CN104774600A - 油井水泥低温复合早强促凝剂 - Google Patents

油井水泥低温复合早强促凝剂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种油井水泥低温复合早强促凝剂，为由0.5～1重量份无机盐、0.5～2重量份有机盐、0.04～0.1重量份有机胺和0.1～0.5重量份有机酸混合制备而成的无机-有机多元复合的油井水泥低温复合早强促凝剂，其中所述无机盐为硫酸钙和硅酸钠的混合物；所述有机盐为甲酸钙、草酸钙、醋酸钠、乳酸铁中的一种或者两种；所述有机胺为二乙醇胺、三乙醇胺或甲酰胺；所述有机酸为甲酸或草酸；该油井水泥低温复合早强促凝剂生产成本低、早强效果好，并具有一定促凝作用，该油井水泥低温复合早强促凝剂适用于国际A级、G级油井水泥，可与铁矿粉、重晶石粉等加重材料或者粉煤灰和漂珠等减轻材料一起使用，以配制出符合不同密度要求的水泥浆。

Description

油井水泥低温复合早强促凝剂
技术领域
本发明属于水泥低温促凝剂技术领域，特别涉及一种油井水泥低温复合早强促凝剂。
背景技术
在许多油区的勘探开发和以往的油井表层和技术套管的固井作业中发现，中低温固井越来越多。在低温条件下，水泥浆水化速度慢、侯凝时间长，侯凝过程中易发生油气水窜，而且水泥石早期强度低。目前使用的水溶类低温早强促凝剂主要为CaCl2，但存在加量超过4％时，会引起水泥浆闪凝，增加水泥浆的初始稠度，降低水泥石后期强度、增加水泥石渗透率和腐蚀套管等副作用；非水溶类以铝氧熟料为主，与水泥灰混合不均匀易造成“灌香肠”等作业事故的隐患。
研究者对波特兰水泥的速凝效果，提出如下的阴阳离子排序：
(1)Ca2+>Mg2+>Li+>Na+>H2O
(2)OH->Cl->Br->NO3 ->SO4 2-
其中，具有早强促凝性质的无机盐主要包括：硫酸盐(硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙、硫酸镁、硫酸铝)、硝酸盐(硝酸钙、硝酸钠、硝酸钾)、碳酸盐(碳酸钾、碳酸钠)和硅酸盐(硅酸钠、偏硅酸钠)等；具有早强促凝性质的有机物主要包括：胺类(二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、甲酰胺)、有机盐(甲酸钙、草酸钙、醋酸钠、乳酸铁)和有机酸(草酸、草酸)等。然而，单独使用这些无机或者有机早强促凝剂，其效果不佳，达不到固井作业的要求。
因此，可以预想无机盐类和有机类早强促凝剂复配使用既可以增强其促强效果，而且有利于降低生产成本，成为新型早强促凝剂的发展趋势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生产成本低、早强效果好，并具有一定促凝作用的无机-有机多元复合的油井水泥低温复合早强促凝剂。
为了实现上述目的，本发明所述的油井水泥低温复合早强促凝剂，由以下重量份的组分制备而成：
其中，所述无机盐为硫酸钙和硅酸钠的混合物；所述有机盐为甲酸钙、草酸钙、醋酸钠、乳酸铁中的一种或者两种；所述有机胺为二乙醇胺、三乙醇胺或甲酰胺；所述有机酸为甲酸或草酸。
优选地，所述无机盐中的硫酸钙和硅酸钠的重量比为1:0.5～2。
优选地，所述有机盐为甲酸钙或草酸钙。
优选地，所述有机胺为三乙醇胺。
优选地，所述有机酸为草酸。
该油井水泥低温复合早强促凝剂的制备方法简单，成本低，将所述的无机盐、有机盐、有机胺和有机酸按一定比例混合均匀，即制成该具有良好早强效果和促凝作用的油井水泥低温复合早强促凝剂。
与现有技术相比，该油井水泥低温复合早强促凝剂的有益效果为：
1)该油井水泥低温复合早强促凝剂，低温30℃的情况下，常压养护12h抗压强度超过4MPa，24h抗压强度超过12MPa；而在低温50℃的情况下，常压养护12h抗压强度超过12MPa，24h抗压强度超过20MPa；
2)该低温早强促凝剂由无机物和有机物组成，大大提升了早强促凝剂的早强和促凝效果，相对于单纯的无机物组合和有机物组合，表现出更高的水泥石抗压强度和水泥浆促凝效果；
3)该低温早强促凝剂组分中不含有氯离子，对套管不存在腐蚀作用，而且早强促凝剂增稠现象不明显；
4)该低温早强促凝剂适用于国际A级、G级油井水泥，可与铁矿粉、重晶石粉等加重材料或者粉煤灰和漂珠等减轻材料一起使用，以配制出符合不同密度要求的水泥浆；
5)本发明产品无毒、无臭、不燃，对使用的环境无污染。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的上述发明内容作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内。
实施例1
将0.5重量份硫酸钙、0.25重量份硅酸钠、1重量份甲酸钙、0.06份重量的三乙醇胺和0.3重量份的草酸混合均匀制得该油井水泥低温复合早强促凝剂。
实施例2
将0.5重量份硫酸钙、0.3重量份硅酸钠、0.6重量份乳酸铁、0.06份重量的二乙醇胺和0.3重量份的甲酸混合均匀，即制得该油井水泥低温复合早强促凝剂。
实施例3
将0.5重量份硫酸钙、0.5重量份硅酸钠、1.5重量份甲酸钙、0.06份重量的三乙醇胺和0.3重量份的草酸混合均匀，即制得该油井水泥低温复合早强促凝剂。
实施例4
将0.5重量份硫酸钙、1重量份硅酸钠、1重量份草酸钙、0.04份重量的甲酰胺和0.3重量份的草酸混合均匀，即制得该油井水泥低温复合早强促凝剂。
实施例5
将0.5重量份硫酸钙、0.5重量份硅酸钠、1重量份甲酸钙、0.08份重量的三乙醇胺和0.3重量份的甲酸混合均匀，即制得该油井水泥低温复合早强促凝剂。
实施例6
将0.5重量份硫酸钙、0.8重量份硅酸钠、1重量份草酸钙、0.06份重量的甲酰胺和0.5重量份的草酸混合均匀，即制得该油井水泥低温复合早强促凝剂。
对比例1
将0.5重量份硫酸钙、0.5重量份硅酸钠混合均匀，即制得早强促凝剂。
对比例2
将1重量份甲酸钙、0.06份重量的三乙醇胺和0.3重量份的草酸混合均匀，即制得早强促凝剂。
性能测试
将实施例1～6和对比例1～2所制的早强促凝剂，按照2％的用量(重量百分比)加入到华银G级水泥中并向其中加入0.05％(重量百分比)的消泡剂，混合均匀。其中，水灰比为0.44，测试其密度为1.88g/cm3。
试验按照GB/T17671-1999测试水泥浆强度，空白表示未向水泥中添加早强促凝剂，测试值如下表1所示：
表1：
由上表1可以看出，低温30℃的情况下，常压养护12h抗压强度超过4MPa，24h抗压强度超过12MPa；低温50℃的情况下，常压养护12h抗压强度超过12MPa，24h抗压强度超过18MPa，均符合作业标准。
随着温度的升高，水泥石的抗压强度逐渐增大；从对比例1～2、空白例与实施例1～4的上述各项数据对比得知，纯灰的水泥浆抗压强度小于添加复合有机早强促凝剂和复合无机早强促凝剂的抗压强度。其中，实施列3中的有机-无机复合早强促凝剂的抗压强度增加率以及稠化时间的缩短最为明显，为所述早强促凝剂的最优选配方，低温30℃时，常压养护12h抗压强度到达6.8MPa，24h抗压强度到达15.7MPa；50℃时，常压养护12h抗压强度到达15.6MPa，24h抗压强度到达22.4MPa。
此外，早强剂的加入对水泥浆的流动度影响不大，水泥浆的流动度均大于20cm，符合现场施工要求。
该低温早强促凝剂适用于国际A级、G级油井水泥，可与铁矿粉、重晶石粉等加重材料或者粉煤灰和漂珠等减轻材料一起使用，以配制出符合不同密度要求的水泥浆；
测试(1)：采用实施例3的配方制备早强促凝剂，应用含有漂珠、粉煤灰等减轻剂的材料制备1.35g/cm3的水泥浆，并制备水泥石。
测试(2)：采用实施例3的配方制备早强促凝剂，应用铁矿粉、锰矿等加重材料制备2.35g/cm3的水泥浆，并制备水泥石。
测试(1)和测试(2)均在50℃条件下进行试验，试验按照GB/T17671-1999测试水泥浆强度。其中，早强剂加量(％)为0表示未向水泥中添加早强促凝剂，相关测试数据如下表2所示：
表2：
由上表2可以看出，在50℃时，对于1.35g/cm3低密度水泥浆体系，常压养护24h抗压强度超过14MPa；对于2.35g/cm3高密度水泥浆体系，常压养护24h抗压强度超过14MPa，均符合固井施工要求。另一方面，早强剂的加入，缩短的稠化时间而且基本不改变浆体的流动度。

Claims (5)

1.一种油井水泥低温复合早强促凝剂，其特征在于，由以下重量份的组分制备而成：
其中，所述无机盐为硫酸钙和硅酸钠的混合物；所述有机盐为甲酸钙、草酸钙、醋酸钠、乳酸铁中的一种或者两种；所述有机胺为二乙醇胺、三乙醇胺或甲酰胺；所述有机酸为甲酸或草酸。
2.根据权利要求1所述的油井水泥低温复合早强促凝剂，其特征在于，所述无机盐中的硫酸钙和硅酸钠的重量比为1:0.5～2。
3.根据权利要求1或2所述的油井水泥低温复合早强促凝剂，其特征在于，所述有机盐为甲酸钙或草酸钙。
4.根据权利要求1或2所述的油井水泥低温复合早强促凝剂，其特征在于，所述有机胺为三乙醇胺。
5.根据权利要求1或2所述的油井水泥低温复合早强促凝剂，其特征在于，所述有机酸为草酸。
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