CN109943303B - 一种油井水泥无氯促凝早强剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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本发明涉及油井水泥外加剂技术领域，提供了一种油井水泥无氯促凝早强剂及其制备方法和应用。本发明提供的油井水泥无氯促凝早强剂包括以下质量份数的组分：水70～80份，无水硫酸铝5～10份，硫酸钠5～8份，乙二醇5～10份，三异丙醇胺2～5份。本发明提供的油井水泥无氯促凝早强剂不含氯离子，适用于耐高温水泥浆，在固井施工过程中，在低温下能够缩短耐高温水泥浆的稠化时间、提高耐高温水泥石的早期强度，且能够有效防止高温下耐高温水泥石的强度衰减。

Description

一种油井水泥无氯促凝早强剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及油井水泥外加剂技术领域，特别涉及一种油井水泥无氯促凝早强剂及其制备方法和应用。
背景技术
世界上已探明石油储量约一半为稠油，加拿大、美国以及委内瑞拉等国都进行了稠油热采。我国稠油资源也相当丰富，从20世纪70年代以来就致力于稠油开采技术的研究与实践。辽河、胜利、吐哈、克拉玛依等油田都已发现大量稠油油藏，产量接近各油田产能的10％～15％，其合理开发对上述油田稳产、增产具有重要意义。
辽河油田蕴藏着丰富的稠油，目前每年稠油产量约占全油区产量的70％左右。由于各油区稠油的油品有较大的差别，所以开发方式也有区别。在这些开采方式中，除普通稠油可以采用注水开采外，其他稠油都需要采用蒸汽吞吐和蒸汽驱等方式。热采井具有低温固井(22～45℃)与高温开采(高于270℃)的特点，高温开采促使固井时必须采用耐高温水泥浆，而低温固井时水泥浆中需添加速凝剂，但由于速凝剂中含有氯离子导致高温开采时水泥石强度衰退。因此，开发适用于耐高温水泥浆的无氯促凝早强剂，是稠油固井工艺的一个研究重点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种油井水泥无氯促凝早强剂及其制备方法和应用。本发明提供的促凝早强剂不含氯离子，对耐高温水泥具有低温速凝的作用，能够提高耐高温水泥的早期强度、且高温下耐高温水泥的强度不会衰退。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种油井水泥无氯促凝早强剂，包括以下质量份数的组分：
Figure BDA0002029031580000011
优选的，所述油井水泥无氯促凝早强剂包括以下质量份数的组分：
Figure BDA0002029031580000021
本发明提供了上述方案所述的油井水泥无氯促凝早强剂的制备方法，包括以下步骤：
将无水硫酸铝、硫酸钠、乙二醇和三异丙醇胺溶解于水中，得到油井水泥无氯促凝早强剂。
本发明提供了上述方案所述的油井水泥无氯促凝早强剂或上述方案所述方法制备的在耐高温水泥浆中的应用。
根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述油井水泥无氯促凝早强剂的添加量为所述耐高温水泥浆中水泥质量的0.5～2％。
本发明提供了一种油井水泥无氯促凝早强剂，包括以下质量份数的组分：水70～80份，无水硫酸铝5～10份，硫酸钠5～8份，乙二醇5～10份，三异丙醇胺2～5份。本发明提供的油井水泥无氯促凝早强剂不含氯离子，在固井施工过程中，在低温下能够缩短耐高温水泥浆的稠化时间、提高耐高温水泥石的早期强度，且能够有效防止高温下耐高温水泥石的强度衰减。实施例结果表明，低温条件下，本发明提供的油井水泥无氯促凝早强剂在添加量为0.5～2％时，可控制水泥浆稠化时间在100～220min，48h水泥石强度在8～15.1MPa，在350℃的高温条件下，水泥石强度基本没有衰退。
本发明提供了油井水泥无氯促凝早强剂的制备方法，本发明提供的制备方法操作简单，易于控制，可实现规模化生产。
具体实施方式
本发明提供了一种油井水泥无氯促凝早强剂，包括以下质量份数的组分：
Figure BDA0002029031580000022
Figure BDA0002029031580000031
以质量份数计，本发明提供的油井水泥无氯促凝早强剂包括水70～80份，优选为72～78份，更优选为75份。
以水的质量份数为基准，本发明提供的油井水泥无氯促凝早强剂包括无水硫酸铝5～10份，优选为6～8份，更优选为7份。
以水的质量份数为基准，本发明提供的油井水泥无氯促凝早强剂包括无硫酸钠5～8份，优选为6～7份。
以水的质量份数为基准，本法发明提供的油井水泥无氯促凝早强剂包括乙二醇5～10份，优选为6～8份，更优选为7份。
以水的质量份数为基准，本法发明提供的油井水泥无氯促凝早强剂包括三异丙醇胺2～5份，优选为3～4份。
本发明对所述水、无水硫酸铝、硫酸钠、乙二醇和三异丙醇胺的来源没有特别的要求，采用市售的相应产品即可。
本发明提供的油井水泥无氯促凝剂能够和水泥浆体系发生盐效应和同离子效应，还能够和水泥浆中金属离子形成复杂的络合物，加快水泥浆的水化反应进程，促使水泥水化产物更快的结晶析出，从而加速水泥浆的稠化和凝结过程；并且本发明提供的促凝早强剂不含氯离子，通过组分的选择和含量的控制，使本发明提供的促凝早强剂在低温下能够缩短耐高温水泥浆的稠化时间、提高耐高温水泥石的早期强度，且能够有效防止高温下耐高温水泥石的强度衰减；此外，本发明提供的促凝早强剂为液体，更容易和水泥浆混合均匀，且使用过程无粉尘污染。
本发明提供了以上技术方案所述的油井水泥无氯促凝早强剂的制备方法，包括以下步骤：
将无水硫酸铝、硫酸钠、乙二醇和三异丙醇胺溶解于水中，得到油井水泥无氯促凝早强剂。
本发明优选在搅拌的条件下进行溶解，所述搅拌的转速优选为100～200r/min，更优选为150r/min；本发明优选将无水硫酸铝、硫酸钠、乙二醇和三异丙醇胺依次加入水中进行溶解，每种物质完全溶解并搅拌均匀后，再加入下一种物质；在本发明的具体实施例中，每种物质加入后优选搅拌0.5～1h再加入下一种物质。
在本发明中，所述无水硫酸铝和硫酸钠的搅拌溶解过程中可以适当加热以促进溶解，所述加热的温度优选为40～60℃，更优选为50℃；所述乙二醇和三乙醇胺易挥发，在搅拌过程中应避免加热。
本发明提供的制备方法操作简单，易于控制，可实现规模化生产。
本发明提供了以上技术方案所述的油井水泥无氯促凝早强剂或以上技术方案所述方法制备的油井水泥无氯促凝早强剂在耐高温水泥浆中的应用。在本发明中，所述油井水泥无氯促凝早强剂的添加量优选为所述耐高温水泥浆中水泥质量的0.5～2％，更优选为1～1.5％。本发明提供的油井水泥无氯促凝早强剂在低温下能够缩短耐高温水泥浆的稠化时间、提高耐高温水泥的早期强度，且能够有效防止高温下耐高温水泥石的强度衰减。
本发明对所述耐高温水泥浆的组成成分没有特殊要求，本领域技术人员熟知的高温采井用耐高温水泥浆均可。在本发明的具体实施例中，所述耐高温水泥浆通常由基本油井水泥、水和外掺料组成；所述外掺料具体的如石英粉等；本发明提供的油井水泥无氯促凝早强剂还能够和降失水剂、分散剂等水泥外加剂复配使用，以满足高温采井要求。
下面结合实施例对本发明提供的油井水泥无氯促凝早强剂及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
油井水泥无氯促凝早强剂的组成成分为：水75g，无水硫酸铝6g，硫酸钠5g，乙二醇6g，三异丙醇胺2g；
将无水硫酸铝、硫酸钠、乙二醇和三异丙醇胺依次溶解于水中，混拌均匀，得到油井水泥无氯促凝早强剂。
性能检测
对实施例1得到的油井水泥无氯促凝早强剂分别进行低温条件和高温条件下的性能检测。
(一)低温(45℃)性能检测：
耐高温水泥浆体系由G级水泥、水、外掺料(石英砂)、降失水剂(市售)和分散剂(市售)组成，其中G级水泥、水、外掺料、降失水剂和分散剂的质量比为1:1.1:1.1:0.06:0.05。
测试不同添加量的油井水泥无氯促凝早强剂对耐高温水泥浆体系的作用效果。
(1)水泥浆制备
按GB/T19139-2012《油井水泥试验方法》第5章规定的方法进行。
(2)水泥浆稠化时间的测定
在试验温度为45℃的条件下，按GB/T19139-2012《油井水泥试验方法》第9章规定的方法进行。
(3)水泥石性能测试
在养护温度60℃、0.1MPa条件下，将掺有油井水泥无氯促凝早强剂的水泥浆分别养护24h和48h，测定水泥石抗压强度，试验方法按GB/T19139-2012《油井水泥试验方法》第7章规定进行。
低温条件下，不同添加量的油井水泥无氯促凝早强剂对耐高温水泥浆体系的作用效果见表1；
表1实施例1油井水泥无氯促凝早强剂对耐高温水泥浆体系的作用效果
Figure BDA0002029031580000051
Figure BDA0002029031580000061
由表1可以看出，随着促凝早强剂添加量的增加，耐高温水泥浆在45℃的稠化时间逐渐缩短，24h、48h水泥石强度逐渐提高，当添加量达到2％时，水泥浆稠化时间仅为100min，48h水泥石强度可达15.1MPa。与未添加促凝早强剂的水泥浆体系进行比较，掺有本发明促凝早强剂的水泥浆体系的稠化时间明显缩短，水泥石强度明显提高，表明本发明促凝早强剂在低温下对耐高温水泥浆体系有较好的速凝早强效果。
(二)高温(350℃)强度性能检测
耐高温水泥浆的组成成分和(一)中相同，向耐高温水泥中加入不同含量的实施例1制备的油井水泥无氯促凝早强剂，考虑现场作业条件，先将水泥浆在45℃条件下凝结，然后在21MPa，350℃高温水湿环境下养护24h和48h，测试水泥石抗压强度，试验方法按GB/T19139-2012《油井水泥试验方法》第7章规定进行。测试结果见表2。
表2添加实施例1油井水泥无氯促凝早强剂后耐高温水泥浆体系高温强度检测
Figure BDA0002029031580000062
由表2数据可以看出，在高温条件下，水泥石的抗压强度和表1中的抗压强度相比，基本没有下降，说明本发明的无氯促凝早强剂能够有效防止高温下耐高温水泥石的强度衰减。
实施例2
油井水泥无氯促凝早强剂的组成成分为：水80g，无水硫酸铝7g，硫酸钠7g，乙二醇8g，三异丙醇胺5g；
将无水硫酸铝、硫酸钠、乙二醇和三异丙醇胺依次溶解于水中，混拌均匀，得到油井水泥无氯促凝早强剂。
按照实施例1中的方法对所得油井水泥无氯促凝早强剂进行低温条件性能检测，所得结果如表3所示；
表3实施例2油井水泥无氯促凝早强剂对耐高温水泥浆体系的作用效果
Figure BDA0002029031580000071
按照实施例1中的方法对所得油井水泥无氯促凝早强剂进行高温(350℃)性能检测，所得结果如表4所示；
表4添加实施例2油井水泥无氯促凝早强剂后耐高温水泥浆体系高温强度检测
Figure BDA0002029031580000072
根据表3～4中的数据可以看出，随着促凝早强剂添加量的增加，耐高温水泥浆在45℃的稠化时间逐渐缩短，24h、48h水泥石强度逐渐提高，与未添加促凝早强剂的水泥浆体系进行比较，掺有本发明促凝早强剂的水泥浆体系的稠化时间明显缩短，水泥石强度明显提高；并且在高温条件下水泥石的抗压强度基本没有下降，说明本发明的无氯促凝早强剂能够有效防止高温下耐高温水泥石的强度衰减。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种油井水泥无氯促凝早强剂，其特征在于，由以下质量份数的组分组成：
Figure FDA0002904852850000011
2.根据权利要求1所述的油井水泥无氯促凝早强剂，其特征在于，由以下质量份数的组分组成：
Figure FDA0002904852850000012
3.权利要求1或2所述的油井水泥无氯促凝早强剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将无水硫酸铝、硫酸钠、乙二醇和三异丙醇胺溶解于水中，得到油井水泥无氯促凝早强剂。
4.权利要求1～2所述油井水泥无氯促凝早强剂或3所述方法制备的油井水泥无氯促凝早强剂在耐高温水泥浆中的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述油井水泥无氯促凝早强剂的添加量为所述耐高温水泥浆中水泥质量的0.5～2％。
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