CN103571446A - 油井水泥用低密度外加剂及其制备、应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于油井水泥用低密度外加剂，以及该外加剂的制备方法和应用。所述油井水泥用低密度外加剂包括粉煤灰15~35%wt、轻质弹性粉55~80%wt、微硅5~20%wt。当以水泥重量为100份计，将10-20份该油井水泥用低密度外加剂加入到固井水泥浆体系中时，可以有效降低油井水泥密度，解决常规低密度油井水泥浆浆体性能不稳定，高温高压下水泥密度升高、稠化时间缩短等问题。

Description

油井水泥用低密度外加剂及其制备、应用方法

技术领域

本发明涉及一种用于油井固井水泥并可以降低水泥密度的外加剂，以及该外加剂的制备方法和应用。

背景技术

目前老油区很多油藏已进入特高含水期，油藏系统复杂、油层多、井段长、非均质强、油水关系复杂，油井往往由于腐蚀等原因穿孔或泄漏，使得套损、套变井数量不断增加，给油田带来巨大的经济损失。

石油钻井工程中，低压易漏地层和地层水腐蚀严重的表层固井，对固井水泥浆密度的要求很高，常常需要用低密度水泥浆固井。目前常用的固井低密度水泥有漂珠水泥和泡沫水泥，但高压下漂珠易破裂、进水，泡沫不仅易破裂还会发生体积收缩，这些现象都会造成水泥浆密度升高、稠化时间缩短等问题。因此当井深超过2500 m时，由于井底高温高压引起漂珠、泡沫破裂，常规低密度水泥浆会出现井下密度高于地面密度的情况。如果井底水泥浆密度超过1.60 g/cm³，会因对地层压力过大而打破注水泥平衡压力和压漏地层，给固井施工带来一定风险；同时会出现水泥返高不足的情况，使表层套管裸露在高矿化度的地层水环境中，造成套管的腐蚀，严重影响油水井寿命。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种低密度油井水泥外加剂及其该外加剂的制备和应用方法，可以有效降低油井水泥密度，解决常规低密度油井水泥浆浆体性能不稳定，高温高压下水泥密度升高、稠化时间缩短等问题。

本发明的技术方案包括：

一种油井水泥用低密度外加剂，包含以下组分且其重量百分比为：

①粉煤灰 15~35%wt；②轻质弹性粉 55~80%wt；③微硅 5~20%wt

进一步的优选方案是各组分的重量百分比为：

①   煤灰 10~30%wt；②轻质弹性粉 60~70%wt；微硅 5~15%wt

其中所述的轻质弹性粉可以是改性橡胶粉或轻质塑料粉。

本发明的技术方案还包括上述油井水泥用低密度外加剂的制备方法是将粉煤灰、轻质弹性粉和微硅按照所述含量放入混合机中进行混拌均匀。

依照前述油井水泥用低密度外加剂的应用方法是以固井用水泥浆中水泥含量为100重量份数计，将10~20份所述的油井水泥用低密度外加剂加入固井水泥浆，混合均匀。

该油井水泥用低密度外加剂应用方法的优选方案是：以固井用水泥浆中水泥含量为100重量份数计，将12~16份所述的油井水泥用低密度外加剂加入固井水泥浆，混合均匀。

本发明所述的低密度油井水泥外加剂，加入固井水泥浆体系后能够有效降低水泥浆密度，流变性能等符合固井施工设计标准，满足浅井和深井固井施工工程要求。并且用其配置的水泥浆浆体沉降稳定性好，在高温高压下性能稳定，可以解决低压易漏地层固井水泥浆的漏失或地层水对表层套管的腐蚀问题，有利于保护套管，提高固井质量，延长油井寿命,应用广泛的应用价值。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明做进一步说明。

原料说明：试验所用的空心漂珠、改性橡胶粉、轻质塑料粉、粉煤灰、微硅等材料均通过市售而得；减阻剂（SWJZ-1）、降失水剂（SWJ-4）、缓凝剂（SWH-1）等材料购于山东沃尔德油田技术有限公司，G级水泥购于山东临朐胜维特种水泥有限公司。其中改性橡胶粉可以是沥青改性橡胶粉或酚醛树脂改性橡胶粉等。

为了说明问题，一般要把加入该低密度油井水泥外加剂的固井水泥试样和在相同条件下的常规低密度固井水泥试样进行比较。

一、低密度油井水泥外加剂的制备方法实施例

实施例1：

取30%wt粉煤灰，加入改性橡胶粉60%wt，微硅10%wt，投入双螺旋混合机中，进行混拌，反复混拌2小时，待均匀后即得到低密度油井水泥外加剂。

实施例2：

取25%wt粉煤灰，加入改性橡胶粉70%wt，微硅15%wt，投入双螺旋混合机中，进行混拌，反复混拌2小时，待均匀后即得到低密度油井水泥外加剂。

实施例3：

取30%wt粉煤灰，加入轻质塑料粉60%wt，微硅10%wt，投入双螺旋混合机中，进行混拌，反复混拌2小时，待均匀后即得到低密度油井水泥外加剂。

实施例4：

取25%wt粉煤灰，加入轻质塑料粉70%wt，微硅15%wt，投入双螺旋混合机中，进行混拌，反复混拌2小时，待均匀后即得到低密度油井水泥外加剂。

二、低密度油井水泥外加剂应用例

实施例5：

固井水泥浆1号体系：G级水泥100重量份数，低密度油井水泥外加剂13.6份，减阻剂（SWJZ-1）0.6重量份数，降失水剂（SWJ-4）1.0重量份数，缓凝剂（SWH-1）0.1重量份数，液固比为0.46。将1号体系进行沉降稳定性测试和高温前后抗压强度测试，所涉及水泥浆密度表示为ρ ₁、水泥试块表示为样品1。

实施例6：

固井水泥浆2号体系：G级水泥100重量份数，低密度油井水泥外加剂15.4份，减阻剂（SWJZ-1）0.6重量份数，降失水剂（SWJ-4）1.0重量份数，缓凝剂（SWH-1）0.1重量份数，液固比为0.46。将2号体系进行沉降稳定性测试和高温前后抗压强度测试，所涉及水泥浆密度表示为ρ ₂、水泥试块表示为样品2。

比较例：

固井水泥浆0号体系（比较体系）：G级水泥100重量份数，空心漂珠25重量份数，减阻剂（SWJZ-1）0.6重量份数，降失水剂（SWJ-4）1.0重量份数，缓凝剂（SWH-1）0.1重量份数，液固比为0.46。将0号体系进行沉降稳定性测试和高温前后抗压强度测试，所涉及水泥浆密度表示为ρ ₀、水泥试块表示为样品0。

三、水泥浆性能评价

本发明所述的水泥浆性能评价包含以下步骤：

（1）按照API标准10制作水泥浆，在70℃下静置24h，测量上、中、下浆体密度，评价水泥浆的沉降稳定性；

（2）按照API标准10制作水泥浆，在70℃下常压稠化20min，搅拌下倒入抗压强度养护模；

（3）在70℃×0.1MPa条件下养护48h后，测试凝固后的水泥石抗压强度。

（4）在120℃×40MPa条件下，进行增压稠化试验。

下面结合表1对加入水泥浆低密度油井水泥外加剂的水泥浆的沉降稳定性进行说明。

表1为1号、2号和0号水泥浆体系的沉降稳定性测试结果，从表1中可以看出，静置24 h后，1号和2号水泥浆体系的浆体密度未出现任何差异，稳定性能良好；而0号水泥浆体系因为浆体发生沉降，上、中、下密度明显发生了变化，不利于现场安全施工。

表2为1号、2号和0号水泥浆体系增压稠化测试结果和制备的水泥石试块样品1、2、0的抗压强度测试结果。由表2中实验结果可以看出，样品1、样品2水泥石和样品0水泥石力学性能相当，但120℃×40MPa条件下，0号水泥浆体系浆体50min就发生了稠化，说明常规的漂珠低密度水泥浆体系在高温高压下漂珠发生破裂，影响了浆体的稠化性能；1号、2号水泥浆体系浆体稠化时间达到了2h以上，说明加入本发明所述低密度油井水泥外加剂的低密度水泥浆在高温高压下浆体性能稳定，未发生稠化时间缩短现象，不但满足了浅井施工还满足了深井的固井施工要求。

 表1  低密度水泥浆静置密度对比

表2　低密度水泥抗压强度和稠化时间对比实验结果

Claims (6)

1.一种油井水泥用低密度外加剂，其特征在于包含的组分及其重量百分比为：

1）粉煤灰 15~35%wt

2）轻质弹性粉 55~80%wt

3）微硅 5~20%wt。

2.按照权利要求1所述的油井水泥用低密度外加剂，其特征在于各组分的重量百分比为：

1）粉煤灰 10~30%wt

2）轻质弹性粉 60~70%wt

3）微硅 5~15%wt。

3.按照权利要求1或2所述的油井水泥用低密度外加剂，其特征在于所述的轻质弹性粉是改性橡胶粉或轻质塑料粉。

4.权利要求1或2所述的油井水泥用低密度外加剂的制备方法，其特征在于：将粉煤灰、轻质弹性粉和微硅按照所述含量放入混合机中进行混拌均匀。

5.按照权利要求1或2所述的油井水泥用低密度外加剂的应用方法，其特征在于：以固井用水泥浆中水泥含量为100重量份数计，将10~20份所述的油井水泥用低密度外加剂加入固井水泥浆，混合均匀。

6.按照权利要求5所述的油井水泥用低密度外加剂的应用方法，其特征在于：以固井用水泥浆中水泥含量为100重量份数计，将12~16份所述的油井水泥用低密度外加剂加入固井水泥浆，混合均匀。