CN106966648B - 一种防co2、h2s腐蚀固井水泥浆 - Google Patents

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Abstract

一种防CO2、H2S腐蚀固井水泥浆，由按质量比值为0.40～0.50:1的水和水泥组成，其中水泥由G级高抗硫酸盐油井水泥、微细水泥、分散剂、降失水剂、微硅、粉煤灰、膨胀剂、胶乳、水溶性树脂、早强剂、缓凝剂、消泡剂组成。该水泥浆配方防CO2、H2S腐蚀性能优越，能有效阻挡CO2、H2S的侵蚀，最大程度保护套管等井下工具，特别适合在高CO2、H2S的酸性油气田固井中使用。

Description

一种防CO2、H2S腐蚀固井水泥浆
技术领域
本发明属于石油化工产品的制备技术领域，涉及一种适合于CO2、 H2S等酸性油气田固井过程中的水泥浆配方。
背景技术
随着油气资源勘探开发的不断深入，许多高含CO2、H2S的油气资源已纳入到开发的重点，酸性油气田越来越多。水泥环直接与地层环境相接触，做为油气井第一保护屏障起着封固地层的作用。在CO2、 H2S等腐蚀性介质和地下水的共同影响下，固井水泥石中的胶结组分会不断减少，渗透率增大，导致其抗压强度降低甚至完全没有强度。固井水泥环性能劣化，会逐渐失去对套管的保护作用，发生水、气窜，套管就如同完全处于腐蚀介质中一样，大大缩短油气井的寿命，影响正常生产。目前国内外通常使用挤水泥的方式来堵塞水泥石腐蚀通道，但挤水泥需专业设备，费用高且风险大。而向井筒中加入缓蚀剂也能一定程度缓解腐蚀问题，但需长期不断加入，耗时耗工，从长远看费用也不低，且无法根本解决窜流问题，治标不治本。近年来，国内外学者对防腐蚀水泥浆体系进行了大量的研究，其大部分研究都集中在水泥浆密实度和胶乳水泥体系上，这两种方法虽然都能一定程度缓解水泥石的腐蚀，但效果尚不显著，而在复杂的地层的环境中，能长时间有效封堵地层的水泥浆技术迄今也还并不多见。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种合于 CO2、H2S等酸性油气田固井过程中的防CO2、H2S腐蚀固井水泥浆，该水泥浆配方防CO2、H2S腐蚀性能优越，能有效阻挡CO2、H2S的侵蚀，最大程度保护套管等井下工具。
为实现以上发明目的而采用的技术解决方案如下所述。
一种防CO2、H2S腐蚀固井水泥浆，由按质量比值为0.40～0.50:1 的水和水泥组成，其中水泥由以下质量比的物质组成：G级高抗硫酸盐油井水泥100，微细水泥10～20，分散剂1～2，降失水剂1～2，微硅5～10，粉煤灰5～10，膨胀剂1～2，胶乳5～10，水溶性树脂 1～2，早强剂0.5～3，缓凝剂0.1～0.5，消泡剂0.1～1；
该防CO2、H2S腐蚀固井水泥浆的制备方法是：先将水溶性树脂和水混拌均匀，再使混合液与降失水剂、胶乳、缓凝剂、消泡剂混合，得到湿混料；将G级高抗硫酸盐油井水泥、微细水泥、分散剂、微硅、粉煤灰、膨胀剂、早强剂混拌均匀得到干混料；最后将干混料加入到湿混料中高速搅拌均匀，得到防CO2、H2S腐蚀固井水泥浆。
上述防CO2、H2S腐蚀固井水泥浆中，微细水泥中的粒径小于10μm 的颗粒占90％以上。
上述防CO2、H2S腐蚀固井水泥浆中，水泥浆中水溶性树脂需先和水混拌均匀。
上述防CO2、H2S腐蚀固井水泥浆中，水泥浆中的分散剂为SXY、降失水剂为BXF-200L、微硅为成都嘉茂化工有限实业公司生产的JM-1、膨胀剂为M53S、胶乳为BCT-800L、早强剂为CK21、缓凝剂为 SN-2、消泡剂为D50。
上述防CO2、H2S腐蚀固井水泥浆中，水泥浆中水溶性树脂为水溶性尿醛树脂、水溶性环氧树脂、水溶性丙烯酸改性醇酸树脂中的一种或多种。
进一步的，水泥浆中水溶性树脂为水溶性甲醚化脲醛树脂、水溶性马来酸酐改性环氧树脂、水溶性醇酸树脂中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该水泥浆基于颗粒级配技术和密堆积原理，利用G高抗硫酸盐油井级水泥、微细水泥、微硅、粉煤灰构成四级颗粒填充体系，提高水泥浆的密实度，降低水泥石的渗透率，大大减少CO2、H2S的腐蚀通道；膨胀剂的加入使得水泥石微膨胀，堵塞微细孔隙，使得可供CO2、H2S进入的腐蚀通道进一步减少。此外，胶乳加入后能在水泥石内形成网络膜状物质，包覆在水泥石上，隔绝CO2、H2S的侵入。水溶性树脂在遇到CO2、H2S时，在酸性条件下发生反应，在腐蚀界面形成一种具有网状结构的膜，有效的阻挡CO2、 H2S气体的侵入；分散剂能降低水泥浆稠度，提高流动性，改善水泥浆的流变性能；降失水剂能降低水泥浆失水量；早强剂能提高水泥石早期抗压强度；缓凝剂能延长水泥浆凝固时间；消泡剂能消除水泥浆中微小气泡。该水泥浆特别适合在高CO2、H2S的酸性油气田固井中使用。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种防CO2、H2S腐蚀固井水泥浆，该水泥浆由按质量比值(水灰比)为0.45:1的水和水泥组成，其中水泥来自于以下物质原料：100 个质量单位的G级高抗硫酸盐油井水泥，12个质量单位的微细水泥， 1个质量单位的分散剂SXY，1.2个质量单位的降失水剂BXF-200L，6 个质量单位的微硅JM-1，8个质量单位的粉煤灰，1.2个质量单位的膨胀剂M53S，9个质量单位的胶乳BCT-800L，1个质量单位的水溶性甲醚化脲醛树脂，1.5个质量单位的早强剂CK21，0.1个质量单位的缓凝剂SN-2，0.6个质量单位的消泡剂D50。
该防CO2、H2S腐蚀固井水泥浆的制备方法是：先将水溶性甲醚化脲醛树脂和水混拌均匀，再使混合液与降失水剂BXF-200L、胶乳 BCT-800L、缓凝剂SN-2、消泡剂D50相混合，得到湿混料；将G级高抗硫酸盐油井水泥、微细水泥、分散剂SXY、微硅JM-1、粉煤灰、膨胀剂M53S、早强剂CK21混拌均匀得到干混料；最后将干混料加入到湿混料中高速搅拌均匀，得到该防CO2、H2S腐蚀固井水泥浆。代号配方1。
实施例2
一种防CO2、H2S腐蚀固井水泥浆，该水泥浆由按质量比值(水灰比)为0.45:1的水和水泥组成，其中水泥来自于以下物质原料：100 个质量单位的G级高抗硫酸盐油井水泥，15个质量单位的微细水泥， 1.5个质量单位的分散剂SXY，1.3个质量单位的降失水剂BXF-200L， 5个质量单位的微硅JM-1，8个质量单位的粉煤灰，1.3个质量单位的膨胀剂M53S，6个质量单位的胶乳BCT-800L，1.4个质量单位的水溶性马来酸酐改性环氧树脂，2.5个质量单位的早强剂CK21，0.2个质量单位的缓凝剂SN-2，0.7个质量单位的消泡剂D50。
该防CO2、H2S腐蚀固井水泥浆的制备方法同实施例1。代号配方 2。
实施例3
一种防CO2、H2S腐蚀固井水泥浆，该水泥浆由按质量比值(水灰比)为0.45:1的水和水泥组成，其中水泥来自于以下物质原料：100 个质量单位的G级高抗硫酸盐油井水泥，17个质量单位的微细水泥， 1.8个质量单位的分散剂SXY，1.2个质量单位的降失水剂BXF-200L， 7个质量单位的微硅JM-1，6个质量单位的粉煤灰，1.7个质量单位的膨胀剂M53S，7个质量单位的胶乳BCT-800L，1.3个质量单位的水溶性丙烯酸改性醇酸树脂，2个质量单位的早强剂CK21，0.2个质量单位的缓凝剂SN-2，0.7个质量单位的消泡剂D50。
该防CO2、H2S腐蚀固井水泥浆的制备方法同实施例1。代号配方 3。
为研究本发明性能，设计人将配方1、配方2、配方3和常规水泥浆做对比实验。水泥浆相关性能按GB/T19139-2012《油井水泥试验方法》和GB10238-2015《油井水泥》的要求进行。表1给出了水泥浆综合性能表，表2给出了水泥石腐蚀深度及抗压强度变化情况。
表1：水泥浆综合性能
Figure BDA0001242755150000061
表1实验结果表明：防CO2、H2S腐蚀固井水泥浆综合性能良好，能满足施工要求。与常规水泥浆相比，流动度稍弱，稠度稍大，稠化时间稍长，但都在合理的范围内，析水、失水量、72h强度明显优于常规水泥浆。
表2水泥石腐蚀深度及抗压强度变化情况
Figure BDA0001242755150000062
注:腐蚀深度和腐蚀后的抗压强度均为腐蚀7d后测得，腐蚀深度为单向腐蚀深度
表2实验结果表明：防CO2、H2S腐蚀固井水泥浆防腐性能良好，腐蚀7天后腐蚀深度在1～3mm，腐蚀后抗压强度变化率在7％以内，远远优于常规水泥。
另通过该防腐蚀水泥和常规水泥在CO2、H2S混合酸性气体、水环境中腐蚀42d后的扫描电镜对比图的实验结果表明：常规水泥石腐蚀后产生了颗粒状的疏松物质，并有很多腐蚀孔洞，有利于腐蚀介质进一步深入，腐蚀情况严重。配方1水泥浆防腐性能良好，能清晰的看见水泥石表面覆盖一层膜状物质，有效的阻止CO2、H2S的侵蚀。
以上通过多个实施例对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，但本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，而此类实施例都应包括在本发明的范围之内。

Claims (4)

1.一种防CO2、H2S腐蚀固井水泥浆，其特征在于，该水泥浆由按质量比值为0.40～0.50:1的水和水泥组成，其中水泥由以下质量比的物质组成：G级高抗硫酸盐油井水泥100，微细水泥10～20，分散剂1～2，降失水剂1～2，微硅5～10，粉煤灰5～10，膨胀剂1～2，胶乳5～10，水溶性树脂1～2，早强剂0.5～3，缓凝剂0.1～0.5，消泡剂0.1～1；所述的水溶性树脂为水溶性尿醛树脂、水溶性环氧树脂、水溶性醇酸树脂中的一种或多种；
该防CO2、H2S腐蚀固井水泥浆的制备方法是：先将水溶性树脂和水混拌均匀，再使混合液与降失水剂、胶乳、缓凝剂、消泡剂混合，得到湿混料；将G级高抗硫酸盐油井水泥、微细水泥、分散剂、微硅、粉煤灰、膨胀剂、早强剂混拌均匀得到干混料；最后将干混料加入到湿混料中高速搅拌均匀，得到防CO2、H2S腐蚀固井水泥浆。
2.根据权利要求1所述的防CO2、H2S腐蚀固井水泥浆，其特征在于，所述微细水泥中的粒径小于10μm的颗粒占90％以上。
3.根据权利要求1所述的防CO2、H2S腐蚀固井水泥浆，其特征在于，所述的水泥浆中水溶性树脂需先和水混拌均匀。
4.根据权利要求1所述的防CO2、H2S腐蚀固井水泥浆，其特征在于，所述水泥浆中的分散剂为SXY、降失水剂为BXF-200L、微硅为成都嘉茂化工有限实业公司生产的JM-1、膨胀剂为M53S、胶乳为BCT-800L、早强剂为CK21、缓凝剂为SN-2、消泡剂为D50。
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