CN108947344A - 油气井固井用防h2s气体腐蚀水泥浆体系 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油气井固井用防H2S气体腐蚀水泥浆体系，由以下按照重量份数计的原料组成：水泥100份，硅粉或石英砂0～35.0份，防酸性介质腐蚀剂3.0～4.0份，防腐蚀助剂5.0～6.0份，分散剂1.0～2.0份，降滤失剂3.0～4.0份，缓凝剂0.5～3.0份，消泡剂0.2～0.3份，水39.0～52.0份。本发明提供的水泥浆具有良好的工程性能，水泥石在高温、高浓度H2S条件下具有良好的抗腐蚀性能，满足高H2S酸性气藏水泥石长期封固的要求，保证了水泥环密封完整性以及后期井口安全，为勘探开发提供有效的技术保障。
Description
技术领域
本发明涉及一种油气井固井用防H2S腐蚀水泥浆体系，属于石油钻井工程领域。
背景技术
我国大多数天然气藏均含有不同程度的H2S气体，在高温高浓度下H2S快速与油井水泥发生化学反应，降低固井水泥石的碱度，导致水泥石中胶结性组分减少，孔隙结构破坏，渗透率增大，抗压强度降低甚至完全丧失，水泥环失去封隔性能，造成封隔失效，易出现环空带压，发生井口气窜，影响到了井筒完整性，给油气井的安全生产带来严峻的挑战，同时H2S是剧毒气体，上窜至地面对周围生命、财产和环境会造成严重的危害。
在过去几十年里，国内外针对酸性气藏固井，加大了防腐蚀固井水泥浆体系的研究，取得了一定的成果，主要包括以硅酸盐水泥为主体材料的防腐技术和非硅酸盐水泥基防腐技术。硅酸盐水泥基防腐技术主要采用超细材料降低水泥石的渗透率；改变钙硅比降低水泥碱度，减少能与酸性气体发生化学反应的物质的量；掺入特殊的耐腐蚀材料在水泥石表面形成保护层。多种手段都起到了一定的防腐效果，在现场得到了成功应用。但是仍存在不足，其长期防腐蚀性能不理想，未根本解决。
非硅酸盐水泥基体系形成的硬化体具有更强的耐酸腐蚀性能，防腐蚀效果明显好于硅酸盐水泥，比如高铝-磷酸盐水泥体系和特征树脂防腐材料。但不足是：高铝-磷酸盐水泥浆对硅酸盐水泥敏感，混入少量的硅酸盐水泥后会导致稠化时间大大缩短，易引起固井事故，现场应用时需要将固井设备和管道进行彻底清洗，以防止残留的硅酸盐水泥浆污染该水泥浆体系，这大大增加了固井作业的风险和成本；特种树脂等非水泥基防腐材料防腐性能较好，但是浆体的综合性能调节困难，并且该体系在高含盐地层和高温条件下有机物质不稳定，甚至失去防腐蚀作用，因此多数情况下只适用于浅井，对于高温高压深井很难满足固井施工要求。
腐蚀问题会随着地层温度和酸性气体浓度的升高变得更加严重，尤其是10%以上浓度的H2S，水泥石封隔性能得不到有效保证。开发相应的防H2S气体腐蚀水泥浆很有必要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种油气井固井用防H2S气体腐蚀水泥浆体系。本发明提供的水泥浆具有良好的工程性能，水泥石在高温、高浓度H2S条件下具有良好的抗腐蚀性能，满足高H2S酸性气藏水泥石长期封固的要求，保证了水泥环密封完整性以及后期井口安全，为勘探开发提供有效的技术保障。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种油气井固井用防H2S气体腐蚀水泥浆体系，其特征在于：由以下按照重量份数计的原料组成：水泥100份，硅粉或石英砂0～35.0份，防酸性介质腐蚀剂3.0～4.0份，防腐蚀助剂5.0～6.0份，分散剂1.0～2.0份，降滤失剂3.0～4.0份，缓凝剂0.5～3.0份，消泡剂0.2～0.3份，水39.0～52.0份。
所述防酸性介质腐蚀剂为可分散丁苯胶乳粉和氧化镁按质量比5:1混合而成。
所述防腐蚀助剂为超细微硅粉，粒径为1～20um，D(0.5)<10um，SiO2的质量百分含量大于95%。
所述分散剂为甲醛和丙酮缩合物CH2OHCH2COCH3按任意配比的混合。
所述降滤失剂为AMPS类聚合物油井水泥降滤失剂。
所述缓凝剂为有机膦酸盐或AMPS类聚合物油井水泥缓凝剂中的一种。
所述消泡剂为有机硅氧烷或聚氧丙烯聚醚改性硅中的一种。
采用本发明的优点在于：
一、本发明适用于全国范围内高温高压高含H2S油气井固井作业，有效保障水泥环长期密封完整性和防治油气窜的发生，提供的水泥浆具有良好的工程性能，密度1.90g/cm3，抗温130℃，流变性和稳定性良好，API滤失量小于50ml，稠化时间易于调节，水泥石1d抗压强度达到20MPa以上，水泥浆性能系数SPN小于2。
二、本发明防酸性介质腐蚀剂主要成分丁苯胶乳粉，防腐蚀助剂为一种超细微硅粉，充分利用超细材料紧密堆积和聚合物成膜作用，使水泥石具有更低的渗透率、更高的密实度和更细的孔径分布，从而阻止酸性气体的侵入，达到防腐蚀的目的。在80～130℃、20%浓度H2S气体中腐蚀28d后抗压强度降低率小于15%，且腐蚀后强度大于14MPa；腐蚀后渗透率小于0.01mD，腐蚀深度小于10mm，水泥石仍完整致密，具有高抗压强度、低渗透率和高抗H2S腐蚀的性能，能够有效保障水泥环的长期密封完整性以及后期井口安全。
三、随着越来越多的酸性油气井开发，普通水泥石已经无法保证固井水泥环在H2S介质环境下的长期密封性能，经常出现油气井“环空带压”的现象，迫切需要防H2S气体腐蚀水泥浆体系，本发明具有良好的工程性能，水泥石在高温、高浓度H2S条件下具有良好的抗腐蚀性能，满足高H2S酸性气藏水泥石长期封固的要求，保证了水泥环密封完整性以及后期井口安全，为勘探开发提供有效的技术保障，应用前景非常好。
具体实施方式
实施例1
称取800gG级油井水泥，40g防腐蚀助剂，24g防酸性介质腐蚀剂，8g分散剂，32g降滤失剂，4.8g缓凝剂，1.6g消泡剂，313.6g自来水。先将防腐蚀助剂、防酸性介质腐蚀剂和分散剂与水泥干混均匀，再将降滤失剂、缓凝剂和消泡剂加入自来水中混合均匀，按GB/T19139-2012标准制备成水泥浆。
实施例2
称取600gG级油井水泥，200g硅粉，33g防腐蚀助剂，24g防酸性介质腐蚀剂，8g分散剂，24g降滤失剂，18g缓凝剂，1.6g消泡剂，308.4g自来水。先将防腐蚀助剂、防酸性介质腐蚀剂和分散剂与水泥干混均匀，再将降滤失剂、缓凝剂和消泡剂加入自来水中混合均匀，按GB/T19139-2012标准制备成水泥浆。
实验方法：按GB/T19139-2012标准制备水泥浆，评价密度，稳定性，流变性，稠化时间，滤失量，抗压强度和渗透率等性能。
水泥浆性能性能SPN测定：
式中，t100Bc—水泥浆稠度为100 Bc的时间，min；t30Bc—水泥浆稠度为30Bc的时间，min；FLAPI—水泥浆30min失水量，ml。
水泥浆腐蚀评价方法的测定：按GB/T19139-2012标准制备水泥浆，然后将配制好的水泥浆倒入Φ25mm×50mm的圆柱体钢制模具中，置于增压养护釜中养护，压力21MPa。2d后取出，部分脱模测试水泥石的抗压强度和渗透率，其它试块不脱模编号放入自制的高温高压腐蚀反应釜进行腐蚀养护，以H2S气体为介质，调节分压为2MPa，通入N2至总压为10MPa，养护28d后泄压脱模，测试试块的抗压强度、渗透率和腐蚀深度。
表1 防H2S气体腐蚀水泥浆体系工程性能测试结果（80℃）
表2 防H2S气体腐蚀水泥浆体系抗腐蚀性能测试结果（80℃）
从表1、表2中可以看出，80℃条件下，该防H2S气体腐蚀水泥浆具有良好的工程性能，流变和稳定性良好，API滤失量小于50ml，稠化时间易于调节，水泥石1d抗压强度20MPa以上，水泥浆性能系数SPN小于2，具有良好的防窜性能；20%浓度H2S腐蚀28d后抗压强度较腐蚀前有所增加，腐蚀后渗透率达到0.01mD，腐蚀深度小于5mm，水泥石主体结构完整，抗H2S腐蚀效果明显。
表3 防H2S气体腐蚀水泥浆体系工程性能测试结果（130℃）
表4 防H2S气体腐蚀水泥浆体系抗腐蚀性能测试结果（130℃）
从表3、表4中可以看出，130℃条件下，该防H2S气体腐蚀水泥浆具有良好的工程性能，流变和稳定性良好，API滤失量小于50ml，稠化时间易于调节，水泥石1d抗压强度20MPa以上，水泥浆性能系数SPN小于2，具有良好的防窜性能；20%浓度H2S腐蚀28d后抗压强度降低率在10%左右；腐蚀后渗透率达到0.01mD，腐蚀深度小于6mm，水泥石仍致密完整，抗H2S腐蚀性能良好。
实施例3
一种油气井固井用防H2S气体腐蚀水泥浆体系，由以下按照重量份数计的原料组成：水泥100份，硅粉或石英砂0～35.0份，防酸性介质腐蚀剂3.0～4.0份，防腐蚀助剂5.0～6.0份，分散剂1.0～2.0份，降滤失剂3.0～4.0份，缓凝剂0.5～3.0份，消泡剂0.2～0.3份，水39.0～52.0份。
所述防酸性介质腐蚀剂为可分散丁苯胶乳粉和氧化镁按质量比5:1混合而成。
所述防腐蚀助剂为超细微硅粉，粒径为1～20um，D(0.5)<10um，SiO2的质量百分含量大于95%。
所述分散剂为甲醛和丙酮缩合物CH2OHCH2COCH3按任意配比的混合。
所述降滤失剂为AMPS类聚合物油井水泥降滤失剂。
所述缓凝剂为有机膦酸盐或AMPS类聚合物油井水泥缓凝剂中的一种。
所述消泡剂为有机硅氧烷或聚氧丙烯聚醚改性硅中的一种。
Claims (7)
1.一种油气井固井用防H2S气体腐蚀水泥浆体系，其特征在于：由以下按照重量份数计的原料组成：水泥100份，硅粉或石英砂0～35.0份，防酸性介质腐蚀剂3.0～4.0份，防腐蚀助剂5.0～6.0份，分散剂1.0～2.0份，降滤失剂3.0～4.0份，缓凝剂0.5～3.0份，消泡剂0.2～0.3份，水39.0～52.0份。
2.根据权利要求1所述的油气井固井用防H2S气体腐蚀水泥浆体系，其特征在于：所述防酸性介质腐蚀剂为可分散丁苯胶乳粉和氧化镁按质量比5:1混合而成。
3.根据权利要求2所述的油气井固井用防H2S气体腐蚀水泥浆体系，其特征在于：所述防腐蚀助剂为超细微硅粉，粒径为1～20um，D(0.5)<10um，SiO2的质量百分含量大于95%。
4.根据权利要求3所述的油气井固井用防H2S气体腐蚀水泥浆体系，其特征在于：所述分散剂为甲醛和丙酮缩合物CH2OHCH2COCH3按任意配比的混合。
5.根据权利要求4所述的油气井固井用防H2S气体腐蚀水泥浆体系，其特征在于：所述降滤失剂为AMPS类聚合物油井水泥降滤失剂。
6.根据权利要求5所述的油气井固井用防H2S气体腐蚀水泥浆体系，其特征在于：所述缓凝剂为有机膦酸盐或AMPS类聚合物油井水泥缓凝剂中的一种。
7.根据权利要求6所述的油气井固井用防H2S气体腐蚀水泥浆体系，其特征在于：所述消泡剂为有机硅氧烷或聚氧丙烯聚醚改性硅中的一种。
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