CN106634901A - 一种玻化微珠水泥浆体系和制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种玻化微珠水泥浆体系和制备方法，玻化微珠水泥浆体系是由以下质量份的组分组成：水泥100份，玻化微珠62～67份，降失水剂1～3份，缓凝剂0.1～0.3份，减阻剂0.2～1份，水70份。本发明采用玻化微珠作为水泥浆体系的减轻剂，玻化微珠具有沉稳性及流变性好的优点，与外加剂配伍性强，利用玻化微珠的颗粒紧密堆积技术又花了水泥与减轻材料之间的颗粒分布，填塞不同粒径材料之间的空隙，玻化微珠水泥浆体系提高了水泥石的密实性，解决了以往漏失缺返导致的地层水侵蚀套管和固井质量差等技术难题，提高了固井质量，延长了套管使用寿命。

Description

一种玻化微珠水泥浆体系和制备方法及其应用
技术领域
本发明属于油气井固井技术领域，具体涉及一种玻化微珠水泥浆体系和制备方法及其应用。
背景技术
我国在固井用低密度水泥浆领域起步较晚，70年代才陆续有了此方面的报道和相应的文献，自80年代初各油田开始针对不同的低密度水泥浆体系展开广泛的研究及应用。国内大庆、四川、长庆、华北、吉林、胜利、等各油田根据自身特点开发并应用了不同类型的低密度水泥浆体系，如微硅和粉煤灰低密度水泥在长庆地区的应用、泡沫低密度水泥在新疆和胜利等地区的应用、粉煤灰低密度水泥用来封固洛河水层以防止套管腐蚀等应用。
固井中主要存在以下几点问题：1)水泥环高脆性；2)二界面胶结质量差；3)水泥浆漏失。水泥浆漏失是指在钻井、完井过程中全部或者部分钻井液、水泥浆和完井液进入地层。水泥浆漏失低返是国内外油田普遍存在的且尚未解决的技术难题之一，在多套压力层系、长封固段和低压易漏地层的固井施工中尤为突出。对一些低压易漏地层，若采用常规密度水泥浆(1.35-1.65 g/cm3)固井时，极易出现水泥浆漏失低返现象。
为解决水泥浆漏失低返问题，国内外研发了不同种类的低密度水泥浆体系，但现有的低密度水泥浆体系都存在一些缺陷，如水泥浆密度降低的同时，水泥石强度大幅度降低，水泥浆体收缩严重等，已不能满足低压易漏地层的固井要求。为了保护油气资源，首先要提高固井质量，保证层间封隔质量。对一些低压易漏深井、地层压力系数接近1的特殊地层，需要使用综合性能优良的超低密度水泥浆，实现液压密封。因此，发明一种可用于低压易漏地层固井、长封固固井段的超低密度水泥浆体系，对于提高此类井眼的固井质量，提高气油采收率具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是解决现有的低密度水泥浆体系抗压强度低、易造成水泥浆漏失低返的问题。
为此，本发明提供了一种玻化微珠水泥浆体系，由以下质量份数的组份组成：
水泥，100份
玻化微珠，62～67份
降失水剂，1～3份
缓凝剂，0.1～0.3份
减阻剂，0.2～1份
水，70份。
玻化微珠水泥浆体系，由以下质量份数的组份组成：水泥100份，玻化微珠65份，降失水剂2份，缓凝剂0.2份，减阻剂0.4份，水70份。
所述的玻化微珠，由以下质量份数的组分组成：微珠70份，粉煤灰20份，微硅粉10份。
所述的降失水剂是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸盐、乙烯磺酸盐和丙烯磺酸盐中的一种。
所述的缓凝剂是焦磷酸钠、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠中的一种。
所述的减阻剂是酮醛缩合物，分子量是4800～5500。
所述的水泥是G级油井水泥。
一种玻化微珠水泥浆体系的制备方法，按照配比，于10～20s内将水泥、降失水剂、缓凝剂和减阻剂放入加水的浆杯内，将浆杯放置在搅拌器上，在3800～4200r/min转速下搅拌10～15s，最后加入玻化微珠，在4300～4800r/min转速下继续搅拌34～36s，即得玻化微珠水泥浆体系，制得的水泥浆体系的密度为1.25～1.30g/cm3。
一种玻化微珠水泥浆体系的应用，所述的玻化微珠水泥浆体系应用于低压易漏地层的油气井固井。
本发明的有益效果：本发明提供的这种玻化微珠水泥浆体系和制备方法，采用玻化微珠作为水泥浆体系的减轻剂，玻化微珠具有沉稳性及流变性好的优点，与外加剂配伍性强，利用玻化微珠的颗粒紧密堆积技术又花了水泥与减轻材料之间的颗粒分布，填塞不同粒径材料之间的空隙，提高了水泥石的密实性，解决了以往漏失缺返导致的地层水侵蚀套管和固井质量差等技术难题，提高了固井质量，延长了套管使用寿命。
具体实施方式
本发明提供了一种玻化微珠水泥浆体系，由以下质量份数的组份组成：
水泥，100份
玻化微珠，62～67份
降失水剂，1～3份
缓凝剂，0.1～0.3份
减阻剂，0.2～1份
水，70份。
具体的，所述的玻化微珠，由以下质量份数的组分组成：微珠70份，粉煤灰20份，微硅粉10份，其中微珠的粒径在0.5～10μm之间，粉煤灰的粒径范围为0.5~300μm，微硅粉的粒径在0.1~0.3μm，玻化微珠制备方法是在混合搅拌器中按照质量分数分别加入70%微珠、20%粉煤灰、10%微硅粉，混合搅拌25～50分钟，制得玻化微珠，其玻化微珠的粒径范围在3-106μm，堆积密度在0.50～0.65 g/cm3。降失水剂是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸盐、乙烯磺酸盐和丙烯磺酸盐中的一种。缓凝剂是焦磷酸钠、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠中的一种。减阻剂是酮醛缩合物，分子量是4800～5500，如丙酮甲醛缩合物。
水泥是G级油井水泥。
一种玻化微珠水泥浆体系的制备方法，按照配比，于10～20s内将水泥、降失水剂、缓凝剂和减阻剂放入加水的浆杯内，将浆杯放置在搅拌器上，在3800～4200r/min转速下搅拌10～15s，最后加入玻化微珠，在4300～4800r/min转速下继续搅拌34～36s，即得玻化微珠水泥浆体系，制得的水泥浆体系的密度为1.25～1.30g/cm3。
在本发明中，降失水剂是一种高分子聚合物，AMPS单体以磺酸盐的形式存在，缓蚀剂选用的是有机膦酸盐类，减阻剂选用的是酮醛缩合物，具有水相减阻效果。
与现有的减轻剂相比，玻化微珠作为减轻剂制成的水泥浆能够满足封固上部洛河层要求，达到保护地下水源的目的。在天然气井施工中，玻化微珠水泥浆体系实现了一次上返，满足天然气井体积压裂对固井质量的要求，比已有的水泥浆体系具有解决漏失低返、保护地层水且水泥浆密度在1.25～1.30g/cm3，45℃、24h抗压强度达到7.6MPa以上、析水为0。在苏里格气田试验10口，推广应用500余口，应用效果优异，漏失低返问题得到有效控制，每口井的水泥返高都能达到设计要求，且填充段固井质量得到大幅度提升，满足鄂尔多斯盆地低压易渗地层固井的需要。在延长套管使用寿命方面具有良好的社会效益。
实施例1：
本实施例提供了一种玻化微珠水泥浆体系，由以下质量份数的组份组成：
水泥100份，玻化微珠65份，降失水剂2份，缓凝剂0.2份，减阻剂0.4份，水70份。其中玻化微珠，由以下质量份数的组分组成：微珠70份，粉煤灰20份，微硅粉10份。降失水剂是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，缓凝剂是焦磷酸钠，减阻剂是酮醛缩合物，水泥是G级油井水泥。
玻化微珠水泥浆体系的制备方法，按照配比，于10s内将水泥、降失水剂、缓凝剂和减阻剂放入加水的浆杯内，将浆杯放置在搅拌器上，在3800r/min转速下搅拌10s，最后加入玻化微珠，在4300r/min转速下继续搅拌34s，即得玻化微珠水泥浆体系，制得的水泥浆体系的密度为1.25g/cm3。
实施例2：
本实施例提供了一种玻化微珠水泥浆体系，由以下质量份数的组份组成：
水泥100份，玻化微珠63份，降失水剂1份，缓凝剂0.1份，减阻剂0.2份，水70份。其中玻化微珠，由以下质量份数的组分组成：微珠70份，粉煤灰20份，微硅粉10份。降失水剂是苯乙烯磺酸盐，缓凝剂是六偏磷酸钠，减阻剂是酮醛缩合物，水泥是G级油井水泥。
玻化微珠水泥浆体系的制备方法，按照配比，于12s内将水泥、降失水剂、缓凝剂和减阻剂放入加水的浆杯内，将浆杯放置在搅拌器上，在3900r/min转速下搅拌11s，最后加入玻化微珠，在4400r/min转速下继续搅拌34s，即得玻化微珠水泥浆体系，制得的水泥浆体系的密度为1.26g/cm3。
实施例3：
本实施例提供了一种玻化微珠水泥浆体系，由以下质量份数的组份组成：
水泥100份，玻化微珠64份，降失水剂2份，缓凝剂0.2份，减阻剂0.3份，水70份。其中玻化微珠，由以下质量份数的组分组成：微珠70份，粉煤灰20份，微硅粉10份。降失水剂是乙烯磺酸盐，缓凝剂是三聚磷酸钠，减阻剂是酮醛缩合物，水泥是G级油井水泥。
玻化微珠水泥浆体系的制备方法，按照配比，于14s内将水泥、降失水剂、缓凝剂和减阻剂放入加水的浆杯内，将浆杯放置在搅拌器上，在4000r/min转速下搅拌12s，最后加入玻化微珠，在4500r/min转速下继续搅拌35s，即得玻化微珠水泥浆体系，制得的水泥浆体系的密度为1.27g/cm3。
实施例4：
本实施例提供了一种玻化微珠水泥浆体系，由以下质量份数的组份组成：
水泥100份，玻化微珠65份，降失水剂3份，缓凝剂0.3份，减阻剂0.4份，水70份。其中玻化微珠，由以下质量份数的组分组成：微珠70份，粉煤灰20份，微硅粉10份。降失水剂是丙烯磺酸盐，缓凝剂是三聚磷酸钠，减阻剂是酮醛缩合物，水泥是G级油井水泥。
玻化微珠水泥浆体系的制备方法，按照配比，于16s内将水泥、降失水剂、缓凝剂和减阻剂放入加水的浆杯内，将浆杯放置在搅拌器上，在4100r/min转速下搅拌13s，最后加入玻化微珠，在4500r/min转速下继续搅拌36s，即得玻化微珠水泥浆体系，制得的水泥浆体系的密度为1.272g/cm3。
实施例5：
本实施例提供了一种玻化微珠水泥浆体系，由以下质量份数的组份组成：
水泥100份，玻化微珠66份，降失水剂1份，缓凝剂0.1份，减阻剂0.5份，水70份。其中玻化微珠，由以下质量份数的组分组成：微珠70份，粉煤灰20份，微硅粉10份。降失水剂是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，缓凝剂是焦磷酸钠，减阻剂是酮醛缩合物，水泥是G级油井水泥。
玻化微珠水泥浆体系的制备方法，按照配比，于18s内将水泥、降失水剂、缓凝剂和减阻剂放入加水的浆杯内，将浆杯放置在搅拌器上，在4200r/min转速下搅拌14s，最后加入玻化微珠，在4500r/min转速下继续搅拌35s，即得玻化微珠水泥浆体系，制得的水泥浆体系的密度为1.28g/cm3。
实施例6：
本实施例提供了一种玻化微珠水泥浆体系，由以下质量份数的组份组成：
水泥100份，玻化微珠67份，降失水剂2份，缓凝剂0.2份，减阻剂0.6份，水70份。其中玻化微珠，由以下质量份数的组分组成：微珠70份，粉煤灰20份，微硅粉10份。降失水剂是丙烯磺酸盐，缓凝剂是三聚磷酸钠，减阻剂是酮醛缩合物，水泥是G级油井水泥。
玻化微珠水泥浆体系的制备方法，按照配比，于20s内将水泥、降失水剂、缓凝剂和减阻剂放入加水的浆杯内，将浆杯放置在搅拌器上，在4000r/min转速下搅拌15s，最后加入玻化微珠，在4600r/min转速下继续搅拌34s，即得玻化微珠水泥浆体系，制得的水泥浆体系的密度为1.286g/cm3。
实施例7：
本实施例提供了一种玻化微珠水泥浆体系，由以下质量份数的组份组成：
水泥100份，玻化微珠65份，降失水剂3份，缓凝剂0.3份，减阻剂0.7份，水70份。其中玻化微珠，由以下质量份数的组分组成：微珠70份，粉煤灰20份，微硅粉10份。降失水剂是乙烯磺酸盐，缓凝剂是六偏磷酸钠，减阻剂是酮醛缩合物，水泥是G级油井水泥。
玻化微珠水泥浆体系的制备方法，按照配比，于22s内将水泥、降失水剂、缓凝剂和减阻剂放入加水的浆杯内，将浆杯放置在搅拌器上，在3900r/min转速下搅拌13s，最后加入玻化微珠，在4600r/min转速下继续搅拌36s，即得玻化微珠水泥浆体系，制得的水泥浆体系的密度为1.29g/cm3。
实施例8：
本实施例提供了一种玻化微珠水泥浆体系，由以下质量份数的组份组成：
水泥100份，玻化微珠66份，降失水剂1份，缓凝剂0.1份，减阻剂0.8份，水70份。其中玻化微珠，由以下质量份数的组分组成：微珠70份，粉煤灰20份，微硅粉10份。降失水剂是乙烯磺酸盐，缓凝剂是焦磷酸钠，减阻剂是酮醛缩合物，水泥是G级油井水泥。
玻化微珠水泥浆体系的制备方法，按照配比，于24s内将水泥、降失水剂、缓凝剂和减阻剂放入加水的浆杯内，将浆杯放置在搅拌器上，在3800r/min转速下搅拌14s，最后加入玻化微珠，在4700r/min转速下继续搅拌34s，即得玻化微珠水泥浆体系，制得的水泥浆体系的密度为1.294g/cm3。
实施例9：
本实施例提供了一种玻化微珠水泥浆体系，由以下质量份数的组份组成：
水泥100份，玻化微珠63份，降失水剂1份，缓凝剂0.2份，减阻剂1份，水70份。其中玻化微珠，由以下质量份数的组分组成：微珠70份，粉煤灰20份，微硅粉10份。降失水剂是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，缓凝剂是三聚磷酸钠，减阻剂是酮醛缩合物，水泥是G级油井水泥。
玻化微珠水泥浆体系的制备方法，按照配比，于25s内将水泥、降失水剂、缓凝剂和减阻剂放入加水的浆杯内，将浆杯放置在搅拌器上，在4000r/min转速下搅拌15s，最后加入玻化微珠，在4800r/min转速下继续搅拌35s，即得玻化微珠水泥浆体系，制得的水泥浆体系的密度为1.30g/cm3。
实施例10：
本实施例针对上述实施例1～9进行了水泥浆的抗压强度检测（45℃，24h）和水泥浆密度检测，检测数据见下表：
编号 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8 实施例9
抗压强度（Mpa） 7.6 7.8 7.85 7.88 7.9 8.2 8.31 8.63 8.75
水泥浆密度（g/cm3） 1.25 1.26 1.27 1.272 1.28 1.286 1.29 1.294 1.30
由上表可知，利用本发明提供的玻化微珠水泥浆体系的抗压强度达到了7.6Mpa以上，水泥浆的密度在1.25～1.30g/cm3，根据上表数据得知，利用本发明提供的玻化微珠可以制得超低密度的水泥浆，且制得的水泥浆的抗压强度高，性能较为稳定，进行固井试验的固井质量良好，减少了固井漏失的问题；玻化微珠具有沉降稳定性及流变性能好，与外加剂配伍性强，应用颗粒紧密堆积技术，优化水泥与减轻材料之间的颗粒分布，填塞不同粒径材料之间的空隙，提高了水泥石密实性。解决了以往漏失缺返导致地层水侵蚀套管和固井质量差等技术难题；提高了固井质量，延长了套管使用寿命。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (9)

1.一种玻化微珠水泥浆体系，其特征在于，由以下质量份数的组份组成：
水泥，100份
玻化微珠，62～67份
降失水剂，1～3份
缓凝剂，0.1～0.3份
减阻剂，0.2～1份
水，70份。
2.如权利要求1所述的玻化微珠水泥浆体系，其特征在于，由以下质量份数的组份组成：水泥100份，玻化微珠65份，降失水剂2份，缓凝剂0.2份，减阻剂0.4份，水70份。
3.如权利要求1所述的玻化微珠水泥浆体系，其特征在于，所述的玻化微珠，由以下质量份数的组分组成：微珠70份，粉煤灰20份，微硅粉10份。
4.如权利要求1所述的玻化微珠水泥浆体系，其特征在于，所述的降失水剂是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸盐、乙烯磺酸盐和丙烯磺酸盐中的一种。
5.如权利要求1所述的玻化微珠水泥浆体系，其特征在于，所述的缓凝剂是焦磷酸钠、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠中的一种。
6.如权利要求1所述的玻化微珠水泥浆体系，其特征在于，所述的减阻剂是酮醛缩合物，分子量是4800～5500。
7.如权利要求1所述的玻化微珠水泥浆体系，其特征在于，所述的水泥是G级油井水泥。
8.一种玻化微珠水泥浆体系的制备方法，其特征在于，按照配比，于10～20s内将水泥、降失水剂、缓凝剂和减阻剂放入加水的浆杯内，将浆杯放置在搅拌器上，在3800～4200r/min转速下搅拌10～15s，最后加入玻化微珠，在4200～4800r/min转速下继续搅拌34～36s，即得玻化微珠水泥浆体系，制得的水泥浆体系的密度为1.25～1.30g/cm3。
9.一种玻化微珠水泥浆体系的应用，其特征在于，所述的玻化微珠水泥浆体系应用于低压易漏地层的油气井固井。
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