CN107056158B - 用于易漏失小井眼或窄间隙环空井固井的封堵防气窜水泥浆 - Google Patents

用于易漏失小井眼或窄间隙环空井固井的封堵防气窜水泥浆 Download PDF

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Abstract

本发明属于油气井固井工程技术领域，公开了一种用于易漏失小井眼或窄间隙环空井固井的封堵防气窜水泥浆，其组成为：100gG级油井水泥或G级油井水泥与硅粉的混合物，8g～10g封堵防气窜剂，6g～8g降失水剂，0.0g～1.0g分散剂，0.2g～3.5g缓凝剂，0.1g～0.2g消泡剂，38.0g～44.0g自来水，该封堵防气窜水泥浆，在井底静止温度90℃～180℃时的防漏封堵时间由常规体系的大于20秒降低为小于10秒～15秒，承压能力由常规体系的2MPa～3MPa提高为5MPa～6MPa，防气窜性能系数SPN值小于3的强防气窜能力，凝固24小时水泥石的抗冲击韧性大于3.0J/cm2，且综合工程性能协调良好。

Description

用于易漏失小井眼或窄间隙环空井固井的封堵防气窜水泥浆
技术领域
本发明属于油气井固井工程技术领域，尤其涉及一种用于易漏失小井眼或窄间隙环空井固井的封堵防气窜水泥浆。
背景技术
复杂结构井的深部井段或从老井侧钻出的多压力层系新井，存在小井眼或窄间隙环空的多压力系统的注水泥过程易发生漏失和候凝过程易发生油气水窜流，凝结水泥环在后续作业外力作用下易破碎影响层间有效封固质量，甚至导致环空带压，这既影响射孔、测试，也影响油气井的生产管理和修井等作业。因此，应采用适合易漏失小井眼或窄间隙的水泥浆固井，才能更有效的提高封固质量，以利于射孔、测试、生产管理和修井等作业，防止或减小开采过程中的环空带压风险的发生。虽然关于固井过程中防止漏失、气窜，或增强水泥石韧性的固井水泥浆，迄今国内外已开发出了多种添加剂和相应水泥浆体系，如专利ZL201210571512.4“一种用于小间隙环空水平井固井的增韧防气窜水泥浆”和专利ZL201310244123.5“一种用于实体膨胀管固井的韧性防气窜水泥浆”等，虽有针对小间隙的防气窜和水泥石增韧的特性，但没有针对多压力系统易漏失小井眼或窄间隙环空井固井的漏、窜、易碎同治的多功能水泥浆体系，以及世界著名的Halliburton和Schlumberger等公司也没有这类多功能且固井作业使用方便的水泥浆体系。
综上所述，现有技术存在的问题是：同一裸眼井段存在不同压力的多压力系统的小井眼或窄间隙环空井固井在注水泥后候凝期间易发生漏失、候凝过程中易发生气窜、试压或开采等过程中水泥环易发生碎裂影响封隔质量或环空带压，影响油气井的生产寿命。目前还没有有效解决这类漏、窜、易碎共存问题的主要原因和难点是，一方面，防止漏失往往需要用较长的纤维类材料易导致水泥浆流变性较差，而不能满足小井眼或窄间隙环空井注水泥易产生高泵压要求水泥浆流变性好的需要。另一方面，防止水泥石易碎裂常用纤维和弹性颗粒类材料易导致水泥浆流变性较差和水泥石强度降低，也不能满足注水泥要求水泥浆流变性好和窄间隙环空薄水泥环高强度的封隔能力。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于易漏失小井眼或窄间隙环空井固井的封堵防气窜水泥浆。
本发明是这样实现的为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。
一种用于易漏失小井眼或窄间隙环空井固井的封堵防气窜水泥浆，所述用于易漏失小井眼或窄间隙环空井固井的封堵防气窜水泥浆由G级油井水泥或G级油井水泥与硅粉的混合物、封堵防气窜剂、降失水剂、分散剂、缓凝剂、消泡剂与水配制而成；
100gG级油井水泥或G级油井水泥与硅粉的混合物，加入添加剂的量分别为：8g～10g封堵防气窜剂，6g～8g降失水剂，0.0g～1.0g分散剂，0.2g～3.5g缓凝剂，0.1g～0.2g消泡剂，38.0g～44.0g自来水。
进一步，所述封堵防气窜剂为长度3mm～5mm高强聚丙烯纤维，长度1mm～2mm玻璃纤维，长度1mm～2mm椰壳纤维，粒径30～40目橡胶粉，粒径600～800目粉煤灰，粒径600～800目磷石膏粉，粒径2000目以上微硅，按质量比为(2～5):(2～5):(2～5):(2～3):(5～8):(3～5):(5～8)混合而成。
进一步，所述降失水剂为丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和N-乙烯基吡咯烷酮三元共聚类的油井水泥降失水剂。
进一步，所述分散剂为甲醛和丙酮缩聚物。
进一步，所述缓凝剂为丙烯酸、马来酸、对苯乙烯磺酸盐和亲水性长链烯类单体的共聚物。
进一步，所述消泡剂为乳化硅油、聚氧丙烯甘油醚或聚氧丙烯聚醚改性硅。
本发明的另一目的在于提供一种所述用于易漏失小井眼或窄间隙环空井固井的封堵防气窜水泥浆的制备方法，所述用于易漏失小井眼或窄间隙环空井固井的封堵防气窜水泥浆包括以下步骤：
步骤一，称取100gG级油井水泥或G级油井水泥与硅粉的混合物，8g～10g封堵防气窜剂，6g～8g降失水剂，0.0g～1.0g分散剂，0.2g～3.5g缓凝剂，0.1g～0.2g消泡剂，38.0g～44.0g自来水；
步骤二，封堵防气窜剂与G油井水泥或G级油井水泥与硅粉的混合物干混均匀，降失水剂、分散剂、缓凝剂和消泡剂加入自来水中混配均匀后，按GB/T 19139-2012油井水泥试验方法配制水泥浆，即得到封堵防气窜水泥浆。
本发明的优点及积极效果为：具有较强的封堵防漏防气窜能力以及水泥环的耐冲击能力，综合性能协调良好，既能保证易漏失小井眼或窄间隙环空井固井的施工作业安全，又能改善小井眼或窄间隙环空井固井水泥环的封固质量，防止或减小油气井生产过程中环空带压的风险。本发明的封堵防气窜水泥浆，可用于井底静止温度90～180℃的易漏失小井眼或窄间隙环空井的固井，防漏封堵时间由常规体系的大于20秒降低为小于10秒～15秒，承压能力由常规体系的2MPa～3MPa提高为5MPa～6MPa，防气窜性能系数SPN值小于3的强防气窜，凝固24小时水泥石的抗冲击韧性大于3.0J/cm2，且综合工程性能协调良好，易于调整，即水泥浆稠化时间在约180min～360min之间可调，API失水量小于50ml，自由水可为0，流型指数可大于0.80，抗压强度大于14MPa。
本发明与现有技术比较，具有以下有益效果：(1)封堵防气窜剂使水泥浆具有封堵防漏和防窜作用，保证小井眼固井近井壁封堵，防止固井漏失和候凝过程地层油气水窜流进入环空；(2)水泥浆凝固过程的微膨胀，在漏失的近井壁层可阻止地层流体窜入环空，在环空中有利于防止水泥浆凝结过程的体积收缩，提高水泥石环与套管和井壁间的胶结强度，提高环空的封固质量；(3)水泥浆凝固水泥石抗冲击韧性好，有利于防止和减少油气井开采过程的环空带压的发生；(4)水泥浆配制和注浆施工与常规水泥浆相同，不需要特殊工艺。
本发明一方面，将适当长度的刚性与柔性纤维以适当配比形成复合纤维，在漏失时快速形成互穿网络结构，实现封堵防漏，同时这种互窜网络结构还与微粒在井壁形成的封堵层可阻止水泥浆凝结过程中地层油气水窜入环空，实现防窜。另一方面，磷石膏与粉煤灰的氧化铝组分漏失进入井壁浅层后，随后水泥浆水化产物氢氧化钙与磷石膏和粉煤灰中的氧化铝成分生成钙钒石而膨胀，在硬化前的膨胀能防止或减小漏入水泥浆的水化体积收缩，而硬化后的微膨胀又能提高凝结水泥石与地层漏失孔隙或微裂缝的胶结强度，同时在环空中的水泥浆在凝结过程中同样有这种微膨胀，其硬化前的膨胀能防止或减小水泥浆的水化体积收缩，而硬化后的微膨胀又能提高凝结水泥石与套管和井壁间的胶结强度，实现减小后期气窜和环空带压风险。第三方面，复合纤维组分可阻止外力作用于水泥石时产生新的裂纹或使原有微裂缝等薄弱处进一步发展延伸，且组分中的橡胶粉在水泥石中能吸收外力作用在水泥石内部的应力集中，减小外力导致水泥石破坏的作用，实现水泥石增韧抗冲击能力的提高。第四方面，膨胀组分与水泥的水化产物氢氧化钙反应生成钙钒石的过程，促进水泥的水化而提高水泥石的早期强度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的用于易漏失小井眼或窄间隙环空井固井的封堵防气窜水泥浆的制备方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
本发明实施例提供的用于易漏失小井眼或窄间隙环空井固井的封堵防气窜水泥浆由G级油井水泥或G级油井水泥与硅粉的混合物、封堵防气窜剂、降失水剂、分散剂、缓凝剂、消泡剂与水配制而成；
100gG级油井水泥或G级油井水泥与硅粉的混合物，需加入添加剂的量分别为：8g～10g封堵防气窜剂，6g～8g降失水剂，0.0g～1.0g分散剂，0.2g～3.5g缓凝剂，0.1g～0.2g消泡剂，38.0g～44.0g自来水。
所述封堵防气窜剂为长度3mm～5mm高强聚丙烯纤维，长度1mm～2mm玻璃纤维，长度1mm～2mm椰壳纤维，粒径30～40目橡胶粉，粒径600～800目粉煤灰，粒径600～800目磷石膏粉，粒径2000目以上微硅，按质量比为(2～5):(2～5):(2～5):(2～3):(5～8):(3～5):(5～8)充分混合而成。
所述水泥浆在井底静止温度90℃～180℃时，封堵时间由常规体系的大于20秒降低为小于10秒～15秒，承压能力由一般体系的2MPa～3MPa提高到5MPa～6MPa，水泥浆稠化时间在约180min～360min之间可调，API失水量小于50ml，自由水可为0，流型指数可大于0.80，抗压强度大于14MPa，防气窜性能系数SPN值小于3，水泥石的抗冲击韧性大于3.0J/cm2。
所述降失水剂为丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和N-乙烯基吡咯烷酮三元共聚类的油井水泥降失水剂。
所述分散剂为甲醛和丙酮缩聚物。
所述缓凝剂为丙烯酸、马来酸、对苯乙烯磺酸钠和亲水性长链烯类单体的共聚物。
所述消泡剂为乳化硅油、聚氧丙烯甘油醚或聚氧丙烯聚醚改性硅。
如图1所示，本发明实施例提供的用于易漏失小井眼或窄间隙环空井固井的封堵防气窜水泥浆包括以下步骤：
S101：称取100gG级油井水泥或G级油井水泥与硅粉的混合物，8g～10g封堵防气窜剂，6g～8g降失水剂，0.0g～1.0g分散剂，0.2g～3.5g缓凝剂，0.1g～0.2g消泡剂，38.0g～44.0g自来水；
S102：封堵防气窜剂与G级油井水泥或G级油井水泥与硅粉的混合物干混均匀，降失水剂、分散剂、缓凝剂和消泡剂加入自来水混配均匀后，按GB/T19139—2012油井水泥试验方法配制水泥浆，即得到封堵防气窜水泥浆。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。
实施例1：适应井底静止温度90℃(循环温度81℃)的水泥浆制备及性能：
称取600克G级油井水泥，48克封堵防气窜剂，36克降失水剂，0.4克分散剂，3.6克缓凝剂，0.6克消泡剂，228克自来水。封堵防气窜剂与G级油井水泥干混均匀，降失水剂、分散剂、缓凝剂和消泡剂加入自来水中混配均匀后，按GB/T 19139-2012油井水泥试验方法配制水泥浆，即得到密度1.90g/cm3的封堵防气窜水泥浆。
本发明实施例的水泥浆在井底静止温度90℃，循环温度81℃时，测得水泥浆的封堵时间为8秒和承压为5.7MPa，按GB/T 19139-2012油井水泥试验方法测得稠化时间195min，API失水量36ml，自由水0，流型指数0.8210，防气窜性能系数SPN值为1.63，凝固24小时水泥石的抗冲击韧性大于4.3J/cm2，抗压强度18MPa。
实施例2：适应井底静止温度180℃(循环温度153℃)的水泥浆制备及性能：
称取600克G级油井水泥，210克硅粉，60克封堵防气窜剂，48克降失水剂，0.2克分散剂，21克缓凝剂，1.2克消泡剂，264克自来水。封堵防气窜剂与G油井水泥和硅粉干混均匀，降失水剂、分散剂、缓凝剂和消泡剂加入自来水中混配均匀后，按GB/T 19139-2012油井水泥试验方法配制水泥浆，即得到密度1.90g/cm3的封堵防气窜水泥浆。
本发明实施例的水泥浆用于井底静止温度180℃，循环温度153℃时，测得水泥浆的封堵时间为12秒和承压为5.3MPa，按GB/T 19139-2012油井水泥试验方法测得稠化时间340min，API失水量42ml，自由水0，流型指数0.8520，防气窜性能系数SPN值0.82，凝固24小时水泥石的抗冲击韧性为3.2J/cm2，抗压强度为21MPa。
本发明的封堵防气窜水泥浆，可用于井底静止温度90～180℃的易漏失小井眼或窄间隙环空井的固井，防漏封堵时间由常规体系的大于20秒降低为小于10秒～15秒，承压能力由常规体系的2MPa～3MPa提高为5MPa～6MPa，防气窜性能系数SPN值小于3的强防气窜，凝固24小时水泥石的抗冲击韧性大于3.0J/cm2，且综合工程性能协调良好，易于调整，即水泥浆稠化时间在约180min～360min之间可调，API失水量小于50ml，自由水可为0，流型指数可大于0.80，抗压强度大于14MPa。
以上所述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之内。

Claims (6)

1.一种用于易漏失小井眼或窄间隙环空井固井的封堵防气窜水泥浆，其特征在于，所述用于易漏失小井眼或窄间隙环空井固井的封堵防气窜水泥浆由G级油井水泥、封堵防气窜剂、降失水剂、分散剂、缓凝剂、消泡剂与自来水配制而成；
100gG级油井水泥加入：8g～10g封堵防气窜剂，6g～8g降失水剂，0.0g～1.0g分散剂，0.2g～3.5g缓凝剂，0.1g～0.2g消泡剂，38.0g～44.0g自来水；所述封堵防气窜剂为长度3mm～5mm高强聚丙烯纤维，长度1mm～2mm玻璃纤维，长度1mm～2mm椰壳纤维，粒径30～40目橡胶粉，粒径600～800目粉煤灰，粒径600～800目磷石膏粉和粒径2000目以上微硅粉，按质量比为2～5:2～5:2～5:2～3:5～8:3～5:5～8混合而成。
2.如权利要求1所述的用于易漏失小井眼或窄间隙环空井固井的封堵防气窜水泥浆，其特征在于，所述降失水剂为丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸或N-乙烯基吡咯烷酮三元共聚类的油井水泥降失水剂。
3.如权利要求1所述的用于易漏失小井眼或窄间隙环空井固井的封堵防气窜水泥浆，其特征在于，所述缓凝剂为丙烯酸、马来酸、对苯乙烯磺酸盐或亲水性长链烯类单体的共聚物。
4.如权利要求1所述的用于易漏失小井眼或窄间隙环空井固井的封堵防气窜水泥浆，其特征在于，所述分散剂为甲醛或丙酮缩聚物。
5.如权利要求1所述的用于易漏失小井眼或窄间隙环空井固井的封堵防气窜水泥浆，其特征在于，所述消泡剂为乳化硅油、聚氧丙烯甘油醚或聚氧丙烯聚醚改性硅。
6.一种如权利要求1所述用于易漏失小井眼或窄间隙环空井固井的封堵防气窜水泥浆的制备方法，其特征在于，所述用于易漏失小井眼或窄间隙环空井固井的封堵防气窜水泥浆包括以下步骤：步骤一，称取100gG级油井水泥，8g～10g封堵防气窜剂，6g～8g降失水剂，0.0g～1.0g分散剂，0.2g～3.5g缓凝剂，0.1g～0.2g消泡剂，38.0g～44.0g自来水；步骤二，封堵防气窜剂与G油井水泥干混均匀，降失水剂、分散剂、缓凝剂和消泡剂加入自来水中混配均匀后，按GB/T 19139-2012油井水泥试验方法配制水泥浆，即得到封堵防气窜水泥浆。
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