CN105385427A - 一种海洋深水表层固井水泥浆体系及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种海洋深水表层固井水泥浆体系及其制备方法，海洋深水表层固井水泥浆体系，由100重量份水泥、12～18重量份减轻材料、1.0～1.5重量份分散剂、3～7重量份低温增强材料、0.1重量份悬浮剂、45～50重量份复合盐水和0.3重量份消泡剂组成。本发明中海洋深水表层固井水泥浆体系不仅廉价易得、配方简单，而且具有优异的深水性能。

Description

一种海洋深水表层固井水泥浆体系及其制备方法
技术领域
本发明涉及深水固井水泥浆体系，更具体地，涉及一种海洋深水表层固井水泥浆体系及其制备方法。
背景技术
世界海洋石油蕴藏量约为1000多亿吨，探明储量380多亿吨。目前已探明的海洋石油储量的80％还是集中在500米水深以内的近大陆架区域，而深水固井作业相对陆地作业其地形条件更加复杂：海底地层松软，地层破裂压力低，并容易产生流体移动；海底底层温度低，抑制油井水泥的水化过程，且深水作业日均费用昂贵，因此提高水泥浆在深水低温条件下的综合性能，促进水泥浆抗压强度的较快发展，是深水固井中一个相当值得重视的问题。
深水固井面临的主要困难有以下几个方面：[1]低温；[2]地层易漏压；[3]潜在的浅层水窜和气窜。
目前，国内外对于深水固井的水泥浆体系主要有：(1)低温快凝水泥浆体系，这类水泥浆体系包括高铝水泥体系和加促凝剂的A级、H级水泥，如US6244343,US6060535和US6457524等；(2)泡沫水泥浆体系，如EP1123907；(3)PSD(ParticleSizeDistribution)水泥浆体系，采油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US6656265；(4)G级油井水泥-硫铝酸钙复合水泥浆体系，如CN101054513。
以上所有体系中存在的主要问题有：高铝水泥浆体系在抗压强度发展方面有优势，但对温度敏感、对污染物敏感、水化放热过快不易控制；泡沫水泥浆体系技术复杂，成本高；PSD水泥浆体系在低温下强度发展缓慢，静胶凝发展慢，影响水泥浆的防窜能力，影响固井质量。
综上所述，针对深水固井面临的低温和浅层水-气窜问题，很有必要开发出廉价易得、配方简单的具有优异深水性能的海洋深水表层固井水泥浆体系。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种适用于深水固井以及类似环境的海洋深水表层固井水泥浆体系及其制备方法，具有廉价易得、配方组成简单、低温条件下低密早强等特性，可以有效解决深水固井以及类似环境下固井所面临的问题。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种海洋深水表层固井水泥浆体系，由100重量份水泥、12～18重量份减轻材料(水泥浆体系的比重与减轻材料的加量成反比)、1.0～1.5重量份分散剂(水泥浆体系的流动性与分散剂的加量成正比)、3～7重量份低温增强材料(水泥石的早期强度与增强材料的加量成正比)、0.1重量份悬浮剂、45～50重量份复合盐水和0.3重量份消泡剂组成。
上述海洋深水表层固井水泥浆体系，所述水泥为G级油井水泥。
上述海洋深水表层固井水泥浆体系，所述减轻材料为玻璃微珠。
上述海洋深水表层固井水泥浆体系，所述分散剂为聚羧酸类减水剂(市售产品，可在市场上购买到)。
上述海洋深水表层固井水泥浆体系，所述低温增强材料为质量百分比浓度为30wt％～50wt％的纳米级二氧化硅的水溶液；其加入使得水泥浆体系具有良好的防窜性能，同时也兼具水泥浆体系中降失水剂的作用。
上述海洋深水表层固井水泥浆体系，所述悬浮剂为黄原胶、韦兰胶或者由黄原胶和韦兰胶组成的复配物；在所述复配物中，黄原胶与韦兰胶的质量比为2:8。
上述海洋深水表层固井水泥浆体系，所述复合盐水为由氯化钙溶液和氯化钠溶液组成的复合盐水；在所述复合盐水中，氯化钙和氯化钠的质量分数均为4wt％。
上述海洋深水表层固井水泥浆体系，所述消泡剂为酯类消泡剂。
海洋深水表层固井水泥浆体系的制备方法，包括如下步骤：
(1)按如下配方准备材料：100重量份水泥、12～18重量份减轻材料、1.0～1.5重量份分散剂、3～7重量份低温增强材料、0.1重量份悬浮剂、45～50重量份复合盐水和0.3重量份消泡剂；
(2)将步骤(1)中称量好的水泥和减轻材料混合均匀，即得水泥与减轻材料的干混物；
(3)将步骤(1)中称量好的低温增强材料、分散剂、悬浮剂、复合盐水和消泡剂倒入水泥搅拌机浆杯中，搅拌30s；
(4)将搅拌机转速调至并保持在4000±200RPM，然后将步骤(2)中制得水泥与减轻材料的干混物在15s内均匀倒入水泥搅拌机浆杯中，然后继续搅拌50s，即可得到海洋深水表层固井水泥浆体系。
上述制备方法，步骤(3)中的搅拌机的转速为1000±200RPM。
本发明的有益效果如下：
1.本发明的水泥浆体系廉价易得且配方简单，并具有优异的深水性能。
2.本发明的水泥浆体系制备方法简单易掌握。
3.该水泥浆体系具有早期强度(15h)最高可达7.8Mpa，强度长期稳定性好，静胶凝过渡时间短，体系稳定，防窜性能优越，配方简单等优点，为提高深水固井质量提供技术保障。
具体实施方式
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
制备密度为1.52g/cm3的低温低比重早强固井水泥浆。
按照如下配方准备材料：
G级油井水泥100重量份，中钢集团马鞍山矿山研究院生产的玻璃微珠(型号为T60、密度为0.60g/cm3)12重量份，分散剂1.2重量份，低温增强材料3重量份，悬浮剂0.2重量份，消泡剂0.3重量份，复合盐水45重量份。
分散剂为聚羧酸类减水剂；低温增强材料为质量分数为30wt％的纳米级二氧化硅的水溶液；悬浮剂为黄原胶和韦兰胶的复配物，复配物黄原胶和韦兰胶的质量比例为2:8；消泡剂为酯类消泡剂，具体采用卫辉市化工有限公司生产的消泡剂XP-1；复合盐水中氯化钙和氯化钠的质量分数均为4wt％。
海洋深水表层固井水泥浆体系的制备方法，包括如下步骤：首先按本实施例配方准备材料，将水泥和玻璃微珠混合均匀得水泥与减轻材料的干混物；然后将低温增强材料、分散剂、悬浮剂、复合盐水和消泡剂倒入水泥搅拌机浆杯中并以转速1000±200RMP搅拌30s；然后将搅拌机转速调至并保持在4000±200RPM，将水泥与玻璃微珠的干混物在15s内均匀地倒入水泥搅拌机浆杯中，继续搅拌50s，即可得密度为1.52g/cm3的低温低比重早强固井水泥浆。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
制备密度为1.52g/cm3的低温低比重早强固井水泥浆。
按照如下配方准备材料：
G级油井水泥100重量份，中钢集团马鞍山矿山研究院生产的玻璃微珠(型号为T60、密度为0.60g/cm3)12重量份，分散剂1.2重量份，低温增强材料5重量份，悬浮剂0.2重量份，消泡剂0.3重量份，复合盐水45重量份。
分散剂为聚羧酸类减水剂；低温增强材料为质量分数为30wt％的纳米级二氧化硅的水溶液；悬浮剂为黄原胶和韦兰胶的复配物，复配物黄原胶和韦兰胶的质量比例为2:8；消泡剂为酯类消泡剂，具体采用卫辉市化工有限公司生产的消泡剂XP-1；复合盐水中氯化钙和氯化钠的质量分数均为4wt％。
海洋深水表层固井水泥浆体系的制备方法，包括如下步骤：首先将水泥和玻璃微珠混合均匀得水泥与减轻材料的干混物；然后将低温增强材料、分散剂、悬浮剂、复合盐水和消泡剂倒入水泥搅拌机浆杯中并以转速1000±200RMP搅拌30s；然后将搅拌机转速调至并保持在4000±200RPM，将水泥与玻璃微珠的干混物在15s内均匀地倒入水泥搅拌机浆杯中，继续搅拌50s，即可得密度为1.52g/cm3的低温低比重早强固井水泥浆。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
制备密度为1.52g/cm3的低温低比重早强固井水泥浆。
按照如下配方准备材料：
G级油井水泥100重量份，中钢集团马鞍山矿山研究院生产的玻璃微珠(型号为T60、密度为0.60g/cm3)12重量份，分散剂1.5重量份，低温增强材料7重量份，悬浮剂0.2重量份，消泡剂0.3重量份，复合盐水45重量份。
分散剂为聚羧酸类减水剂；低温增强材料为质量分数为30wt％的纳米级二氧化硅的水溶液；悬浮剂为黄原胶和韦兰胶的复配物，复配物黄原胶和韦兰胶的质量比例为2:8；消泡剂为酯类消泡剂，具体采用卫辉市化工有限公司生产的消泡剂XP-1；复合盐水中氯化钙和氯化钠的质量分数均为4wt％。
海洋深水表层固井水泥浆体系的制备方法，包括如下步骤：首先将水泥和玻璃微珠混合均匀得水泥与减轻材料的干混物；然后将低温增强材料、分散剂、悬浮剂、复合盐水和消泡剂倒入水泥搅拌机浆杯中并以转速1000±200RMP搅拌30s；然后将搅拌机转速调至并保持在4000±200RPM，将水泥与玻璃微珠干混物在15s内均匀地倒入水泥搅拌机浆杯中，继续搅拌50s，即可得密度为1.52g/cm3的低温低比重早强固井水泥浆。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
制备密度为1.38g/cm3的低温低比重早强固井水泥浆。
按照如下配方准备材料：
G级油井水泥100重量份，中钢集团马鞍山矿山研究院生产的玻璃微珠(型号为T60、密度为0.60g/cm3)18重量份，分散剂1.5重量份，低温增强材料3重量份，悬浮剂0.2重量份，消泡剂0.3重量份，复合盐水50重量份。
分散剂为聚羧酸类减水剂；低温增强材料为质量分数为30wt％的纳米级二氧化硅的水溶液；悬浮剂为黄原胶和韦兰胶的复配物，复配物黄原胶和韦兰胶的质量比例为2:8；消泡剂为酯类消泡剂，具体采用卫辉市化工有限公司生产的消泡剂XP-1；复合盐水中氯化钙和氯化钠的质量分数均为4wt％。
海洋深水表层固井水泥浆体系的制备方法，包括如下步骤：首先将水泥和玻璃微珠混合均匀得水泥与减轻材料的干混物；然后将低温增强材料、分散剂、悬浮剂、复合盐水和消泡剂倒入水泥搅拌机浆杯中并以转速1000±200RMP搅拌30s；然后将搅拌机转速调至并保持在4000±200RPM，将水泥与玻璃微珠干混物在15s内均匀地倒入水泥搅拌机浆杯中，继续搅拌50s，即可得密度为1.38g/cm3的低温低比重早强固井水泥浆。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5
制备密度为1.38g/cm3的低温低比重早强固井水泥浆。
按照如下配方准备材料：
G级油井水泥100重量份，中钢集团马鞍山矿山研究院生产的玻璃微珠(型号为T60、密度为0.60g/cm3)18重量份，分散剂1.5重量份，低温增强材料5重量份，悬浮剂0.2重量份，消泡剂0.3重量份，复合盐水份50重量份。
分散剂为聚羧酸类减水剂；低温增强材料为质量分数为30wt％的纳米级二氧化硅的水溶液；悬浮剂为黄原胶和韦兰胶的复配物，复配物黄原胶和韦兰胶的质量比例为2:8；消泡剂为酯类消泡剂，具体采用卫辉市化工有限公司生产的消泡剂XP-1；复合盐水中氯化钙和氯化钠的质量分数均为4wt％。
海洋深水表层固井水泥浆体系的制备方法，包括如下步骤：首先将水泥和玻璃微珠混合均匀得水泥与减轻材料的干混物；然后将低温增强材料、分散剂、悬浮剂、复合盐水和消泡剂倒入水泥搅拌机浆杯中并以转速1000±200RMP搅拌30s；然后将搅拌机转速调至并保持在4000±200RPM，将水泥与玻璃微珠干混物在15s内均匀地倒入水泥搅拌机浆杯中，继续搅拌50s，即可得密度为1.38g/cm3的低温低比重早强固井水泥浆。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6
制备密度为1.38g/cm3的低温低比重早强固井水泥浆。
按照如下配方准备材料：
G级油井水泥100重量份，中钢集团马鞍山矿山研究院生产的玻璃微珠(型号为T60、密度为0.60g/cm3)18重量份，分散剂1.5重量份，低温增强材料7重量份，悬浮剂0.2重量份，消泡剂0.3重量份，复合盐水50重量份。
分散剂为聚羧酸类减水剂；低温增强材料为质量分数为30wt％的纳米级二氧化硅的水溶液；悬浮剂为黄原胶和韦兰胶的复配物，复配物黄原胶和韦兰胶的质量比例为2:8；消泡剂为酯类消泡剂，具体采用卫辉市化工有限公司生产的消泡剂XP-1；复合盐水中氯化钙和氯化钠的质量分数均为4wt％。
海洋深水表层固井水泥浆体系的制备方法，包括如下步骤：首先将水泥和玻璃微珠混合均匀得水泥与减轻材料的干混物；然后将低温增强材料、分散剂、悬浮剂、复合盐水和消泡剂倒入水泥搅拌机浆杯中并以转速1000±200RMP搅拌30s；然后将搅拌机转速调至并保持在4000±200RPM，将水泥与玻璃微珠干混物在15s内均匀地倒入水泥搅拌机浆杯中，继续搅拌50s，即可得密度为1.38g/cm3的低温低比重早强固井水泥浆。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。
六个实施例的海洋深水表层固井水泥浆的性能测试结果列表：
注：测试的试验条件为：温度4℃，压力30Mpa。
针对上述实施例，需要特别指出的是：虽然增加低温增强材料的加入量，有利于提高早期强度；但是，过多的加入低温增强材料，会使得水泥浆体系比较粘稠，现场施工的时候泵送压力比较大，甚至难以施工；另外，如果低温增强材料中纳米二氧化硅的浓度过大，这样即使加入少量的低温增强材料(如：5重量份)，就会使得水泥浆体系很粘稠，没法继续加入低温增强材料进行试验。反之，如果加入低温增强材料的量比较少，或者低温增强材料中纳米二氧化硅的浓度较小，这样会使得水泥浆体系比较稀，水泥浆体系会分层，影响固井质量。实施例1至实施例6中的配方及制备方法，综合考虑了各种添加剂的性能及作用，在发挥了各种添加剂的优点及作用的同时，制得了比重较小但早期强度高的水泥浆体系，适用于海洋深水表层固井。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种海洋深水表层固井水泥浆体系，其特征在于，由100重量份水泥、12～18重量份减轻材料、1.0～1.5重量份分散剂、3～7重量份低温增强材料、0.1重量份悬浮剂、45～50重量份复合盐水和0.3重量份消泡剂组成。
2.根据权利要求1所述的海洋深水表层固井水泥浆体系，其特征在于，所述水泥为G级油井水泥。
3.根据权利要求1所述的海洋深水表层固井水泥浆体系，其特征在于，所述减轻材料为玻璃微珠。
4.根据权利要求1所述的海洋深水表层固井水泥浆体系，其特征在于，所述分散剂为聚羧酸类减水剂。
5.根据权利要求1所述的海洋深水表层固井水泥浆体系，其特征在于，所述低温增强材料为质量百分比浓度为30wt％～50wt％的纳米级二氧化硅的水溶液。
6.根据权利要求1所述的海洋深水表层固井水泥浆体系，其特征在于，所述悬浮剂为黄原胶、韦兰胶或者由黄原胶和韦兰胶组成的复配物；在所述复配物中，黄原胶与韦兰胶的质量比为2:8。
7.根据权利要求1所述的海洋深水表层固井水泥浆体系，其特征在于，所述复合盐水为由氯化钙溶液和氯化钠溶液组成的复合盐水；在所述复合盐水中，氯化钙和氯化钠的质量分数均为4wt％。
8.根据权利要求1所述的海洋深水表层固井水泥浆体系，其特征在于，所述消泡剂为酯类消泡剂。
9.权利要求1～8任一所述的海洋深水表层固井水泥浆体系的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按如下配方准备材料：100重量份水泥、12～18重量份减轻材料、1.0～1.5重量份分散剂、3～7重量份低温增强材料、0.1重量份悬浮剂、45～50重量份复合盐水和0.3重量份消泡剂；
(2)将步骤(1)中称量好的水泥和减轻材料混合均匀，即得水泥与减轻材料的干混物；
(3)将步骤(1)中称量好的低温增强材料、分散剂、悬浮剂、复合盐水和消泡剂倒入水泥搅拌机浆杯中，搅拌30s；
(4)将搅拌机转速调至并保持在4000±200RPM，然后将步骤(2)中制得水泥与减轻材料的干混物在15s内均匀倒入水泥搅拌机浆杯中，然后继续搅拌50s，即可得到海洋深水表层固井水泥浆体系。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的搅拌机的转速为1000±200RPM。
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