CN107586538A - 一种适合小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆体系 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适合小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆体系，包括以下组分，以重量份数计为：油井水泥计100份，水42.0‑46.0份，降摩减阻剂0.5‑1.5份，降失水剂1.0‑3.0份，缓凝剂0.5‑2.0份，消泡剂0.2‑0.5份，该水泥浆密度为1.86g/cm³‑1.90g/cm³。本发明小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆具有良好的降摩减阻能力，沉降稳定性能，可泵入性能、抗污染性能、稠化时间任意可调等，可有效减小小尺寸油管注水泥施工循环压耗，降低施工压力和施工安全风险，是一种适用于小尺寸油管注水泥作业的优质水泥浆体系。

Description

一种适合小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆体系

技术领域

本发明涉及非常规油气钻完井工程固井技术领域，更具体地说，涉及一种适合小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆体系。

背景技术

在非常规油气钻完井工程领域，随着勘探开发的深入，井下复杂情况愈发突出，小尺寸连续油管应用领域被逐渐扩展，素有”万能作业机”的美誉。例如页岩气井试气完成后因现场实际情况暂达不到试采条件，且为满足该平台后期钻井施工要求，需对该井进行连续油管注水泥临时封井作业。连续油管具有管道长、管径及管柱间隙小的特点，流体循环过程中产生的循环压耗是导致连续油管施工压力偏高的主要原因，故循环流体的润滑性能对连续油管注水泥安全施工至关重要。水泥浆为高固相颗粒混合液，摩阻系数大，小尺寸油管泵注过程中产生较大的压力损耗，导致施工泵压偏高，限制油管施工顶替排量，增大施工安全风险。为保证小尺寸油管注水泥塞施工的安全性和可持续性，优选流变性能好的低摩阻水泥浆体系，降低循环压耗对施工泵注压力的影响。

目前适合小尺寸油管使用的水泥浆体系很少，尚处于初期开发探索阶段，具有广阔的研究价值和应用前景。因此，研发出适合小尺寸油管注水泥作业用的低摩阻水泥浆体系尤为重要，减少循环压力损耗和施工作业时间，防止出现“插旗干”或“灌香肠”等恶性质量事故，降低施工压力和安全风险，以保证小尺寸油管注水泥施工质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种适合小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆体系，可以降低小尺寸油管泵注施工压力、提高施工安全性及保证注水泥施工质量。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种适合小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆体系，其包括油井水泥、水、降摩减阻剂、降失水剂、缓凝剂、消泡剂，其配比以油井水泥重量为基准计为：油井水泥计100份，水42.0-46.0份，降摩减阻剂0.5-1.5份，降失水剂1.0-3.0份，缓凝剂0.5-2.0份，消泡剂0.2-0.5份。

按上述方案，所述水泥浆密度为1.86g/cm³-1.90g/cm³。

按上述方案，所述降摩减阻剂为磺化丙酮苯甲醛缩聚物和十二烷基硫酸钠中的一种或两种按任意比例的混合物。磺化丙酮苯甲醛缩聚物由苯甲醛、丙酮和亚硫酸钠按照2-4:1:0.7-0.9的摩尔比进行反应得到磺化丙酮苯甲醛缩聚物，磺化度为2.0mmol/g-2.8mmol/g。常规的有机盐类或无机盐类降摩减阻剂均可以应用于本发明。

按上述方案，所述降失水剂为羧丙基甲基纤维素和聚丙烯酰胺中的一种或两种按任意比例的混合物。其中羧丙基甲基纤维素由碱纤维、环氧丙烷和氯甲烷按照2-3:1:0.5-0.8的摩尔比进行醚化反应而成。另外其它常规水泥降失水剂，例如聚乙烯醇或阴离子型聚合物降失水剂也可以应用于本发明。本发明的降失水剂可以市购得到，例如四川弘盛的产品代号为BS100L的降失水剂。

按上述方案，所述缓凝剂为葡萄糖酸钠和羧甲基纤维素钠中的一种或两种按任意比例的混合物。本发明的缓凝剂可以市购得到，例如四川弘盛的产品代号为BS200的缓凝剂。

按上述方案，所述消泡剂为聚乙烯醚和高级醇中的一种或两种按任意比例的混合物。本发明的消泡剂可以市购得到，例如四川弘盛的产品代号为BP-1A的消泡剂。

按上述方案，所述油井水泥为G级油井水泥，该水泥属于波特兰硅酸盐水泥，主要化学成分为铝酸三钙、铁铝酸四钙、硅酸三钙和硅酸二钙，要求比表面积不小于300m²/kg、平均粒径5um-15um，80um筛孔筛余不得超过10％。例如嘉华或三峡生产的G级油井水泥可以应用于本发明。

按上述方案，所述小尺寸油管为尺寸在2＂-2.375＂之间的油管，钢级在90以上，可以为连续油管也可以为不连续油管。

本发明所述适合小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆的制备方法：在室温条件下，在浆杯中按照水、降摩减阻剂、降失水剂、缓凝剂、消泡剂的顺序依次添加形成配浆药品水，每加完一种添加剂，均需要搅拌均匀再添加下一种添加剂；在低速搅拌条件下，将油井水泥在10-15s内加入药品水中搅拌混合均匀，搅拌的速度为3000-4000RPM；再高速搅拌30-35s，搅拌速度为10000-12000RPM。

与现有技术相比，本发明所述小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆具有如下优点：

(1)低摩阻高性能水泥浆体系流性指数为0.94，稠度系数为0.14Pa.sⁿ，相对于常规水泥浆体系流变性能显著提高，有效降低泵注循环压耗，能较好满足小尺寸油管安全施工要求；

(2)自由水为0，具有良好的沉降稳定性，保证能形成连续均匀水泥石；

(3)稠化时间在90-350min内任意可调，重复性误差在10分钟以内，稠化性能稳定，可很好满足注水泥安全施工要求；

(4)在24h/75℃条件下，体积收缩膨胀率为-1.0～+1.0％，保证水泥石对井筒的密封效果；

(5)在48h/75℃条件下水浴养护，抗压强度可达18.5MPa，可以快速形成高强度水泥石，保证水泥石对井筒的长久封固效果。

本发明所述小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆体系具有流变性好、摩阻低、滤失量低，强度高、体积收缩小、稠化时间任意可调、稠化性能稳定、配方组成及现场施工简单等特性，能够满足小管径、微环隙的小尺寸油管注水泥技术要求。

附图说明

图1是低摩阻高性能水泥浆稠化曲线图(稠化时间245min)。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

一种适合小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆体系，按照水泥浆密度1.88g/cm³进行配制，其包括嘉华G级油井水泥800g、水352mL、磺化丙酮苯甲醛缩聚物降摩减阻剂4mL，羧丙基甲基纤维素降失水剂12mL、葡萄糖酸钠缓凝剂8mL和聚乙烯醚消泡剂4mL。

上述适合小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆的制备方法：浆杯量取352mL水，在低速搅拌(1000r/min)的情况下，加入4mL磺化丙酮苯甲醛缩聚物，搅拌5s，然后加入12mL羧丙基甲基纤维素，搅拌5s；继而加入8mL葡萄糖酸钠，搅拌5s；再加入4mL聚乙烯醚，搅拌5s；混拌均匀后量取800g嘉华G级油井水泥，15s内加入浆杯内，搅拌速度4000r/min；再高速搅拌35s，搅拌速度12000r/min，得到适合小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆体系。

本实施例所配制的小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆性能如表1所示，各参数均是在室温下测定的，其中，抗压强度测试是配制完水泥浆后，水泥浆倒入50.4mm×50.4mm×50.4mm的模具内，在高温高压强度养护釜内21MPa×75℃条件下水浴养护48h后测定性能；流动度：水泥胶砂在流动桌上扩展的平均直径，是水泥胶砂流动性的一种量度；初始稠度：配制完成10min内水泥浆的稠度；稠化过渡时间：高温高压条件下，水泥浆稠度从40BC到100BC所需要的时间，反应水泥浆强度发展速度快慢；自由液：模拟井筒条件下水泥浆静置形成水泥浆自由液的量，反应水泥浆的沉降稳定性；失水量：在API规定条件下(6.9MPa，30min)，水泥浆滤失自由水的量；体积收缩膨胀率：水泥浆在胶凝硬化过程中体积膨胀或收缩量，反应水泥石对井筒的密封性能。

水泥浆性能测定方法按照以下石油行业标准进行执行：

1、油井水泥应用性能试验方法SY/T5546-1992(水泥浆制备、密度、稠化时间、游离水量、失水量、流变性能、抗压强度测定按照本标准执行)

2、油井水泥浆性能要求SY/T 6544-2003(水泥浆性能要求按照本标准执行)

表1水泥浆体系性能实验数据

实施例2

一种适合小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆体系，按照水泥浆密度1.88g/cm³进行配制，其包括嘉华G级油井水泥800g、水352mL、磺化丙酮苯甲醛缩聚物降摩减阻剂8mL，羧丙基甲基纤维素降失水剂16mL、葡萄糖酸钠缓凝剂8mL和聚乙烯醚消泡剂4mL。

上述适合小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆的制备方法：浆杯量取352mL水，在低速搅拌(1000r/min)的情况下，加入8mL磺化丙酮苯甲醛缩聚物，搅拌5s，然后加入16mL羧丙基甲基纤维素，搅拌5s；继而加入8mL葡萄糖酸钠，搅拌5s；再加入4mL聚乙烯醚，搅拌5s；混拌均匀后量取800g嘉华G级油井水泥，15s内加入浆杯内，搅拌速度4000r/min，再高速搅拌35s，搅拌速度12000r/min，得到适合小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆体系。本实施例所配制的小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆性能如表2所示，各参数均是在室温下测定的，其中，抗压强度测试是配制完水泥浆后，水泥浆倒入50.4mm×50.4mm×50.4mm的模具内，在高温高压强度养护釜内21MPa×75℃条件下水浴养护48h后测定性能；流动度：水泥胶砂在流动桌上扩展的平均直径，是水泥胶砂流动性的一种量度；初始稠度：配制完成10min内水泥浆的稠度；稠化过渡时间：高温高压条件下，水泥浆稠度从40BC到100BC所需要的时间，反应水泥浆强度发展速度快慢；自由液：模拟井筒条件下水泥浆静置形成水泥浆自由液的量，反应水泥浆的沉降稳定性；失水量：在API规定条件下(6.9MPa，30min)，水泥浆滤失自由水的量；体积收缩膨胀率：水泥浆在胶凝硬化过程中体积膨胀或收缩量，反应水泥石对井筒的密封性能。

水泥浆性能测定方法按照以下石油行业标准进行执行：

1、油井水泥应用性能试验方法SY/T 5546-1992(水泥浆制备、密度、稠化时间、游离水量、失水量、流变性能、抗压强度测定按照本标准执行)

2、油井水泥浆性能要求SY/T 6544-2003(水泥浆性能要求按照本标准执行)

表2水泥浆体系性能实验数据

实施例3

一种适合小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆体系，按照水泥浆密度1.88g/cm³进行配制体系，其包括嘉华G级油井水泥800g、水352mL、磺化丙酮苯甲醛缩聚物降摩减阻剂12mL，羧丙基甲基纤维素降失水剂12mL、葡萄糖酸钠缓凝剂8mL和聚乙烯醚消泡剂4mL。

上述适合小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆的制备方法：浆杯量取352mL水，在低速搅拌(1000r/min)的情况下，加入12mL磺化丙酮苯甲醛缩聚物，搅拌5s，然后加入12mL羧丙基甲基纤维素，搅拌5s；继而加入8mL葡萄糖酸钠，搅拌5s；再加入4mL聚乙烯醚，搅拌5s；混拌均匀后量取800g嘉华G级油井水泥，15s内加入浆杯内，搅拌速度4000r/min，再高速搅拌35s，搅拌速度12000r/min，得到小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆体系。

本实施例所配制的小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆性能如表3所示，各参数均是在室温下测定的，其中，抗压强度测试是配制完水泥浆后，水泥浆倒入50.4mm×50.4mm×50.4mm的模具内，在高温高压强度养护釜内21MPa×75℃条件下水浴养护48h后测定性能；流动度：水泥胶砂在流动桌上扩展的平均直径，是水泥胶砂流动性的一种量度；初始稠度：配制完成10min内水泥浆的稠度；稠化过渡时间：高温高压条件下，水泥浆稠度从40BC到100BC所需要的时间，反应水泥浆强度发展速度快慢；自由液：模拟井筒条件下水泥浆静置形成水泥浆自由液的量，反应水泥浆的沉降稳定性；失水量：在API规定条件下(6.9MPa，30min)，水泥浆滤失自由水的量；体积收缩膨胀率：水泥浆在胶凝硬化过程中体积膨胀或收缩量，反应水泥石对井筒的密封性能。

水泥浆性能测定方法按照以下石油行业标准进行执行：

1、油井水泥应用性能试验方法SY/T 5546-1992(水泥浆制备、密度、稠化时间、游离水量、失水量、流变性能、抗压强度测定按照本标准执行)

2、油井水泥浆性能要求SY/T 6544-2003(水泥浆性能要求按照本标准执行)

表3水泥浆体系性能实验数据

由表1-3可知，本发明所述适合小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆具有流变性好、摩阻低、滤失量低，强度高、体积收缩小、稠化时间任意可调、稠化性能稳定等特性，有效降低泵注循环压耗，降低施工安全风险，能够满足小管径、微环隙的小尺寸油管注水泥技术要求。

本发明适合小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆具有初始稠度低、稠化过渡时间短的优良性能，其稠化曲线见图1。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种适合小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆体系，其特征在于，包括以下组分，以重量份数计为：油井水泥计100份，水42份-46份，降摩减阻剂0.5份-1.5份，降失水剂1份-3份，缓凝剂0份-2份，消泡剂0.2份-0.5份。

2.根据权利要求1所述适合小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆体系，其特征在于，所述水泥浆密度为1.86g/cm³-1.90g/cm³。

3.根据权利要求1所述适合小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆体系，其特征在于，所述降摩减阻剂为磺化丙酮苯甲醛缩聚物和十二烷基硫酸钠中的一种或两种按任意比例的混合物。

4.根据权利要求1所述适合小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆体系，其特征在于，所述磺化丙酮苯甲醛缩聚物为由苯甲醛、丙酮和亚硫酸钠按照2-4:1:0.7-0.9的摩尔比进行反应得到磺化丙酮苯甲醛缩聚物，其磺化度为2.0mmol/g-2.8mmol/g。

5.根据权利要求1所述适合小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆体系，其特征在于，所述降失水剂为羧丙基甲基纤维素和聚丙烯酰胺中的一种或两种按任意比例的混合物。

6.根据权利要求1所述适合小尺寸油管用低摩阻高性能水泥浆体系，其特征在于，所述羧丙基甲基纤维素为由活性碱纤维、环氧丙烷和氯甲烷按照2-3:1:0.5-0.8的摩尔比进行醚化反应得到的羧丙基甲基纤维素。