CN107418536A - 一种抗高温、防气窜、高密度固井水泥浆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗高温、防气窜、高密度固井水泥浆及其制备方法。其中，固井水泥浆的原料组分按如下重量配比计算：油井水泥100份，加重剂80～120份，硅石粉30～35份，微硅粉3～6份，悬浮稳定剂2～4份，高温降失水剂6～10份，高温缓凝剂6～10份，分散剂1～2份，防气窜剂3～5份，消泡剂1～2份，水55～65份。本发明的抗高温性能达180～200℃，其具有流动性能好、滤失量低、沉降稳定性好、防气窜性能强等特点。

Description

一种抗高温、防气窜、高密度固井水泥浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及油气井开发用的固井水泥浆，具体是一种抗高温、防气窜、高密度的固井水泥浆，以及该固井水泥浆的制备方法。
背景技术
随着石油勘探开发的不断深入，井深逐渐增大，地层压力、温度越来越高，这对固井作业提出了技术挑战，例如四川盆地二叠系为超深井，其埋藏深度超过7000m，井底温度大于150℃。对于超深井而言，其固井作业所需要的固井水泥浆必须具备抗高温、防气窜、高密度的特性。
现有抗高温、防气窜、高密度的固井水泥浆制备大多是以在水泥浆中加入石英砂来提高抗高温性能的，是以在水泥浆中加入胶乳来提高其防气窜性能的，是以在水泥浆中加入加重材料来提高其密度性能的。然而，此类固井水泥浆应用于温度大于180℃的环境时，其存在沉降稳定性和抗压强度发展缓慢、甚至超缓凝的现象，容易导致水泥石的抗压强度衰退，进而就会产生气窜等技术问题。可见，现有抗高温、防气窜、高密度的固井水泥浆不能有效地满足在高温环境下防气窜的技术要求，满足不了超深井的使用要求。
发明内容
本发明的技术目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种抗高温性能达180～200℃、流动性能好、滤失量低、沉降稳定性好、防气窜性能强的抗高温、防气窜、高密度固井水泥浆，以及该固井水泥浆的制备方法。
本发明实现其技术目的所采用的技术方案是，一种抗高温、防气窜、高密度固井水泥浆，所述固井水泥浆的原料组分按如下重量配比计算：
作为优选方案，所述油井水泥为三峡G级油井水泥；所述加重剂为铁矿粉，其密度为6.0g/cm3；所述硅石粉为150目的无定型二氧化硅，其纯度大于95％；所述微硅粉为火山灰物质，其比表面积为20～28m2/g；所述高温降失水剂为高分子聚合物；所述高温缓凝剂为木质素无机盐；所述分散剂为磺化丙酮-甲醛聚合物；所述稳定剂为聚酯纤维；所述消泡剂为聚合物；所述防气窜剂为表面经处理的膨胀材料。
所述固井水泥浆的抗高温达180℃以上；所述固井水泥浆的密度范围为2.0～2.3g/cm3。
一种上述抗高温、防气窜、高密度固井水泥浆的制备方法，所述制备方法包括下列步骤：
步骤1.将配方量的油井水泥、加重剂、硅石粉、微硅粉和悬浮稳定剂干混为干粉状混合物，混拌均匀；将配方量的高温降失水剂、高温缓凝剂、分散剂、防气窜剂和消泡剂溶于配方量的水中，形成混合溶液；
步骤2.打开混合容器的盖子，将混合溶液放于混合容器中，使混合容器以4000±200转/分的速度进行转动搅拌，在15秒内将混拌均匀的干粉状混合物加入到混合容器中、并添加完毕；
步骤3.关闭混合容器的盖子，使混合容器以12000±500转/分的速度进行转到搅拌，持续搅拌35秒，使混合容器内形成混拌均匀的水泥浆液，即得抗高温、防气窜、高密度的固井水泥浆。进一步的，所述固井水泥浆的抗高温达180℃以上；所述固井水泥浆的密度范围为2.0～2.3g/cm3。
本发明的有益技术效果是：
1.本发明固井水泥浆具有如下几项主要性能，其一为抗高温性能，其抗高温性能可达180～200℃，在180℃以上的高温环境下具有较好的稳定性，能够有效地防止高温环境下因外加剂的失效而导致浆体稳定变差的技术问题；其二为密度和稠化时间可调，密度调节范围为2.0～2.3g/cm3，流动性能好，滤失量低、失水量小，能够完全满足现场注水泥施工的技术要求；其三具有优异的“直角稠化”性能，水泥石早期的抗压强度高、且在高温环境下的抗压强度衰退缓慢，SPN＜3，对防止深井固井中的高温环境下的水气窜流问题十分有效，防气窜性能强，可靠、稳定；其四配方简单，各组份的来源广泛，成本低廉，经济性好；
2.本发明的制备方法针对本发明的固井水泥浆而设计，其操作方便、易行，有利于在施工现场实现安全、可靠、稳定地施工，灵活性和经济性好。
附图说明
图1为本发明固井水泥浆的密度为2.0g/cm3、循环温度为180℃的稠化曲线图。
图2为本发明固井水泥浆的密度为2.1g/cm3、循环温度为180℃的稠化曲线图。
图3为本发明固井水泥浆的密度为2.2g/cm3、循环温度为190℃的稠化曲线图。
图4为本发明固井水泥浆的密度为2.3g/cm3、循环温度为200℃的稠化曲线图。
具体实施方式
本发明涉及油气井开发用的固井水泥浆，具体是一种抗高温、防气窜、高密度的固井水泥浆，以及该固井水泥浆的制备方法。现以列表的方式通过多个实施例对本发明固井水泥浆的配方进行详细、具体的说明，本发明的制备方法则以单独的实施例对应列表中固井水泥浆的配方实施例进行详细、具体的说明。
实施例1至8的内容见表1所示。
表1 本发明固井水泥浆的原料组分按如下重量配比计算
上述油井水泥为三峡G级油井水泥。
上述加重剂为铁矿粉，其密度为6.0g/cm3。
上述硅石粉为150目的无定型二氧化硅，其纯度大于95％。
上述微硅粉为火山灰物质，其比表面积为20～28m2/g。
上述高温降失水剂为高分子聚合物。
上述高温缓凝剂为木质素无机盐。
上述分散剂为磺化丙酮-甲醛聚合物。
上述稳定剂为聚酯纤维。
上述消泡剂为聚合物。
上述防气窜剂为表面经处理的膨胀材料。
本发明固井水泥浆的抗高温达180℃以上。
本发明固井水泥浆的密度范围为2.0～2.3g/cm3。
实施例9
本发明制备方法包括下列步骤：
步骤1.按照对应配方实施例中的配方量准备原料组分；准备具有自动搅拌功能的混合容器；
将配方量的油井水泥、加重剂、硅石粉、微硅粉和悬浮稳定剂干混为干粉状混合物，混拌均匀；
将配方量的高温降失水剂、高温缓凝剂、分散剂、防气窜剂和消泡剂溶于配方量的水中，形成混合溶液；
步骤2.打开混合容器的盖子，将混合溶液放于混合容器中；启动混合容器，使混合容器以低速转动进行转动搅拌，该低速转动的转速为4000±200转/分，在转动搅拌后的15秒内，将混拌均匀的干粉状混合物加入到混合容器中、并添加完毕；
步骤3.关闭混合容器的盖子，调整混合容器的转速，使混合容器以高速转动进行转到搅拌，该高速转动的转速为12000±500转/分，持续搅拌35秒，使混合容器内形成混拌均匀的水泥浆液，即得抗高温、防气窜、高密度的固井水泥浆，所得固井水泥浆的抗高温达180℃以上、密度范围为2.0～2.3g/cm3。
上述实施例1、实施例4、实施例6和实施例8分别对应实施例9制得固井水泥浆，所制得的固井水泥浆按照《油井水泥外加剂评价方法SY/T5504—2005》标准进行了及检测实验。
其中，实施例1和实施例9制得的固井水泥浆的实验结果见表2和图1所示。
表2实施例1和实施例9制得的抗180℃以上高温、防气窜、高密度的固井水泥浆的检测性能表
检测项目 实验条件 检测结果 行业标准
密度，g/cm3 2.0 1.88～2.02
初始稠度，Bc OWC-9380 24 ＜30
40Bc～100Bc的时间，min 2 ＜10
稠化时间，min 180℃×110MPa 512 ＞300
抗压强度，MPa 220℃×20.7MPa×72h 23 ＞20
失水量，mL/30min 180℃×6.9MPa 47 ＜100
游离液，mL 90℃×2h 1 ＜5
沉降稳定性，g/cm3 2h 0.005 ＜0.02
实施例4和实施例9制得的固井水泥浆的实验结果见表3和图2所示。
表3实施例4和实施例9制得的抗180℃以上高温、防气窜、高密度的固井水泥浆的检测性能表
检测项目 实验条件 检测结果 行业标准
密度，g/cm3 2.1 2.08～2.12
初始稠度，Bc OWC-9380 18 ＜30
40Bc～100Bc的时间，min 2 ＜10
稠化时间，min 180℃×110MPa 495 ＞300
抗压强度，MPa 220℃×20.7MPa×72h 21 ＞20
失水量，mL/30min 180℃×6.9MPa 35 ＜100
游离液，mL 90℃×2h 1 ＜5
沉降稳定性，g/cm3 2h 0.005 ＜0.02
实施例6和实施例9制得的固井水泥浆的实验结果见表4和图3所示。
表4实施例6和实施例9制得的抗180℃以上高温、防气窜、高密度的固井水泥浆的检测性能表
实施例8和实施例9制得的固井水泥浆的实验结果见表5和图4所示。
表5实施例8和实施例9制得的抗180℃以上高温、防气窜、高密度的固井水泥浆的检测性能表
检测项目 实验条件 检测结果 行业标准
密度，g/cm3 2.3 2.28～2.32
初始稠度，Bc OWC-9380 29 ＜30
40Bc～100Bc的时间，min 1 ＜10
稠化时间，min 200℃×130MPa 471 ＞300
抗压强度，MPa 220℃×20.7MPa×72h 25 ＞20
失水量，mL/30min 200℃×6.9MPa 42 ＜100
游离液，mL 90℃×2h 1 ＜5
沉降稳定性，g/cm3 2h 0.01 ＜0.02
通过上述四项检测实验例，可以得出本发明固井水泥浆的抗高温达180℃以上，防气窜性能强，密度高且密度调节范围为2.0～2.3g/cm3；此外，本发明固井水泥浆具有稠化时间可调、流动性好、失水量小的特点。可见，本发明的固井水泥浆能够完全满足现场注水泥施工要求，具有优异的“直角稠化”性能，SPN＜3，同时，在180℃高温条件下具有较好的稳定性，能够有效地防止高温环境下的外加剂失效而导致浆体稳定差的技术问题。
以上各实施例仅用以说明本发明，而非对其限制；尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：本发明依然可以对上述各实施例中的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种抗高温、防气窜、高密度固井水泥浆，其特征在于，所述固井水泥浆的原料组分按如下重量配比计算：
油井水泥 100份，
加重剂 80～120份，
硅石粉 30～35份，
微硅粉 3～6份，
悬浮稳定剂 2～4份，
高温降失水剂 6～10份，
高温缓凝剂 6～10份，
分散剂 1～2份，
防气窜剂 3～5份，
消泡剂 1～2份，
水 55～65份。
2.根据权利要求1所述抗高温、防气窜、高密度固井水泥浆，其特征在于，所述油井水泥为三峡G级油井水泥；所述加重剂为铁矿粉，其密度为6.0g/cm3。
3.根据权利要求1所述抗高温、防气窜、高密度固井水泥浆，其特征在于，所述硅石粉为150目的无定型二氧化硅，其纯度大于95%；所述微硅粉为火山灰物质，其比表面积为20～28m2/g。
4.根据权利要求1所述抗高温、防气窜、高密度固井水泥浆，其特征在于，所述高温降失水剂为高分子聚合物；所述高温缓凝剂为木质素无机盐。
5.根据权利要求1所述抗高温、防气窜、高密度固井水泥浆，其特征在于，所述分散剂为磺化丙酮-甲醛聚合物；所述稳定剂为聚酯纤维；所述消泡剂为聚合物。
6.根据权利要求1所述抗高温、防气窜、高密度固井水泥浆，其特征在于，所述防气窜剂为表面经处理的膨胀材料。
7.根据权利要求1至6任一项所述抗高温、防气窜、高密度固井水泥浆，其特征在于，所述固井水泥浆的抗高温达180℃以上；所述固井水泥浆的密度范围为2.0～2.3g/cm3。
8.一种权利要求1至6任一项所述抗高温、防气窜、高密度固井水泥浆的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括下列步骤：
步骤1. 将配方量的油井水泥、加重剂、硅石粉、微硅粉和悬浮稳定剂干混为干粉状混合物，混拌均匀；将配方量的高温降失水剂、高温缓凝剂、分散剂、防气窜剂和消泡剂溶于配方量的水中，形成混合溶液；
步骤2. 打开混合容器的盖子，将混合溶液放于混合容器中，使混合容器以4000±200转/分的速度进行转动搅拌，在15秒内将混拌均匀的干粉状混合物加入到混合容器中、并添加完毕；
步骤3. 关闭混合容器的盖子，使混合容器以12000±500转/分的速度进行转到搅拌，持续搅拌35秒，使混合容器内形成混拌均匀的水泥浆液，即得抗高温、防气窜、高密度的固井水泥浆。
9.根据权利要求8所述抗高温、防气窜、高密度固井水泥浆，其特征在于，所述固井水泥浆的抗高温达180℃以上；所述固井水泥浆的密度范围为2.0～2.3g/cm3。
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