CN105906248A - 低温早强抗盐固井水泥浆体系 - Google Patents

低温早强抗盐固井水泥浆体系 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低温早强抗盐固井水泥浆体系，包括G级油井水泥、低温抗盐降失水剂、复合早强剂、空心玻璃微珠、分散剂、微硅和盐水，各组分所占份额分别为100份、0.8～1份、2～3份、0～13.5份、0.2～0.5份、3～4份、41份～81份。本发明所述低温抗盐固井水泥浆体系能够满足密度1.50g/cm3～1.90g/cm3范围内固井，其耐低温性能良好，抗盐能力强，现场施工安全方便，固井质量良好，为后期的钻井和采油提供可靠的安全保障。

Description

低温早强抗盐固井水泥浆体系
技术领域
本发明涉及一种油气田钻井固井用水泥浆体系，具体涉及一种低温早强抗盐固井水泥浆体系。
背景技术
在油气田表层套管固井过程中，由于地层温度低、易见盐层，水泥石强度发展缓慢，侯凝时间长，导致钻井成本上升和现场施工风险高。
目前油田上低温抗盐固井水泥浆体系中常用胶乳作降失水剂，氯化钙作为复合早强剂。胶乳作为降失水剂缺点是加量大，API失水量偏大，易挂在水泥罐车内难以清洗，导致维护设备费用增高。采用氯化钙做复合早强剂虽然能提高早起强度，但是固井施工后氯离子对套管腐蚀现象严重。
利用现有的固井材料来设计低温固井水泥浆体系难度系数较大且现场施工风险高，因此需要针对低温固井水泥浆体系开发出配套的低温降失水剂和复合早强剂。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种低温早强抗盐固井水泥浆体系。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种低温早强抗盐固井水泥浆体系，包括G级油井水泥、低温抗盐降失水剂、复合早强剂、空心玻璃微珠、分散剂、微硅和盐水，各组分所占份额如下：
G级油井水泥：100份
低温抗盐降失水剂：0.8～1份
复合早强剂：2～3份
空心玻璃微珠：0～13.5份
分散剂：0.2～0.5份
微硅：3～4份
盐水：41份～81份。
作为优选，所述低温抗盐降失水剂的合成组分如下：
纯净水：78份
AMPS：100份
纯碱：6.5～8.5份
CK-1：3～5份
5％过硫酸铵溶液1.7份
5％亚硫酸钠溶液1.7份。
作为优选，所述CK-1为丙烯酸丁酯和醋酸乙烯酯中的任意一种。
作为优选，所述空心玻璃微珠所选的型号为WH5。
作为优选，所述盐水的浓度为15％。
作为优选，所述复合早强剂的合成组分如下：
甲酸钙：50份
三乙醇胺：25～50份
CK-2：20份
乙醇：34份
草酸钙：14份
纯净水：34份。
作为优选，所述CK-2为乙酸钙和硝酸钙中的任意一种。
本发明的有益效果在于：
1)通过优化外加剂和外掺量的加量，使得该低温固井水泥浆配方满足密度1.50g/cm3～1.90g/cm3范围内固井；
2)所用到的低温抗盐降失水剂具有加量小、控制API失水效果好，抗盐性能好，对水泥浆无缓凝作用；
3)通过调节该水泥浆配方中复合早强剂的加量，满足现场不同的施工时间，保证现场施工安全，并且该复合早强剂不会对套管造成腐蚀；
4)该固井水泥浆满足20℃～40℃温度范围内现场施工对水泥浆的性能要求，耐低温性能良好，且现场施工条件不苛刻，对固井设备的维护不会造成困难。
具体实施方式
下面对本发明作进一步说明：
本发明包括G级油井水泥、低温抗盐降失水剂、复合早强剂、空心玻璃微珠、分散剂、微硅和盐水，各组分所占份额如下：
G级油井水泥：100份
低温抗盐降失水剂：0.8～1份
复合早强剂：2～3份
空心玻璃微珠：0～13.5份
分散剂：0.2～0.5份
微硅：3～4份
盐水：41份～81份。
所配合成的低温早强抗盐固井水泥浆，其密度范围为1.50g/cm3～1.90g/cm3。在温度20℃～40℃条件下失水量低、终凝时间小于180min并且满足现场固井施工各项条件。空心玻璃微珠的份额可以为0份，即相当于可以去掉空心玻璃微珠，低温早强抗盐固井水泥浆可只由其它组分组成。
上述组分均可通过商业途径获得，其中空心玻璃微珠厂家为中钢集团马鞍山矿院新材料科技有限公司产品，型号为WH5。分散剂厂家为乐山嘉华化工。盐水的浓度为15％，所用盐为市售氯化钠分析纯，水为自来水。
所用到的低温抗盐降失水剂的合成组分如下：
纯净水：78份
AMPS：100份
纯碱：6.5～8.5份
CK-1：3～5份
5％过硫酸铵溶液1.7份
5％亚硫酸钠溶液1.7份。
其中AMPS和纯碱均可通过商业途径获得，为市售合格品，过硫酸铵和亚硫酸钠均为市售分析纯度。纯净水通过纯水制备仪器制得。CK-1为丙烯酸丁酯、醋酸乙烯酯任意一种。低温抗盐降失水剂制备过程中的反应温度45℃，PH调节至7，反应4h。
所用到的复合早强剂的合成组分如下：
甲酸钙：50份
三乙醇胺：25～50份
CK-2：20份
乙醇：34份
草酸钙：14份
纯净水：34份。
复合早强剂在反应制备过程中用恒速搅拌器搅拌2h。其中甲酸钙、三乙醇胺、乙醇和草酸钙均可通过商业途径获得，为市售合格品。CK-2为乙酸钙、硝酸钙中任意一种。
本发明所述低温早强抗盐固井水泥浆体系的配方操作过程如下：
一、筛选出低温抗盐降失水剂配方，由于纯碱和CK-1均是给出的份额范围，因此这里提供三种低温抗盐降失水剂配方：
1)在三口烧瓶中加入纯净水100份置于45℃水浴锅中，开启匀速搅拌器，加入AMPS 100份，并用7份纯碱调节PH值在7左右，加入3份丙烯酸丁酯搅拌30min左右，开始加入5％过硫酸铵溶液1.7份，加入5％亚硫酸钠溶液1.7份，搅拌10min左右关闭匀速搅拌器，反应4h左右聚合反应完毕，将所得聚合物置于100℃烘箱中干燥后用粉碎机粉碎即可得到低温抗盐降失水剂。
2)在三口烧瓶中加入纯净水100份置于45℃水浴锅中，开启匀速搅拌器，加入AMPS 100份，并用8份纯碱调节PH值在7左右，加入4份醋酸乙烯酯搅拌30min左右，开始加入5％过硫酸铵溶液1.7份，加入5％亚硫酸钠溶液1.7份，搅拌10min左右关闭匀速搅拌器，反应4h左右聚合反应完毕，将所得聚合物置于100℃烘箱中干燥后用粉碎机粉碎即可得到低温抗盐降失水剂。
3)在三口烧瓶中加入纯净水100份置于45℃水浴锅中，开启匀速搅拌器，加入AMPS 100份，并用7份纯碱调节PH值在7左右，加入4份丙烯酸丁酯搅拌30min左右，开始加入5％过硫酸铵溶液1.7份，加入5％亚硫酸钠溶液1.7份，搅拌10min左右关闭匀速搅拌器，反应4h左右聚合反应完毕，将所得聚合物置于100℃烘箱中干燥后用粉碎机粉碎即可得到低温抗盐降失水剂。
二、筛选出复合早强剂配方，由于三乙醇胺是给出的份额范围，因此这里也提供三种复合早强剂配方：
1)室温条件下在烧杯中加入34份水，开启匀速搅拌器依次加入乙醇34份、甲酸钙50份、三乙醇胺25份、硝酸钙20份、草酸钙14份，加入完毕后匀速搅拌2h即可得到复合早强剂。
2)室温条件下在烧杯中加入34份水，开启匀速搅拌器依次加入乙醇34份、甲酸钙50份、三乙醇胺35份、硝酸钙20份、草酸钙14份，加入完毕后匀速搅拌2h即可得到复合早强剂。
3)室温条件下在烧杯中加入34份水，开启匀速搅拌器依次加入乙醇34份、甲酸钙50份、三乙醇胺50份、乙酸钙20份、草酸钙14份，加入完毕后匀速搅拌2h即可得到复合早强剂。
三、水泥浆实验
上述内容中提到的低温早强抗盐固井水泥浆配方中低温抗盐降失水剂、复合早强剂、空心玻璃微珠、分散剂、微硅和盐水都是给出的份额范围，以下述不同配方为准按照油气井固井水泥浆试验标准ISO 10426-2003标准制备得到水泥浆：
实施例1：G级油井水泥100份、低温抗盐降失水剂1份、复合早强剂3份、空心玻璃微珠13.5份、分散剂0.2份、微硅4份、盐水81份。
实施例2：G级油井水泥100份、低温抗盐降失水剂0.95、复合早强剂2.8份、空心玻璃微珠6份、分散剂0.3份、微硅3.8、盐水67份。
实施例3：G级油井水泥100份、低温抗盐降失水剂0.9份、复合早强剂2.5份、空心玻璃微珠3份、分散剂0.4份、微硅3.6份、盐水58份。
实施例4：G级油井水泥100份、低温抗盐降失水剂0.88份、复合早强剂2份、分散剂0.49份、微硅3.5份、盐水47.5份。
实施例5：G级油井水泥100份、低温抗盐降失水剂0.8份、复合早强剂2份、分散剂0.5份、微硅3份、盐水41份。
本发明所得到的低温早强抗盐固井水泥浆体系在不同温度下和低温胶乳水泥浆体系进行对比，见表1、表2、表3、表4和表5所示：
表1 20℃不同密度水泥浆性能
表2 25℃不同密度水泥浆性能
表3 30℃不同密度水泥浆性能
表4 35℃不同密度水泥浆性能
表5 40℃不同密度水泥浆性能
对表1、表2、表3、表4、表5数据进行分析：
1)该固井水泥浆体系满足密度范围1.5g/cm3至1.9g/cm3现场施工固井水泥浆性能要求；
2)和低温胶乳水泥浆体系相比，该固井水泥浆体系所用的降失水剂具有加量小对水泥浆性能影响较小，并且API失水量低，而低温胶乳水泥浆体系所用降失水剂胶乳加量大，甚至有的井次固井水泥浆设计中的加量高至10％左右，并且控制失水效果差，难以清洗；
3)本发明所用到的复合早强剂由于不含氯离子，因此对套管的腐蚀作用小，终凝时间小于180min，稠化时间可调，配合其他G级油井水泥外加剂能够达到“直角稠化”，保障安全施工的顺利进行。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种低温早强抗盐固井水泥浆体系，其特征在于，包括G级油井水泥、低温抗盐降失水剂、复合早强剂、空心玻璃微珠、分散剂、微硅和盐水，各组分所占份额如下：
G级油井水泥：100份
低温抗盐降失水剂：0.8～1份
复合早强剂：2～3份
空心玻璃微珠：0～13.5份
分散剂：0.2～0.5份
微硅：3～4份
盐水：41份～81份。
2.根据权利要求1所述的低温早强抗盐固井水泥浆体系，其特征在于，所述低温抗盐降失水剂的合成组分如下：
纯净水：78份
AMPS：100份
纯碱：6.5～8.5份
CK-1：3～5份
5％过硫酸铵溶液1.7份
5％亚硫酸钠溶液1.7份。
3.根据权利要求2所述的低温早强抗盐固井水泥浆体系，其特征在于：所述CK-1为丙烯酸丁酯和醋酸乙烯酯中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的低温早强抗盐固井水泥浆体系，其特征在于：所述空心玻璃微珠所选的型号为WH5。
5.根据权利要求1所述的低温早强抗盐固井水泥浆体系，其特征在于：所述盐水的浓度为15％。
6.根据权利要求1所述的低温早强抗盐固井水泥浆体系，其特征在于，所述复合早强剂的合成组分如下：
甲酸钙：50份
三乙醇胺：25～50份
CK-2：20份
乙醇：34份
草酸钙：14份
纯净水：34份。
7.根据权利要求6所述的低温早强抗盐固井水泥浆体系，其特征在于：所述CK-2为乙酸钙和硝酸钙中的任意一种。
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