CN107760287B - 一种稠油热采井固井用高温强度稳定剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高温稳定剂，属于一种稠油热采井固井水泥浆用外掺料，主要解决了现有硅砂稳定剂不能完全满足稠油热采井开采对水泥环强度要求及后期强度大幅度衰退的问题。高温稳定剂主要包括强度增强剂、增强辅助剂、活性激活剂，其质量百分比分别为：增强剂为74.75％，增强辅助剂为20.57％，活性激活剂为4.68％。本发明使固井水泥石具有较高的早期抗压强度，优良的抗“高温强度衰退”能力，能有效提高水泥环层间封隔能力和防止稠油热采井后期开采过程中油、气、水窜的发生，对改善稠油热采井固井质量，提高稠油资源开采，延长油井寿命具有极其重要的意义。

Description

一种稠油热采井固井用高温强度稳定剂
技术领域
本发明涉及了一种稠油热采井固井水泥浆用高温稳定剂，主要是一种适用于稠油热采井高温蒸汽吞吐或者蒸汽驱作业中提高水泥环抗高温衰退能力的水泥浆用外掺料。
背景技术
目前，热力采油是稠油开采及增产的有效手段，其中蒸汽吞吐及蒸汽驱因施工简单、见效快、可直接在生产井实施等优势，已经成为稠油商业性开采的主要方法。在稠油热采井开发温度高达300～350℃的条件下经常出现以下严重问题：(1)水泥环强度衰退以及水泥石渗透率的急剧增加，导致固井质量不佳，层间封隔失效；(2)固井质量不佳造成井口的跑、冒、滴、漏及注蒸汽过程中漏汽的问题以及后期的出水出砂问题。为了避免或减少上述问题的发生，稠油热采井固井水泥浆应具有低温下能够快速凝结，防止在候凝过程中发生环空窜流的特点；水泥石应具有优良的抗高温强度衰退性能，利于水泥环完整性的长期保持，满足稠油资源的正常开采和提高采收率的需要。
国内外学者通过大量实验证明，硅酸盐水泥中掺入含SiO2的外掺料，能够大大提高高温蒸气养护条件下水泥试件的强度，此种物质可调节水泥熟料钙硅比，通过增大加量可使钙硅比降低至1.0左右，利于形成一种高温稳定性物质雪硅钙石硅酸盐，从而使水泥石保持较高的强度。因此，国内外主要通过加入硅砂来提高固井水泥环的抗高温衰退性能，而常用的硅砂并不能使水泥石承受250～320℃蒸汽吞吐施工，现场施工数据证明30～40％的常用硅砂水泥石经300℃高温，20MPa养护72小时后抗压强度仅3～4MPa，不能经受后期增产措施的泵注和高压，因而常规硅砂不能使固井水泥石满足大多稠油热采井的固井开采要求。
本发明主要针对常规硅砂不能满足稠油热采的问题，研制出一种新型的抗高温强度稳定剂，其不但可使水泥石具有优秀的抗高温衰退能力，同时还能与水泥颗粒形成良好的颗粒级配，有效提高水泥石的致密性，对其强度发展及其微观结构发育具有明显的增强作用，能有效防止稠油热采井后期水泥环强度大幅衰退、层间封隔失效引发的油、气、水窜问题，对改善稠油热采井固井质量，提高稠油资源开采，延长油井寿命具有极其重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稠油热采井固井用强度稳定剂，主要是一种适用于稠油热采井高温蒸汽吞吐或者蒸汽驱作业中提高水泥环抗高温衰退能力的水泥浆用外掺料。针对现有常规硅砂水泥石耐高温能力差，后期强度大幅衰退、层间封隔失效引发油、气、水窜等问题，开发出一种新型抗高温稳定剂，旨在提高稠油热采井固井水泥石的抗高温衰退能力，保证稠油资源的顺利开发及高效开采。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
稠油热采井固井用强度稳定剂，其特征在于，主要成分如下：
增强剂为 74.27％
增强辅助剂为 20.96％
活性激活剂为 4.77％
其中增强辅助剂的主要成分如下：
微硅为 90％
玻璃质岩石粉末为 10％
增强剂由50％通过200目筛网，30％通过180目且不通过200目筛网，20％通过160目且不通过180目筛网的不同粒径形成粒径尺寸分布梯度，与水泥熟料具有良好的颗粒级配效应，球形度高，非晶态二氧化硅含量大于95％，利于水泥早期抗压强度发育及后期抗温衰退能力的提高。增强辅助剂的平均粒径为0.1μm，活性二氧化硅含量大于90％，与水泥熟料、增强剂可形成良好颗粒级配，促进水泥石抗压强度发育，同时具有增强浆体悬浮稳定性作用。活性激活剂是由氧化钙、氧化镁、氧化铝等复配而成，对强度增强剂、增强辅助剂具有碱性激活作用，进一步促进水泥石高温抗压强度发展。
本发明所具有特点
本发明强度稳定剂较现有稳定剂，主要有已下优势：
本发明所涉及的增强剂球形度高，具有“细-中-粗”的粒径分布梯度，与水泥具有良好的颗粒级配效果。
本发明所涉及的强度增强剂活性高，应用于水泥浆后可与水泥浆发生二次水化，利于提高水泥石早期强度及后期抑制水泥石强度的大幅衰退。
本发明所涉及的强度增强剂耐温性好，在320℃×40MPa条件下，养护3轮次(72h/次)水泥石强度仍保持在30MPa，衰退率仅为2.98％，具有优秀的抗高温衰退能力。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征以及有益成果有更清晰的理解认识，对本发明的技术方案进行以下详细的说。实例1为高温稳定剂所形成的抗高温水泥石强度耐温性测试结果，实例2为高温稳定剂所形成的抗高温水泥浆体综合性能。
实施例1
水泥浆配方：62.24％嘉华G级油井水泥+37.76％高温稳定剂+0.50％SWJZ-1+1.00％SWJ-1+0.20％SWH-1，水固比0.42
表1抗高温水泥浆抗压强度
由表1可知，抗高温水泥石经过常压养护72h后抗压强度为36.9MPa,经高压21MPa，高温280℃、320℃、350℃养护72h后其抗压强度分别为33.5MPa、33.90MPa、32.5MPa，衰退率依次为9.21％、10.57％、11.92％,说明水泥石在高温高压条件下具有较高强度及优秀的耐温性能,解决了常规硅砂水泥石高温条件下强度大幅衰减问题，满足稠油热采井固井施工要求。
实施例2
表2抗高温水泥浆综合性能
由表2可知，抗高温蒸汽吞吐水泥浆体系中强度增强剂与外加剂SWJZ-1、SWJ-1、SWH-1具有很好的配伍性能，水泥浆流变性好、滤失量低、稠化时间可调，抗高温水泥浆满足现场施工的要求。
综上所述，本发明并不简单局限于上述实例所讲，通过与其他固井水泥浆外加剂复配使用，形成综合性能良好的抗高温水泥浆体系，本发明具有普遍实用性。

Claims (2)

1.稠油热采井固井用高温强度稳定剂，其特征在于，该稳定剂由强度增强剂、增强辅助剂、活性激活剂三部分组成，其质量百分比分别为：强度增强剂为74.27％，增强辅助剂为20.96％，活性激活剂为4.77％；强度增强剂颗粒形貌圆滑呈球形，非晶态二氧化硅含量大于95％，其粒径分布为50％通过200目筛网，30％通过180目且不通过200目筛网，20％通过160目且不通过180目筛网；增强辅助剂由90％微硅和10％玻璃质岩石粉末组成，活性二氧化硅含量大于90％，平均粒径为0.1μm；活性激活剂是由氧化钙、氧化镁、氧化铝复配而成的一种粉体，对强度增强剂、增强辅助剂具有激活作用。
2.根据权利1的要求所述稠油热采井固井用高温强度稳定剂，其特征在，由高温强度稳定剂配置成的水泥浆体系，该水泥浆体系由硅酸盐水泥、高温强度稳定剂、分散剂SWJZ-1、降失水剂SWJ-1、缓凝剂SWH-1组成，其中质量分数分别为：60.17～64.47％为硅酸盐水泥，25.53～39.83％为高温强度稳定剂，分散剂SWJZ-1占水泥和稳定剂总量的0.50～1.00％，降失水剂SWJ-1占水泥和稳定剂总量的1.00～1.20％，缓凝剂SWH-1加量根据施工要求可调。
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