将按上述配方制成的油井水泥中高温早强剂和水泥按重量比为4∶100取样制成样品，样品在养护温度为61℃、养护时间为8小时的条件下达到的抗压强度为15.04MPa。
实施例5：
一种油井水泥中高温早强剂，它包含以下组分，且各组分的重量比为：
硫代硫酸钠 2.8，
碱式氯化铝 0.2，
硝酸钠 0.6，
微硅 0.3，
铝酸钙 0.1。
将按上述配方制成的油井水泥中高温早强剂和水泥按重量比为4∶100取样制成样品，样品在养护温度为61℃、养护时间为8小时的条件下达到的抗压强度为13.27MPa。
实施例6：
一种油井水泥中高温早强剂，它包含以下组分，且各组分的重量比为：
硫代硫酸钠 2.8，
碱式氯化铝 0.2，
硝酸钠 0.6，
微硅 0.4。
将按上述配方制成的油井水泥中高温早强剂和水泥按重量比为4∶100取样制成样品，样品在养护温度为61℃、养护时间为8小时的条件下达到的抗压强度为13.972MPa。
实施例7：
一种油井水泥中高温早强剂，它包含以下组分，且各组分的重量比为：
硫代硫酸钠 2.6，
碱式氯化铝 0.2，
硝酸钠 0.6，
微硅 0.4，
铝酸钙 0.2。
将按上述配方制成的油井水泥中高温早强剂和水泥按重量比为4∶100取样制成样品，样品在养护温度为61℃、养护时间为8小时的条件下达到的抗压强度为13.216MPa。
实施例8：
一种油井水泥中高温早强剂，它包含以下组分，且各组分的重量比为：
硫代硫酸钠 2.8，
碱式氯化铝 0.2，
硝酸钠 0.2，
微硅 0.6，
铝酸钙 0.2。
将按上述配方制成的油井水泥中高温早强剂和水泥按重量比为4∶100取样制成样品，样品在养护温度为61℃、养护时间为8小时的条件下达到的抗压强度为14.902MPa。
本发明的早强剂由无机盐硫代硫酸钠、碱式氯化铝、硝酸钠、微硅、硫酸钙复配而成。硫代硫酸钠价格便宜，可降低生产成本；碱式氯化铝解决了以往早强剂使水泥浆动切力增大、塑性粘度升高、初始稠度增大，导致现场泵送困难的问题；硝酸钠、微硅、硫酸钙的加入提高了水泥石的致密性，保证了超高温下强度不衰退。
为验证本发明的强度性能和综合性能，以下结合对比实验对本发明作进一步的说明：
下列实验样品各组分的重量百分比以100％的水泥的重量为基准。
样品1：A厂G级油井水泥+44％水
样品2：A厂G级油井水泥+44％水+4％油井水泥中高温早强剂
样品3：B厂G级油井水泥+44％水+4％油井水泥中高温早强剂
样品4：A厂G级油井水泥+33％水+8％降失水剂+0.5％缓凝剂+0.2％消泡剂
样品5：A厂G级油井水泥+36％水+8％降失水剂+0.5％缓凝剂+0.2％消泡剂+2％油井水泥中高温早强剂
样品6：A厂G级油井水泥+55％粉煤灰+8％微硅+20％超细水泥+5％防窜剂+7％多功能防窜剂+48％水+12％降失水剂+1.2％高温缓凝剂+0.2％消泡剂
样品7：A厂G级油井水泥+55％粉煤灰+8％微硅+20％超细水泥+5％防窜剂+7％多功能防窜剂+50％水+12％降失水剂+1.2％高温缓凝剂+0.2％消泡剂+3％油井水泥中高温早强剂。
分别对各样品性能进行检测分析，结果如下：
表1强度性能
通过表1可以得出，无论是A厂水泥还是B厂水泥，加入本发明的油井水泥中高温早强剂的样品8h抗压强度都能达到12MPa以上，而且抗压强度提高率也超过30％，初始稠度比样品1的净浆初始稠度更低，使水泥浆动切力变小，塑性粘度降低，现场泵送更容易。
表2综合性能
通过表2中加油井水泥中高温早强剂与不加油井水泥中高温早强剂的对比实验可以得出，油井水泥中高温早强剂与各种外加剂配伍性好，通过样品4与样品5的综合性能对比可以得出，在常规密度体系中，该早强剂在80℃有助于降低失水量，从而可降低降失水剂加量，减少成本；通过表2中样品6与样品7的综合性能对比可以得出，在粉煤灰低密度体系中，加入本发明的油井水泥中高温早强剂的样品在110℃不影响稠化时间的同时能明显提高顶部强度，尤其在60℃*48h顶部强度提高率达到95％，这对解决低密度顶部强度发展缓慢起到了关键作用。
Claims (1)
1.一种油井水泥中高温早强剂，其特征在于：它包含以下组分，且各组分的重量比为：
硫代硫酸钠 1.2～2.8，
碱式氯化铝 0.2～2，
硝酸钠 0.2～0.6，
微硅 0.2～1，
铝酸钙 0～0.2。
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