CN103923628A - 一种小井眼单通道固井用低粘柔性水泥浆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小井眼单通道固井用低粘柔性水泥浆。所述固井用低粘柔性水泥浆包括下述质量配比的组份：水泥100份；水37.0～56.0份；降滤失剂3.5～5.0份；弹性乳液1.0～2.0份；分散剂0.5～2.0份；孔隙支撑剂6.0～9.0份；抑泡消泡剂0.5～1.0份。本发明水泥浆具有较低的失水和较高的稳定性，稠化时间可调，胶凝强度发展时间快，自由液为零，抗侵污性能好等特点。本发明水泥浆凝固以后的水泥石渗透率得到了有效的降低，具有较好防腐蚀和防气窜效果。其防腐效果比普通水泥石提高80倍以上，壁面剪切效果提高30%以上，抗窜能力提高40%以上。

Description

一种小井眼单通道固井用低粘柔性水泥浆
技术领域
本发明涉及一种石油固井工程领域的一种固井水泥浆，具体涉及一种小井眼单通道固井用低粘柔性水泥浆。
背景技术
在油田开发的中后期，开采未被开发的储量难度越来越大，采用常规的钻完井模式开采的话，投入高，风险大，经济效益不高。此外，针对一些边际油田和那些单井产量不高的区块，也不适宜采用常规的钻完井模式。小井眼单通道井将小井眼钻井技术与单通道井技术相结合，采用小的井眼尺寸，简化的井身结构设计和生产管柱设计，完井作业不占用钻机时间，能够最大限度地降低钻完井费用。同时根据调研的国外成功开发经验，小井眼单通道井技术可用于开发煤层气、页岩气资源，因此单通道井可为非常规油气资源的开发提供重要的技术基础
小井眼井指的是70%的井深直径小于Ф177.8mm的井，其主要特点就是井径较常规井小，环空间隙小；单通道井是一种用油管代替套管，并对油管实施固井和射孔的一种油气生产井钻完井方式。小井眼井与单通道井的主要区别在于二者井身结构的不同，小井眼井与常规井的井身结构相同，完井后存在两个流通通道，一个是用于油气生产的油管，一个是用于压井用的油管与套管的环形空间；而单通道井只有一个用于油气生产的油管通道，油管与地层（或套管）之间直接用水泥环封死。因此，单通道井也可能是小井眼井钻井后完井，但也可能是常规井钻井后完井。
当小井眼井采用单通道完井时，其固井难点主要在于三个方面：一是小井眼环空间隙小，摩阻压耗大；二是套管居中难，合理设计扶正器是个难点；三是水泥浆顶替效率低。表现在固井水泥浆方面则是：一是对水泥浆体系的流变性要求较高，好的流变性能能减小顶替时的摩阻压耗，防止压漏地层，同时提高顶替效率；二是需要水泥浆在高压差下具有很好的稳定性能，防止水泥浆快速失水和脱水；三是小井眼水泥环薄，需满足水泥石的抗压和抗折强度要求，要求水泥浆具有很好的柔韧性。这一系列问题都对小井眼固井水泥浆体系提出了挑战。
发明内容
本发明的目的是提供一种小井眼单通道固井用低粘柔性水泥浆。
本发明所提供的一种小井眼单通道固井用低粘柔性水泥浆，其包括下述质量配比的组份：
水泥100份；水37.0～56.0份；降滤失剂3.5～5.0份；弹性乳液1.0～2.0份；
分散剂0.5～2.0份；孔隙支撑剂6.0～9.0份；抑泡消泡剂0.5～1.0份。
上述的低粘柔性水泥浆中，所述低粘柔性水泥浆还包括下述组份中的至少一种：
缓凝剂、膨胀剂、减轻剂、增强剂和硅粉。
上述的低粘柔性水泥浆中，所述缓凝剂、膨胀剂、减轻剂、增强剂和硅粉的添加量如下，以所述水泥的添加量为100份计，均为质量份：
所述缓凝剂的添加量为0.1～1.2份；
所述膨胀剂的添加量为0.5～2.0份；
所述减轻剂的添加量为8.0～12.0份；
所述增强剂的添加量为10.0～30.0份；
所述硅粉的添加量为30.0～35.0份。
所述低粘柔性水泥浆具体可为下述1）-3）中任一种：
1）由下述质量配比的组份组成：
水泥100份；水37.0～56.0份；降滤失剂3.5～5.0份；弹性乳液1.0～2.0份；
分散剂0.5～2.0份；孔隙支撑剂6.0～9.0份；抑泡消泡剂0.5～1.0份；
缓凝剂0.1～1.2份；膨胀剂0.5～2.0份；或
水泥100份；水37.5份；降滤失剂3.75份；弹性乳液1.25份；
分散剂1.5份；孔隙支撑剂6.25份；抑泡消泡剂0.625份；
缓凝剂0.125份；膨胀剂0.5份；
2）由下述质量配比的组份组成：
水泥100份；水37.0～56.0份；降滤失剂3.5～5.0份；弹性乳液1.0～2.0份；
分散剂0.5～2.0份；孔隙支撑剂6.0～9.0份；抑泡消泡剂0.5～1.0份；
减轻剂8.0～12.0份；增强剂10.0～30.0份；或
水泥100份；水56.0份；降滤失剂5.0份；弹性乳液2.0份；
分散剂0.5份；孔隙支撑剂6.0份；抑泡消泡剂1.0份；
减轻剂10.0份；增强剂12.0份；
3）由下述质量配比的组份组成：
水泥100份；水37.0～56.0份；降滤失剂3.5～5.0份；弹性乳液1.0～2.0份；
分散剂0.5～2.0份；孔隙支撑剂6.0～9.0份；抑泡消泡剂0.5～1.0份；
缓凝剂0.1～1.2份；硅粉30.0～35.0份；或
水泥100份；水41.3份；降滤失剂5.0份；弹性乳液1.7份；
分散剂2.0份；孔隙支撑剂8.3份；抑泡消泡剂0.83份；
缓凝剂1.13份；硅粉35.0份。
上述的低粘柔性水泥浆中，所述水泥可为D级油井水泥；
所述水为淡水；
所述降滤失剂为N,N-二甲基丙烯酰胺（NNDMA）、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物(AA/AMPS)和丙烯酰胺-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物（AM/AMPS）中至少一种，其相对分子量为10万～250万。
所述弹性乳液为丁苯胶乳，其中丁苯胶乳有效含量达到50～55%，丁苯胶乳具有降滤失、抗气窜、降低水泥石渗透率等功能；
所述分散剂为甲醛与丙酮的缩聚物，所述甲醛与所述丙酮的摩尔比为1：2；
所述孔隙支撑剂为购自荆州嘉华科技股份有限公司的产品，产品代码为MX；
所述抑泡消泡剂为购自荆州嘉华科技股份有限公司的产品，产品代码为X66L。
上述的低粘柔性水泥浆中，所述缓凝剂可为柠檬酸、硼酸和有机磷酸盐中至少一种，所述有机磷酸盐可为乙二胺四甲叉膦酸钠或乙二胺四甲叉膦酸钙；
所述膨胀剂为碱土金属氧化物，以生成氢氧化物为膨胀源；
所述减轻剂为漂珠，具体可采用来源于电厂的废弃物，是一种空心、密闭、壁薄、粒细的玻璃球体；
所述增强剂由超细矿渣和微硅粉组成，所述超细矿渣的粒径为15μm，所述微硅粉的粒径为5μm。
可按照下述方法配制本发明的水泥浆：按比例称取所需原料，将固体材料与水泥混合备用，将湿混的外加剂与水混合均匀，在低剪切速率（3000rpm以下）下加入干混材料，即得到本发明的水泥浆。
本发明具有如下有益效果：
1）解决了小井眼井对水泥浆体系的流变性要求，在室温（27℃）到90℃的范围内，在六速旋转粘度计上300r/min的读数均在205以内，满足施工要求；
2）本发明水泥浆具有较低的失水和较高的稳定性，稠化时间可调，胶凝强度发展时间快，自由液为零，抗侵污性能好等特点。
3）本发明水泥浆凝固以后的水泥石渗透率得到了有效的降低，具有较好防腐蚀和防气窜效果。其防腐效果比普通水泥石提高80倍以上，壁面剪切效果提高30%以上，抗窜能力提高40%以上。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中所使用的孔隙支撑剂购自荆州嘉华科技股份有限公司，产品代码为MX，具体制备工艺为：将活性（主要指无定形二氧化硅）的二氧化硅（SiO2）微粒（平均粒径为0.15μm左右）通过特殊的处理工艺与水混合形成悬浊液。
下述实施例中所使用的抑泡消泡剂购自荆州嘉华科技股份有限公司，产品代码为X66L，具体制备工艺为：将疏水处理后的SiO2气溶胶与二甲基硅油进行混合中，经一定温度、一定时间处理得到。
下述实施例中所使用的分散剂为甲醛与丙酮按照摩尔比为1：2得到的缩聚物。
实施例1、低粘柔性水泥浆
水泥浆配方：D级油井水泥+37.5%淡水+6.25%孔隙支撑剂+3.75%降失水剂（丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物，相对分子量为100万～200万）+0.625%抑泡消泡剂+1.25%弹性乳液（丁苯胶乳，其中丁苯胶乳的有效含量为50%）+1.5%分散剂+0.125%缓凝剂（柠檬酸）+0.5%膨胀剂（氧化钠），上述各组分的百分比是指占水泥重量的百分比。
本实施例配制得到的低粘柔性水泥浆的密度为1.90g/cm3。
实施例2、低粘柔性水泥浆
水泥浆配方：D级油井水泥+56%淡水+12%增强剂（由粒径为15μm的超细矿渣和粒径为5μm的微硅粉组成）+6%孔隙支撑剂+10%漂珠+5%降失水剂（丙烯酰胺-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物，相对分子量为150万～200万）+1%抑泡消泡剂+2%弹性乳液（丁苯胶乳，其中丁苯胶乳的有效含量为55%）+0.5%分散剂（氧化镁），上述各组分的百分比是指占水泥重量的百分比。
本实施例配制得到的低粘柔性水泥浆的密度为1.50g/cm3。
实施例3、低粘柔性水泥浆
水泥浆配方：D级油井水泥+41.3%淡水+8.3%孔隙支撑剂+5%降失水剂（N,N-二甲基丙烯酰胺）+0.83%抑泡消泡剂+1.7%弹性乳液（丁苯胶乳，其中丁苯胶乳的有效含量为55%）+2%分散剂（氧化钠）+1.13%缓凝剂（硼酸）+35%硅粉，上述各组分的百分比是指占水泥重量的百分比。
本实施例配制得到的低粘柔性水泥浆的密度为1.90g/cm3。
对比例1、指标水泥浆
G级油井水泥+40%淡水+3.75%降失水剂+0.625%消泡剂+1.5%分散剂+0.1%缓凝剂，上述各组分的百分比是指占水泥重量的百分比。
本对比例配制得到的水泥浆的密度为1.90g/cm3。
实施例1-3制备的低粘柔性水泥浆和对比例1制备的水泥浆的基本性能如表1中所示，特殊性能如表2中所示。
各性能的测试方法如下：
①水泥浆密度、自由水、失水、流变、稠化时间以及抗压强度和凝胶强度发展时间试验按照ISO10426-2003标准进行。
②渗透性能评价方法：制备水泥石岩取芯后，依据SY/T5345-2007渗透率测试标准进行实验测试与计算；
③水泥石抗冲击强度测定仪器为XJJY-50液晶显示简支梁冲击试验机，测试标准主要参考国家标准GB/T1043《硬质塑料简支梁冲击试验方法》）。
表1水泥浆基本性能
表2水泥浆特殊性能
通过对比可以发现低粘柔性水泥浆相对于常规水泥浆具有较低的粘度，水泥石具有较低的渗透率和更好的胶结强度和抗窜性能；通过抗冲击强度实验对比发现低粘柔性水泥浆相对常规水泥浆具有更好的柔韧性能，能够很好的满足小井眼单通道固井对固井水泥浆低粘和柔韧性的要求。

Claims (6)

1.一种小井眼单通道固井用低粘柔性水泥浆，其包括下述质量配比的组份：
水泥100份；水37.0～56.0份；降滤失剂3.5～5.0份；弹性乳液1.0～2.0份；
分散剂0.5～2.0份；孔隙支撑剂6.0～9.0份；抑泡消泡剂0.5～1.0份。
2.根据权利要求1所述的低粘柔性水泥浆，其特征在于：所述低粘柔性水泥浆还包括下述组份中的至少一种：
缓凝剂、膨胀剂、减轻剂、增强剂和硅粉。
3.根据权利要求2所述的低粘柔性水泥浆，其特征在于：所述缓凝剂、膨胀剂、减轻剂、增强剂和硅粉的添加量如下，均为质量份：
所述缓凝剂的添加量为0.1～1.2份；
所述膨胀剂的添加量为0.5～2.0份；
所述减轻剂的添加量为8.0～12.0份；
所述增强剂的添加量为10.0～30.0份；
所述硅粉的添加量为30.0～35.0份。
4.根据权利要求3所述的低粘柔性水泥浆，其特征在于：所述低粘柔性水泥浆为下述1）-3）中任一种：
1）由下述质量配比的组份组成：
水泥100份；水37.0～56.0份；降滤失剂3.5～5.0份；弹性乳液1.0～2.0份；
分散剂0.5～2.0份；孔隙支撑剂6.0～9.0份；抑泡消泡剂0.5～1.0份；
缓凝剂0.1～1.2份；膨胀剂0.5～2.0份；
2）由下述质量配比的组份组成：
水泥100份；水37.0～56.0份；降滤失剂3.5～5.0份；弹性乳液1.0～2.0份；
分散剂0.5～2.0份；孔隙支撑剂6.0～9.0份；抑泡消泡剂0.5～1.0份；
减轻剂8.0～12.0份；增强剂10.0～30.0份；
3）由下述质量配比的组份组成：
水泥100份；水37.0～56.0份；降滤失剂3.5～5.0份；弹性乳液1.0～2.0份；
分散剂0.5～2.0份；孔隙支撑剂6.0～9.0份；抑泡消泡剂0.5～1.0份；
缓凝剂0.1～1.2份；硅粉30.0～35.0份。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的低粘柔性水泥浆，其特征在于：所述水泥为D级油井水泥；
所述水为淡水；
所述降滤失剂为丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物和/或丙烯酰胺-AMPS共聚物；
所述弹性乳液为丁苯胶乳；
所述分散剂为甲醛与丙酮的缩聚物，所述甲醛与所述丙酮的摩尔比为1：2。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的低粘柔性水泥浆，其特征在于：所述缓凝剂为柠檬酸、硼酸和有机磷酸盐中至少一种，所述有机磷酸盐为乙二胺四甲叉膦酸钠或乙二胺四甲叉膦酸钙；
所述膨胀剂为碱土金属氧化物；
所述减轻剂为漂珠；
所述增强剂由超细矿渣和微硅粉组成。
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