CN106244124B - 抗盐高密度早强防窜油井水泥浆 - Google Patents

抗盐高密度早强防窜油井水泥浆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗盐高密度早强防窜油井水泥浆，包括按一定比例混合的油井水泥、铁矿粉、超细水泥、微硅、锰矿粉和丁苯胶乳防窜剂，六种组分采用颗粒级配的方法对其密度和粒径进行优化配比，并加入与之性能相互配合的高抗盐性的外加剂，使混合制备的水泥浆主体性能稳定，具有良好的沉降稳定性；各组分通过15.3wt％的NaCl溶液混合均匀形成的水泥浆体系，具有自由水少、流动性能良好，具有微膨胀、早强、较强的防窜性能，使水泥浆在硬化过程中可以防止因水泥浆收缩引起的环空，造成油气水窜；水泥石在24h之内强度达14MPa，缩短侯凝时间，进一步缩短钻井工期。

Description

抗盐高密度早强防窜油井水泥浆
技术领域
本发明涉及油井水泥浆技术领域，特别涉及一种抗盐高密度早强防窜油井水泥浆。
背景技术
随着石油天然气勘探开发的不断深入，高压、盐膏层井、易窜井越来越多。目前，中石油在开发伊拉克米桑区块就遇到高压盐膏层易窜井。对于高压易窜盐膏层地层固井作业，需采用高密度防窜水泥浆，米桑区块部分井需要的水泥浆密度达到2.5g/cm3以上，盐水达到半饱和，而且要求水泥石在24h强度超过14MPa。目前研究者主要采用重晶石、铁矿粉等作为水泥加重剂，然而采用较低密度的加重材料，存在掺量大、颗粒匹配不合理、水泥石起强度慢等缺点。此外，一般的水泥浆外加剂，如降失水剂、分散剂、缓凝剂等抗盐性不强，会严重影响水泥浆的综合性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种可用于高压盐膏层固井，同时兼有早期强度高、候凝时间短、失水少、防窜性能好、成本低等优良性能的抗盐高密度早强防窜油井水泥浆。
为此，本发明技术方案如下：
一种抗盐高密度早强防窜油井水泥浆，包括下述重量份的组分：
其中，G级油井水泥的粒径为10～20μm；铁矿粉的密度为5.05～7.20g/cm3，粒径为45～150μm；超细水泥的密度为2.9～3.1g/cm3，粒径为0.2～2μm；微硅的密度为2.1～2.3g/cm3，粒径为0.1～0.5μm；锰矿粉的密度为4.6～4.9g/cm3，粒径为5～50μm；丁苯胶乳防窜剂中丁苯胶乳的粒径为0.05～0.2μm。
在上述组分组成中，以G级油井水泥为主体，超细水泥可以提高浆体的沉降稳定性和提高水泥石的早期强度，超纯微硅作为稳定剂，锰矿粉兼做稳定剂和加重材料，铁矿粉作为加重剂，丁苯胶乳防窜剂控制油井水泥的失水量；同时通过铁矿粉、油井水泥、锰矿粉、超细水泥、微硅和丁苯胶乳六种组分进行颗粒级配，使得混合制备而成的水泥浆形成稳定的悬浮体系，提高了水泥浆的稳定性，同时提高了水泥石的早期强度和抗盐性能。
该抗盐高密度早强防窜油井水泥浆还包括下述外加剂：
上述外加剂优选为具有抗盐性能的膨胀剂、降失水剂、缓凝剂和分散剂，与15.3wt％的NaCl溶液混合均匀最终配置具有更优的抗盐性能的水泥浆。
其中，膨胀剂包括半水石膏和氧化镁两种主要成分，二者重量比为1:0.5～2，该膨胀剂的加入使水泥石具有微膨胀的性能，可以有效防止油气水窜。
降失水剂为AMPS类降失水剂，优选为AMPS、丙烯酸和烷基取代丙烯酰胺的低温(60℃)聚合产物。
缓凝剂优选为AMPS和衣康酸的低温(70℃)聚合产物。
分散剂优选为甲醛和丙酮的缩聚物。
该抗盐高密度早强防窜油井水泥浆制备方法简单，将上述各组分按比例称量后混合均匀，即得到可直接应用于井下的油井水泥浆产品。
与现有技术相比，该抗盐高密度早强防窜油井水泥浆中，油井水泥、铁矿粉、超细水泥、微硅、锰矿粉和丁苯胶乳防窜剂采用颗粒级配的方法使水泥浆主体性能稳定，具有良好的沉降稳定性；另外选用具有抗盐性能佳切性能相互配合的外加剂加入主剂中通过15.3wt％的NaCl溶液混合均匀配制而成，使该水泥浆体系自由水少、流动性能良好，具有微膨胀、早强、较强的防窜性能，使水泥浆在硬化过程中可以防止因水泥浆收缩引起的环空，造成油气水窜；水泥石在24h之内强度达14MPa，缩短侯凝时间，进一步缩短钻井工期。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
实施例1
油井水泥浆A的配方为：
G级油井水泥100份；铁矿粉67份，其密度为6.0g/cm3，由22份粒径150μm和45份粒径60μm的铁矿粉组成；超细水泥8份；微硅5份；锰矿粉5份；膨胀剂3份；降失水剂5份；丁苯胶乳防窜剂6份；分散剂2.5份；消泡剂0.5份和15.3wt％的NaCl溶液40份；将上述各组分按重量份数进行称量后，在瓦林搅拌器下混合均匀，即得到油井水泥浆A。
实施例2
油井水泥浆B的配方为：
G级油井水泥100份；铁矿粉85份，其密度为7.0g/cm3，由21份粒径150μm和64份粒径45μm的铁矿粉组成；超细水泥10份；微硅6份；锰矿粉4份；膨胀剂5份；降失水剂6份；丁苯胶乳防窜剂8份；分散剂3份，消泡剂0.5份和15.3wt％的NaCl溶液为39份；将上述各组分按重量份数进行称量后，在瓦林搅拌器下混合均匀，即得到油井水泥浆B。
实施例3
油井水泥浆C的配方为：
G级油井水泥100份；铁矿粉130份，其密度为7.0g/cm3，由40份粒径150μm和90份粒径45μm的铁矿粉组成；超细水泥12份；微硅6份；锰矿粉10份；膨胀剂5份；降失水剂7份；丁苯胶乳防窜剂8份；分散剂4份；消泡剂0.6份；15.3wt％的NaCl溶液为42份；将上述各组分按重量份数进行称量后，在瓦林搅拌器下混合均匀，即得到油井水泥浆C。
实施例4
油井水泥浆D的配方为：
G级油井水泥100份；铁矿粉145份，其密度为7.2g/cm3，由31份粒径150μm和64份粒径114μm的铁矿粉组成；超细水泥15份，
微硅8份；锰矿粉15份；膨胀剂5份；降失水剂8份；丁苯胶乳防窜剂10份；分散剂5份；消泡剂0.8份和15.3wt％的NaCl溶液为37份；将上述各组分按重量份数进行称量后，在瓦林搅拌器下混合均匀，即得到油井水泥浆A。
实施例5
油井水泥浆E的配方为：
G级油井水泥100份；铁矿粉145份，其密度为7.2g/cm3，由31份粒径150μm和64份粒径114μm的铁矿粉组成；超细水泥15份；微硅8份；锰矿粉15份；膨胀剂5份；降失水剂8份；丁苯胶乳防窜剂10份；缓凝剂为1份；分散剂5份；消泡剂0.8份和15.3wt％的NaCl溶液为37份；将上述各组分按重量份数进行称量后，在瓦林搅拌器下混合均匀，即得到油井水泥浆D。
在上述实施例1～5中，G级油井水泥选用具有高抗硫的华银G级水泥，产品粒径为10～20μm；铁矿粉选用廊坊古莱特公司生产的密度范围在5.05～7.20g/cm3之间，粒径在45～150μm之间的铁矿粉；超细水泥选用山东盈安环保材料科技有限公司提供，其产品的密度范围为2.9～3.1g/cm3，粒径范围为0.2～2μm；超纯微硅由深圳市汉能化工有限公司提供，其产品的密度范围为2.1～2.3g/cm3，粒径为0.1～0.5μm；锰矿粉由中油渤星公司提供，其产品的密度范围为4.6～4.9g/cm3，粒径为5～50μm；丁苯胶乳防窜剂选用中石油渤海钻探第二固井公司生产的BZT-L1型防窜剂，其中所用丁苯胶乳的粒径为0.05～0.2μm；膨胀剂选用卫辉化工有限公司生产的G401型膨胀剂；降失水剂选用中石油渤海钻探第二固井公司生产的BZF-L1型AMPS类降失水剂；分散剂选用中石油渤星工程公司生产的BCD-210L型磺化醛酮缩合物；消泡剂选用中石油渤星工程公司生产的D50型饱和脂肪酸类消泡剂；15.3wt％的NaCl溶液现用现配。
其中，丁苯胶乳防窜剂BZT-L1型防窜剂采用胶乳粒径为0.05～0.2μm，固含量为52％，乳液的粘度30～100mpa.s，pH值为6～10的非离子丁苯胶乳原浆为原料，与非离子表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚(10)和壬基酚氧乙烯醚(40)混合制备而成，具体配方和制备方法见已公开专利CN104804716A中；降失水剂为AMPS、丙烯酸和烷基取代丙烯酰胺在60℃下聚合而成的一种抗压耐温耐盐的AMPS类降失水剂，具体配方和制备方法见已公开专利CN104059623A中，选用该降失水剂与丁苯胶乳防窜剂配合，使丁苯胶乳防窜剂不仅在粒径方面符合本发明水泥浆的各组分颗粒级配的要求，同时使降失水效果更佳。
性能测试：
由实施例1～5，所配制的水泥浆组分混合后在恒速搅拌器上用4000转/分钟的速度搅拌60秒，按照API规范测试各项性能，其结果见表1。
表1：
从上表1可以看出，本方法制备的水泥浆密度可以高至2.80g/cm3；随着水泥浆密度的增高，水泥浆的各项指标变差，但是仍然满足施工的要求，水泥石在24h抗压强度大于14MPa；水泥浆流动度>20cm，沉降稳定性水泥浆密度差≤0.02g/cm3，水泥浆失水≤50ml，游离液≤0.2％，水泥浆稠化的过渡时间均小于20min且可以根据需要在能够在较宽的时间范围内进行调节，属于强防窜水泥浆体系，而且水泥石的线性膨胀率在0.3～0.5％之间，渗透率小于0.5×10-3mD。
本发明专利申请的抗盐高密度早强防窜水泥浆，相比以前专利报道的配方具有密度可调，抗盐性能好，水泥浆稠化时间易于调节，水泥浆失水、流变性能良好等优点，而且水泥浆具有较高的防窜能力，水泥石具有微膨胀和低渗透的特性，特别适合高压盐膏层井固井。

Claims (6)

1.一种抗盐高密度早强防窜油井水泥浆，其特征在于，包括下述重量份的组分：100份G级油井水泥；80～150份铁矿粉；5～15份超细水泥；5～10份微硅；5～15份锰矿粉；5～10份丁苯胶乳防窜剂；3～8份膨胀剂；4～10份降失水剂；0～2份缓凝剂；2～5份分散剂；0.5～0.8份消泡剂；37～42份15.3wt％的NaCl溶液；其中，G级油井水泥的粒径为10～20μm；铁矿粉的密度为5.05～7.20g/cm3，粒径为45～150μm；超细水泥的密度为2.9～3.1g/cm3，粒径为0.2～2μm；微硅的密度为2.1～2.3g/cm3，粒径为0.1～0.5μm；锰矿粉的密度为4.6～4.9g/cm3，粒径为5～50μm；丁苯胶乳防窜剂中丁苯胶乳的粒径为0.05～0.2μm。
2.根据权利要求1所述的抗盐高密度早强防窜油井水泥浆，其特征在于，膨胀剂包括半水石膏和氧化镁，二者重量比为1:0.5～2。
3.根据权利要求1所述的抗盐高密度早强防窜油井水泥浆，其特征在于，降失水剂为AMPS、丙烯酸和烷基取代丙烯酰胺的聚合产物。
4.根据权利要求1所述的抗盐高密度早强防窜油井水泥浆，其特征在于，缓凝剂为AMPS和衣康酸的聚合产物。
5.根据权利要求1所述的抗盐高密度早强防窜油井水泥浆，其特征在于，分散剂为甲醛和丙酮的缩聚物。
6.根据权利要求1所述的抗盐高密度早强防窜油井水泥浆，其特征在于，消泡剂为饱和脂肪酸酯类。
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