CN109095822A - 一种低密度防漏水泥组合物、低密度防漏水泥浆及其制备方法 - Google Patents

一种低密度防漏水泥组合物、低密度防漏水泥浆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低密度防漏水泥组合物、低密度防漏水泥浆及其制备方法，属于石油钻井技术固井领域。低密度防漏水泥组合物包括以下重量份的组分：G级油井水泥100份，减轻剂35～40份，微硅8～12份，降失水剂3～5份，PZW‑A低密度油井水泥增强材料15～20份，增韧剂1～2份，悬浮剂1～2份，早强剂1～2份，消泡剂0.1～0.2份。本发明的低密度防漏水泥组合物，能够减小水泥浆的密度，改善水泥浆的沉降稳定性，提高低密度水泥石的抗压强度，降低了水泥石的渗透率，满足固井施工要求，还可以减小固井环空液柱压力，降低或避免固井过程漏失风险，提高固井质量并有效的保护套管。

Description

一种低密度防漏水泥组合物、低密度防漏水泥浆及其制备 方法
技术领域
本发明涉及石油钻井技术固井领域，尤其是涉及一种低密度防漏水泥组合物、低密度防漏水泥浆及其制备方法。
背景技术
近年来国内油气田漏失井固井数量一直呈增加趋势。漏失井固井作业中的水泥浆低返是各油气田尚未很好解决的技术难题，因而严重地制约了油气田的勘探开发。河南油田西部春光油田塔西河组存在高压水层，为避免套管腐蚀，固井时要求水泥浆返至地面。该区部分区块地层承压能力低，石炭系存在裂缝及断层，钻井和固井过程中易发生漏失，导致水泥浆低返，不能有效的封固高压水层甚至造成固井质量不合格。为了解决固井漏失问题，春光油田一般采用两种方法，一种方法是采用正注反挤工艺(全井段封固率只有10％左右，达不到保护上部套管的目的)；一种方法是双密度固井(低密度水泥浆密度先后降低至1.55g/cm3、1.50g/cm3)，仍不能完全满足固井防漏需要，更低密度水泥浆体系则没有进行过系统研究。春光油田年平均地表温度为19℃左右(3-11月)，地温梯度低(2.8℃/100m左右)，低密度水泥浆体系在低温下水泥石强度发展慢，水泥石抗压强度低，难以保证固井施工要求，另外，低密度水泥浆体系存在稳定性差、稠化时间过长等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种低密度防漏水泥组合物，能够提高低密度水泥石的抗压强度，降低水泥石的渗透率，降低或避免固井过程漏失风险，提高固井质量并有效地保护套管。
本发明还提供了一种低密度防漏水泥浆及其制备方法。
为了实现以上目的，本发明的低密度防漏水泥组合物所采用的技术方案是：
一种低密度防漏水泥组合物，包括以下重量份的组分：G级油井水泥100份，减轻剂35～40份，微硅8～12份，降失水剂3～5份，增强剂15～20份，增韧剂1～2份，悬浮剂1～2份，早强剂1～2份，消泡剂0.1～0.2份；所述增强剂为PZW-A低密度油井水泥增强材料。
本发明的低密度防漏水泥组合物，能够减小水泥浆的密度；同时利用各组分之间的颗粒级配和紧密堆积原理，使小颗粒填充在大颗粒空隙间形成悬浮结构从而改善水泥浆的沉降稳定性，提高低密度水泥石的抗压强度，降低了水泥石的渗透率，满足固井施工要求，还可以减小固井环空液柱压力，降低或避免固井过程漏失风险，提高固井质量并有效的保护套管。本发明的低密度防漏水泥组合物主要用于易漏地层固井。
上述低密度防漏增韧水泥组合物的组成中：降失水剂的重量份优选为3～4份；增强剂的重量份优选为15～18份；消泡剂优选为0.1份。
优选的，所述G级油井水泥为G级高抗硫酸盐油井水泥。所述G级高抗硫酸盐油井水泥为四川嘉华企业(集团)股份有限公司生产。
采用减轻剂可以降低水泥浆的密度。优选的，所述减轻剂为漂珠。所述漂珠为主要成分是二氧化硅、三氧化二铁及三氧化二铝的空心微球。
微硅是铁合金在冶炼硅铁和工业硅(金属硅)时的副产物，细度小于1μm的占80％以上，平均粒径为0.1～0.3μm，可与水泥的水化产物氢氧化钙发生反应生成低碱度的含水硅酸钙水化物。优选的，所述微硅的平均粒径为0.1～0.3μm。
优选的，所述降失水剂为聚合物降失水剂。所述降失水剂为CG610S-P降失水剂或G33S油井水泥抗高温抗盐降失水剂中的一种。降失水剂能够降低水泥滤失量。所述G33S油井水泥抗高温抗盐降失水剂为卫辉市化工有限公司生产。所述CG610S-P降失水剂为天津科力奥尔工程材料技术有限公司生产。
优选的，所述早强剂为G203油井水泥早强剂。早强剂用于提高水泥石的早期抗压强度。所述G203油井水泥早强剂为卫辉市化工有限公司生产。
PZW-A低密度油井水泥增强材料可以填充于水泥与减轻剂之间空隙，使细微颗粒之间形成均匀致密的网架结构，提高水泥石的致密性和强度。所述PZW-A低密度油井水泥增强材料为中国石油海洋工程公司生产。
增韧剂可以提高水泥石的韧性。优选的，所述的增韧剂是F27A油井水泥防漏增韧剂。所述F27A油井水泥防漏增韧剂为山东金诚石化集团有限公司生产。
悬浮剂可改善水泥浆的沉降稳定性，提高水泥石的抗压强度及抗渗能力。优选的，所述的悬浮剂是WH-2加重隔离剂。所述WH-2加重隔离剂为卫辉市化工有限公司生产。
消泡剂可以控制水泥浆配制过程产生的泡沫。优选的，所述的消泡剂是XP-Ⅰ油井水泥消泡剂或G603消泡剂中的任意一种或组合。所述XP-Ⅰ油井水泥消泡剂为卫辉市化工有限公司生产。所述G603消泡剂为中国石油海洋工程公司生产。
优选的，一种低密度防漏水泥组合物，包括以下重量份的组分：G级油井水泥100份，减轻剂40份，微硅10份，降失水剂4份，增强剂18份，增韧剂1.5份，悬浮剂1份，早强剂1份，消泡剂0.1份；所述增强剂为PZW-A低密度油井水泥增强材料。
本发明的技术方案还在于：一种低密度防漏水泥浆，包括以下重量份的组分：G级油井水泥100份，水116～120份，减轻剂35～40份，微硅8～12份，降失水剂3～5份，增强剂15～20份，增韧剂1～2份，悬浮剂1～2份，早强剂1～2份，消泡剂0.1～0.2份；所述增强剂为PZW-A低密度油井水泥增强材料。
本发明的低密度防漏水泥浆，密度为1.35g/cm3～1.40g/cm3，水泥浆稠化时间可调，45℃×24h抗压强度大于7MPa，沉降稳定性好，水泥石上下密度差≤0.03g/cm3，满足固井施工要求。该低密度水泥浆利用颗粒级配及紧密堆积原理，利用G级油井水泥、漂珠、增强剂、微硅等外掺料之间的颗粒级配和紧密堆积原理，使小颗粒填充在大颗粒孔隙之间形成悬浮结构，从而改善水泥浆的沉降稳定性，提高低密度水泥石的抗压强度，降低了水泥石的渗透率，满足固井施工要求。低密度水泥浆可减小固井环空液柱压力，降低或避免固井过程漏失风险，提高固井质量并有效的保护套管。本发明的低密度防漏水泥浆体系主要用于易漏地层固井。
上述低密度防漏增韧水泥浆的组成中：降失水剂的重量份优选为3～4份；增强剂的重量份优选为15～18份；消泡剂的重量份优选为0.1份。
优选的，一种低密度防漏水泥浆，包括以下重量份的组分：G级油井水泥100份，水120份，减轻剂40份，微硅10份，降失水剂4份，增强剂18份，增韧剂1.5份，悬浮剂1份，早强剂1份，消泡剂0.1份；所述增强剂为PZW-A低密度油井水泥增强材料。
优选的，所述G级油井水泥为G级高抗硫酸盐油井水泥。优选的，所述减轻剂为漂珠。所述漂珠为主要成分是二氧化硅、三氧化二铁及三氧化二铝的空心微球。
优选的，所述微硅的平均粒径为0.1～0.3μm。
优选的，所述降失水剂为聚合物降失水剂。所述聚合物降失水剂为CG610S-P降失水剂或G33S油井水泥抗高温抗盐降失水剂中的一种。
优选的，所述早强剂为G203油井水泥早强剂。
优选的，所述增强剂为PZW-A低密度油井水泥增强材料。
优选的，所述的增韧剂是F27A油井水泥防漏增韧剂。
优选的，所述的悬浮剂是WH-2加重隔离剂。
优选的，所述的消泡剂是XP-Ⅰ油井水泥消泡剂或G603消泡剂中的任意一种或组合。
本发明的低密度防漏水泥浆的制备方法所采用的技术方案为：
一种上述的低密度防漏水泥浆的制备方法，包括以下步骤：
1)制备混合料
A)取配方量的G级油井水泥、减轻剂、微硅、降失水剂、增强剂、增韧剂和悬浮剂混合均匀，得混合料A；
B)取配方量的早强剂、消泡剂和水，将早强剂和消泡剂加入水中，混合均匀，得混合料B；
2)将步骤1)所得的混合料A和混合料B混合均匀，即得。
本发明的低密度防漏水泥浆的制备方法，工艺简单，操作简便，制得的水泥浆的性能更稳定，使用时可以边将混合物A加入混合物B混合均匀，边注入井内。
优选的，步骤1)中，所述G级油井水泥为G级高抗硫酸盐油井水泥。
所述减轻剂为漂珠。所述漂珠为主要成分是二氧化硅、三氧化二铁及三氧化二铝的空心微球。
所述降失水剂为CG610S-P或G33S油井水泥抗高温抗盐降失水剂中的一种。
所述增强剂为PZW-A低密度油井水泥增强材料。
所述的悬浮剂是WH-2加重隔离剂。
所述早强剂为G203油井水泥早强剂。
所述增韧剂为F27A油井水泥防漏增韧剂。
所述的消泡剂是XP-Ⅰ油井水泥消泡剂或G603消泡剂中的任意一种或组合。
优选的，步骤1)A)中，所述混合为室温下干混3～5min。
优选的，步骤1)B)中的混合为室温下，在150～250r/min的转速下搅拌5～10min。
优选的，步骤2)中的混合为室温下，在2000～4000r/min的转速下搅拌60s。
优选的，步骤2)中，混合料A和混合料B混合是在15s内将混合料A加入混合料B中。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
具体实施方式中，所采用的G级高抗硫酸盐油井水泥由四川嘉华企业(集团)股份有限公司生产；所采用的减轻剂为漂珠，漂珠的主要成分为二氧化硅、三氧化二铁及三氧化二铝；所采用的微硅的平均粒径为0.1～0.3μm；所采用的早强剂为G203油井水泥早强剂(卫辉市化工有限公司生产)；所采用的增强剂为PZW-A低密度油井水泥增强材料(中国石油海洋工程公司生产)；所采用的悬浮剂为WH-2加重隔离剂(卫辉市化工有限公司生产)；所采用的增韧剂为F27A油井水泥防漏增韧剂(山东金诚石化集团有限公司生产)。
实施例1
本实施例的低密度防漏水泥组合物，由以下重量份的组分组成：G级高抗硫酸盐油井水泥100份，减轻剂40份，微硅10份，降失水剂4份，增强剂18份，增韧剂1.5份，悬浮剂1份，早强剂1份，消泡剂0.1份。
本实施例的低密度防漏水泥浆，由以下重量份的组分组成：G级高抗硫酸盐油井水泥100份，水120份，减轻剂40份，微硅10份，降失水剂4份，增强剂18份，增韧剂1.5份，悬浮剂1份，早强剂1份，消泡剂0.1份。
本实施例的降失水剂为G33S油井水泥降失水剂(卫辉市化工有限公司)；消泡剂为XP-Ⅰ油井水泥消泡剂(卫辉市化工有限公司生产)。
本实施例的低密度防漏水泥浆的制备方法，包括以下步骤：
1)制备混合料
A)取配方量的G级油井水泥、减轻剂、微硅、降失水剂、增强剂、增韧剂和悬浮剂放入干混器中，在室温下混拌3min，混合均匀，得混合料A；
B)取配方量的早强剂、消泡剂和水，将早强剂和消泡剂加入水中，在室温下以150r/min的转速搅拌5min，混合均匀，得混合料B；
2)将步骤1)B)所得的混合料B置于恒速搅拌器上，设定转速为2000r/min，将步骤1)A)所得的混合料A用15s的时间匀速加入混合料B中，搅拌60s，即得。
实施例2
本实施例的低密度防漏水泥组合物，由以下重量份的组分组成：G级高抗硫酸盐油井水泥100份，减轻剂38份，微硅12份，降失水剂4份，增强剂18份，增韧剂2份，悬浮剂1.5份，早强剂1.5份，消泡剂0.1份。
本实施例的低密度防漏水泥浆，由以下重量份的组分组成：G级高抗硫酸盐油井水泥100份，水119份，减轻剂38份，微硅12份，降失水剂4份，增强剂18份，增韧剂2份，悬浮剂1.5份，早强剂1.5份，消泡剂0.1份。
本实施例的降失水剂为G33S油井水泥降失水剂(卫辉市化工有限公司)；消泡剂为XP-Ⅰ油井水泥消泡剂(卫辉市化工有限公司生产)。
本实施例的低密度防漏水泥浆的制备方法，包括以下步骤：
1)制备混合料
A)取配方量的G级油井水泥、减轻剂、微硅、降失水剂、增强剂、增韧剂和悬浮剂放入干混器中，在室温下混拌5min，混合均匀，得混合料A；
B)取配方量的早强剂、消泡剂和水，将早强剂和消泡剂加入水中，在室温下以250r/min的转速搅拌10min，混合均匀，得混合料B；
2)将步骤1)B)所得的混合料B置于恒速搅拌器上，设定转速为4000r/min，将步骤1)A)所得的混合料A用5s的时间匀速加入混合料B中，搅拌60s，即得。
实施例3
本实施例的低密度防漏水泥组合物，由以下重量份的组分组成：G级高抗硫酸盐油井水泥100份，减轻剂37份，微硅11份，降失水剂3份，增强剂18份，增韧剂1份，悬浮剂2份，早强剂2份，消泡剂0.1份。
本实施例的低密度防漏水泥浆，由以下重量份的组分组成：G级高抗硫酸盐油井水泥100份，水118份，减轻剂37份，微硅11份，降失水剂3份，增强剂18份，增韧剂1份，悬浮剂2份，早强剂2份，消泡剂0.1份。
本实施例的降失水剂为CG610S-P降失水剂(天津科力奥尔工程材料技术有限公司)；消泡剂为XP-Ⅰ油井水泥消泡剂(卫辉市化工有限公司生产)。
本实施例的低密度防漏水泥浆的制备方法，包括以下步骤：
1)制备混合料
A)取配方量的G级油井水泥、减轻剂、微硅、降失水剂、增强剂、增韧剂和悬浮剂放入干混器中，在室温下混拌5min，混合均匀，得混合料A；
B)取配方量的早强剂、消泡剂和水，将早强剂和消泡剂加入水中，在室温下以250r/min的转速搅拌10min，混合均匀，得混合料B；
2)将步骤1)B)所得的混合料B置于恒速搅拌器上，设定转速为3000r/min，将步骤1)A)所得的混合料A用10s的时间匀速加入混合料B中，搅拌60s，即得。
实施例4
本实施例的低密度防漏水泥组合物，由以下重量份的组分组成：G级高抗硫酸盐油井水泥100份，减轻剂35份，微硅8份，降失水剂4份，增强剂15份，增韧剂1.5份，悬浮剂1份，早强剂1份，消泡剂0.1份。
本实施例的低密度防漏水泥浆，由以下重量份的组分组成：G级高抗硫酸盐油井水泥100份，水116份，减轻剂35份，微硅8份，降失水剂4份，增强剂15份，增韧剂1.5份，悬浮剂1份，早强剂1份，消泡剂0.1份。
本实施例的降失水剂为CG610S-P降失水剂(天津科力奥尔工程材料技术有限公司)；消泡剂为XP-Ⅰ油井水泥消泡剂(卫辉市化工有限公司生产)。
本实施例的低密度防漏水泥浆的制备方法，包括以下步骤：
1)制备混合料
A)取配方量的G级油井水泥、减轻剂、微硅、降失水剂、增强剂、增韧剂和悬浮剂放入干混器中，在室温下混拌5min，混合均匀，得混合料A；
B)取配方量的早强剂、消泡剂和水，将早强剂和消泡剂加入水中，在室温下以250r/min的转速搅拌10min，混合均匀，得混合料B；
2)将步骤1)B)所得的混合料B置于恒速搅拌器上，设定转速为3000r/min，将步骤1)A)所得的混合料A用15s的时间匀速加入混合料B中，搅拌60s，即得。
对比例1
本对比例的低密度水泥浆的组成同实施例1，制备时仅将实施例1的低密度水泥浆的制备方法中的步骤2)替换为：将步骤1)B)所得的混合料B置于恒速搅拌器上，设定转速为2000r/min，将步骤1)A)所得的混合料A用15s的时间匀速加入混合料B中，再调整转速为12000r/min搅拌45s，即得；其他步骤同实施例1。
对比例2
本对比例的低密度水泥浆的组成同实施例4，制备时，仅将实施例4的低密度水泥浆的制备方法中的步骤2)替换为：将步骤1)B)所得的混合料B置于恒速搅拌器上，设定转速为3000r/min，将步骤1)A)所得的混合料A用15s的时间匀速加入混合料B中，再调整转速为12000r/min搅拌45s，即得；其他步骤同实施例4。
实验例1
实施例1～4的低密度防漏水泥浆的各项性能指标测试：
测试标准方法：实验标准参照CB/T19139《油井水泥试验方法》、SY/T5546《油井水泥应用性能试验方法》、API RP 10B《油井水泥试验推荐做法》。测试结果见表1。
表1 实施例1～4的低密度防漏水泥浆的性能测试结果
由表1的性能测试结果可知，本发明得到的低密度防漏水泥浆在较低温度45℃条件下水浴养护24h强度均大于7MPa，且沉降稳定性好，失水量低，满足固井施工要求，施工性能良好。
实验例2
设计水泥浆的密度为1.35g/cm3，采用实施例1的方法制得的低密度水泥浆密度为1.36g/cm3；采用对比例1的方法制得的水泥浆的密度为1.42g/cm3。
设计水泥浆的密度为1.40g/cm3，采用实施例4的方法制得的低密度水泥浆密度为1.41g/cm3；对比例2的方法制得的水泥浆的密度为1.48g/cm3。
在采用漂珠作为减轻剂，在高速搅拌下容易破碎进水，使水泥浆密度增大且影响水泥浆的性能。

Claims (9)

1.一种低密度防漏水泥组合物，其特征在于：包括以下重量份的组分：G级油井水泥100份，减轻剂35～40份，微硅8～12份，降失水剂3～5份，增强剂15～20份，增韧剂1～2份，悬浮剂1～2份，早强剂1～2份，消泡剂0.1～0.2份；所述增强剂为PZW-A低密度油井水泥增强材料。
2.根据权利要求1所述的低密度防漏水泥组合物，其特征在于：所述减轻剂为漂珠。
3.根据权利要求1所述的低密度防漏水泥组合物，其特征在于：所述微硅的粒径为0.1～0.3μm。
4.一种低密度防漏水泥浆，其特征在于：包括以下重量份的组分：G级油井水泥100份，水116～120份，减轻剂35～40份，微硅8～12份，降失水剂3～5份，增强剂15～20份，增韧剂1～2份，悬浮剂1～2份，早强剂1～2份，消泡剂0.1～0.2份；所述增强剂为PZW-A低密度油井水泥增强材料。
5.根据权利要求4所述的低密度防漏水泥浆，其特征在于：包括以下重量份的组分：G级油井水泥100份，水120份，减轻剂40份，微硅10份，降失水剂4份，增强剂18份，增韧剂1.5份，悬浮剂1份，早强剂1份，消泡剂0.1份；所述增强剂为PZW-A低密度油井水泥增强材料。
6.一种如权利要求4或5所述的低密度防漏水泥浆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)制备混合料
A)取配方量的G级油井水泥、减轻剂、微硅、降失水剂、增强剂、增韧剂和悬浮剂混合均匀，得混合料A；
B)取配方量的早强剂、消泡剂和水，将早强剂和消泡剂加入水中，混合均匀，得混合料B；
2)将步骤1)所得的混合料A和混合料B混合均匀，即得。
7.根据权利要求6所述的低密度防漏水泥浆的制备方法，其特征在于：步骤1)B)中的混合为室温下，在150～250r/min的转速下搅拌5～10min。
8.根据权利要求6所述的低密度防漏水泥浆的制备方法，其特征在于：步骤2)中的混合为室温下，在2000～4000r/min的转速下搅拌60s。
9.根据权利要求6或8所述的低密度防漏水泥浆的制备方法，其特征在于：步骤2)中，混合料A和混合料B混合是在15s内将混合料A加入混合料B中。
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