CN102827593A

CN102827593A - 一种基于矿渣激活的深水固井水泥浆体系

Info

Publication number: CN102827593A
Application number: CN2012103489716A
Authority: CN
Inventors: 步玉环; 李建华; 陈晓倩
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2032-09-14
Also published as: CN102827593B

Abstract

本发明公开了一种基于矿渣激活的深水固井水泥浆体系，各组份以及重量比例如下：水泥100份、中空微珠0～80份、超细颗粒0～12份、激发剂2.0～6.0份、分散剂0.3～2.0份、降失水剂2.0～4.5份、水60～120份。其中水泥为矿渣，降失水剂为羟乙基纤维素或者羧甲基羟乙基纤维素中的一种，分散剂为磺化甲醛-丙酮缩聚物或者氨基酸磺化甲醛-丙酮缩聚物中的一种，激发剂为无机碱类。本发明的深水固井水泥体系在低温条件下具有优异的低密早强性能，可望有效解决深水固井所面临的低温、低破裂地层压力等主要问题，具有非常广阔的应用前景。

Description

一种基于矿渣激活的深水固井水泥浆体系

技术领域

本发明涉及一种基于矿渣激活的深水固井水泥浆体系，特别适合于深水条件下的低温、低破裂压力地层的固井作业。

背景技术

近年来，随着石油工业的迅速发展，陆地油田的开发逐渐进入到中后期，石油勘探开发向海洋进军成为必然趋势。全球的海洋油气资源非常丰富，蕴藏量超过1000亿吨，占全球油气资源的34％，其中约60％的储存量位于大陆架的浅海海域，深水、超深水的石油资源量约为30％，到2009年，深水已探明的储量超过60亿吨油当量。我国具有丰富的海洋油气资源，其中南海海域和南沙群岛附近海域蕴藏的油气资源约有230-300亿吨的石油地质储量，其中70％以上位于深海海域。随着经济发展的需求，深水油气勘探开发成为了我国石油战略的方向。根据国家规划，到2020年，在深水投资2000亿，到2015年，南海深水区域总产量2500亿吨油当量，到2020年达5000万吨油当量。

深水固井是深水油气勘探开发的关键环节，是深水石油安全、高效和经济开采的重要保障。与常规固井相比，深水固井特别是表层段固井面临着低温、松软地层、地层空隙压力和地层破裂压力之间“窗口”狭窄的新问题。

深水海域的海底温度较低，并且随着海水深度增加而温度下降，低温必将导致水泥水化速率降低，延长水泥浆的凝结时间，影响水泥石的早期强度和最终强度，并且随着水的深度增加，水泥浆的凝结期会更长。同样，低温也会严重影响水泥浆胶凝强度发展，使水泥浆长期处于胶凝失重状态，发生窜流的风险增大。

海底和靠近海底的地层从地质年代上来讲通常都是较新的地层，地层松软、未压实、胶结性较差，因此地层易压裂，地层空隙压力较小，地层空隙压力和破裂压力之间的“窗口”狭窄，因此在固井时必然要求使用低密度水泥浆，通常要求水泥浆的密度在1.2-1.56g/cm³之间。

目前，国内外关于深水固井的深水体系主要有：(1)低温快凝水泥体系，这类水泥体系包括高铝水泥体系和加促凝剂的A级、H级水泥，如US6,244343、US6,060,535和US6,457,524；(2)泡沫水泥体系，如US6,273,191、US5,806,594；(3)PSD(ParticleSize Distribution)水泥体系，采用G级水泥和超细水泥、超细颗粒，并优化粒径分布形成紧密堆积，如US6,656,265、US6,874,578；(4)G级油井水泥-硫铝酸钙复合深水固井水泥体系，CN101054513。高铝水泥早起强度发展快，但“易受污染”，与许多外加剂不配伍；PSD体系和加促凝剂的A、H级水泥体系在低温、低密度条件下很难获得好的防窜能力和早期强度；G级油井水泥-硫铝酸钙复合深水固井水泥体系的主要胶凝材料为的硫铝酸钙水泥、铝酸盐水泥等高强水泥，成本较高；泡沫水泥浆体系浆体中由于泡沫的存在，使得水泥浆的稳定性变差，水泥石早期强度和最终强度较低，而且泡沫水泥浆体系需要额外的设备和技术人员，成本高。因此开发出一种低成本，在低温条件下具有低密早强特性的深水固井水泥体系具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型深水固井水泥体系，该水泥体系具有价格低廉、来源广泛、低温条件下低密早强等特性，可望有效解决深水固井所面临的低温、低破裂压力等主要问题。

本发明所述的深水固井水泥浆体系，其各组份以及重量份如下：水泥100份、中空微珠0～80份、超细颗粒0～12份、激发剂2.0～6.0份、分散剂0.3～2.0份、降失水剂2.0～4.5份、水60～120份。

本发明所述的深水固井水泥浆所用的水泥为矿渣，购自济南鲁新建材公司，是在冶炼生铁时的副产物，经过水淬处理后的高炉水泥矿渣，具有的潜在的水化活性。

本发明所述超细颗粒为微硅购自胜利油田固井公司，微硅是铁合金生产过程中分离出来的一种副产品。其主要成分是Si0₂(含量在90％～98％)，粒度很细，粒度分布范围为0.02～1μm。

本发明所述的深水固井水泥浆激活剂所用的是CaCl₂、N(C₂H₄0H)₃、Na₂Si0₃、Na₂CO₃、KOH、NaOH、LiOH和CaO中的一种或者几种。

本发明所述的深水固井水泥浆所用的降失水剂可以是羟乙基纤维素或者羧甲基羟乙基纤维素中的一种，粘度(2％水溶液，25℃)为7000～12000mPa.s。

本发明所述的深水固井水泥浆所用的分散剂可以是磺化甲醛-丙酮缩聚物或者氨基酸磺化甲醛-丙酮缩聚物中的一种，相对分子质量为8000～60000。

本发明所述的深水固井水泥体系具有以下优点：(1)本发明的深水体系中所用的矿渣是一种环保无熟料水泥，是由冶炼生铁时的废渣粉磨后得到，具有价格低廉、来源广泛和环保节能的特性；(2)本发明的深水低温固井水泥体系在低温条件下具有良好的低密早强特性，有利于降低候凝时间，节约钻井成本。

本发明提供了一种现场施工方便、成本低，能满足低温、低地层破裂压力条件下固井的水泥浆体系。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

实验方法：

按深水固井试验标准API10B-3-2004标准制备水泥浆，并测定水泥浆性能和水泥石抗压强度。

实施例1

济南鲁新建材公司生产的水泥(矿渣)100份，胜利油田固井公司生产的中空微珠0份，胜利油田固井公司生产的超细颗粒0份，激发剂NaOH4份，分散剂磺化甲醛-丙酮缩聚物1.6份，降失水剂羧甲基羟乙基纤维素2.5份，水60份。将激发剂NaOH加入水中溶解，配制成NaOH溶液倒入瓦棱水泥搅拌机浆杯，启动搅拌机并保持4000±200RPM的转速，将干混后的水泥、中空微珠、超细颗粒、磺化甲醛-丙酮缩聚物、羧甲基羟乙基纤维素在15s内均匀地加入搅拌杯中，自搅拌机启动15s后调整搅拌机转速至12000±500RPM继续搅拌35s±1s，配浆结束。按中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5546-92“油井水泥应用性能试验方法”分别测试水泥浆的各项性能。

实施例2

济南鲁新建材公司生产的水泥(矿渣)100份，胜利油田固井公司生产的中空微珠40份，胜利油田固井公司生产的超细颗粒8份，激发剂KOH4份，分散剂磺化甲醛-丙酮缩聚物1.6份，降失水剂羧甲基羟乙基纤维素2.5份，水92份。将激发剂KOH加入水中溶解，配制成KOH溶液倒入瓦棱水泥搅拌机浆杯，启动搅拌机并保持4000±200RPM的转速，将干混后的水泥、中空微珠、超细颗粒、磺化甲醛-丙酮缩聚物、羧甲基羟乙基纤维素在15s内均匀地加入搅拌杯中，自搅拌机启动15s后调整搅拌机转速至12000±500RPM继续搅拌35s±1s，配浆结束。按中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5546-92“油井水泥应用性能试验方法”分别测试水泥浆的各项性能。

实施例3

济南鲁新建材公司生产的水泥(矿渣)100份，胜利油田固井公司生产的中空微珠50份，胜利油田固井公司生产的超细颗粒7份，激发剂LiOH4份，分散剂氨基酸磺化甲醛-丙酮缩聚物1.6份，降失水剂羟乙基纤维素2.5份，水98份。将激发剂LiOH加入水中溶解，配制成LiOH溶液倒入瓦棱水泥搅拌机浆杯，启动搅拌机并保持4000±200RPM的转速，将干混后的水泥、中空微珠、超细颗粒、氨基酸磺化甲醛-丙酮缩聚物、羟乙基纤维素在15s内均匀地加入搅拌杯中，自搅拌机启动15s后调整搅拌机转速至12000±500RPM继续搅拌35s±1s，配浆结束。按中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5546-92“油井水泥应用性能试验方法”分别测试水泥浆的各项性能。

实施例4

济南鲁新建材公司生产的水泥(矿渣)100份，胜利油田固井公司生产的中空微珠60份，胜利油田固井公司生产的超细颗粒5份，激发剂Na₂SiO₃4份，分散剂氨基酸磺化甲醛-丙酮缩聚物1.6份，降失水剂羟乙基纤维素2.5份，水102份。将激发剂Na₂SiO₃加入水中溶解，配制成Na₂SiO₃溶液倒入瓦棱水泥搅拌机浆杯，启动搅拌机并保持4000±200RPM的转速，将干混后的水泥、中空微珠、超细颗粒、氨基酸磺化甲醛-丙酮缩聚物、羟乙基纤维素在15s内均匀地加入搅拌杯中，自搅拌机启动15s后调整搅拌机转速至12000±500RPM继续搅拌35s±1s，配浆结束。按中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5546-92“油井水泥应用性能试验方法”分别测试水泥浆的各项性能。表1

表1中显示的数据表明，实施例1、2、3、4配制的水泥浆密度虽然低于G级水泥，但是相同温度相同养护时间下的水泥浆的抗压强度均高于同等养护条件下G级水泥，此外，实施例1、2、3、4配制的水泥浆的其余性能均较优异，有利于现场优良固井质量的保证。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种基于矿渣激活的深水固井水泥浆体系，其特征在于，各组份以及重量比例如下：水泥100份、中空微珠0～80份、超细颗粒0～12份、激发剂2.0～6.0份、分散剂0.3～2.0份、降失水剂2.0～4.5份、水60～120份。

2.根据权利要求1所述的深水固井水泥体系，其特征在于，所用的水泥为矿渣，是在冶炼生铁时的副产物，经过水淬处理后的高炉水泥矿渣，具有的潜在的水化活性。

3.根据权利要求1所述的深水固井水泥浆体系，其特征在于，所用超细颗粒为微硅，微硅是铁合金生产过程中分离出来的一种副产品。

4.根据权利要求1所述的深水固井水泥浆体系，其特征在于，所用激发剂可以是CaCl₂、Na₂SiO₃、Na₂CO₃、KOH、NaOH、LiOH和CaO中的一种或者几种。

5.根据权利要求1所述的深水固井水泥浆体系，其特征在于，所用的降失水剂可以是羟乙基纤维素或者羧甲基羟乙基纤维素中的一种，2％水溶液，25℃时的粘度为7000～12000mPa.s。

6.根据权利要求1所述的深水固井水泥浆体系，其特征在于，所用的分散剂可以是磺化甲醛-丙酮缩聚物或者氨基酸磺化甲醛-丙酮缩聚物中的一种，相对分子质量为8000～60000。