CN109943304A - 一种油井水泥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促凝早强剂，包括以下质量份数的组分：聚合氯化铝15～20份；甲酸钙20～25份；硫酸钠30～40份；氯化钙20～30份；硅酸钙10～20份。本发明通过组分的选择和含量的控制，使油井水泥促凝早强剂具有低温速凝、早期强度高、高温下强度不衰退的特点。本发明提供了油井水泥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。本发明还提供了油井水泥促凝早强剂在漂珠类低密度水泥浆中的应用。

Description

一种油井水泥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。
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与高温开采的特点。
漂珠类低密度水泥浆体系是固井用水泥的一种，通常在井下出现漏失情况或者长封固段井时使用。漂珠类低密度水泥浆体系主要通过漂珠和适合的水灰比来降低水泥浆密度，再通过向水泥浆中添加增强材料来提高水泥石的强度和水泥浆稳定性。漂珠类低密度水泥浆在低温浅井条件下，需要向水泥浆中添加速凝剂，但添加现有的速凝剂稠化后，往往存在水泥早期强度低的问题，给稠油的高温开采带来困难。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种油井水泥促凝早强剂及其制备方法和应用。本发明提供的油井水泥促凝早强剂具有低温速凝、早期强度高、高温下强度不衰退的特点。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种油井水泥促凝早强剂，包括以下质量份数的组分：
优选地，所述的油井水泥促凝早强剂包括以下质量份数的组分：
本发明提供了以上技术方案所述的油井水泥促凝早强剂的制备方法，包括以下步骤：
将聚合氯化铝、甲酸钙、硫酸钠、氯化钙和硅酸钙混合，得到油井水泥促凝早强剂。
本发明提供了以上技术方案所述的油井水泥促凝早强剂或以上技术方案所述的制备方法制备的油井水泥促凝早强剂在漂珠类低密度水泥浆中的应用。
优选地，所述油井水泥促凝早强剂的添加量为所述漂珠类低密度水泥浆中水泥质量的0.5～2％。
本发明提供了一种油井水泥促凝早强剂，由包括以下质量份数的原料组成：聚合氯化铝15～20份；甲酸钙20～25份；硫酸钠30～40份；氯化钙20～30份；硅酸钙10～20份。本发明通过组分的选择和含量的控制，使提供的油井水泥促凝早强剂具有低温速凝、早期强度高、高温下强度不衰退的特点。实施例结果表明，低温条件下，本发明提供的油井水泥促凝早强剂在添加量为0.5～2％范围内使用，可控制水泥浆稠化时间在134～234min，48h水泥石强度在7.9～12.3MPa；高温条件下，48h水泥石强度在6.0～10.1MPa。
本发明提供了油井水泥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促凝早强剂，包括以下质量份数的组分：
以质量份数计，本发明提供的油井水泥促凝早强剂包括聚合氯化铝15～20份，优选为16～18份，更优选为17份。
以所述聚合氯化铝的质量份数为基准，本发明提供的油井水泥促凝早强剂包括甲酸钙20～25份，优选为22～23份，更优选为22.5份。
以所述聚合氯化铝的质量份数为基准，本发明提供的油井水泥促凝早强剂包括硫酸钠30～40份，优选为33～37份，更优选为35份。
以所述聚合氯化铝的质量份数为基准，本发明提供的油井水泥促凝早强剂包括氯化钙20～30份，优选为24～26份，更优选为25份。
以所述聚合氯化铝的质量份数为基准，本发明提供的油井水泥促凝早强剂包括硅酸钙10～20份，优选为15～18份，更优选为17份。
本发明对所述的聚合氯化铝、甲酸钙、硫酸钠、氯化钙和硅酸钙的来源没有特别的要求，采用市售的相应产品即可。
在本发明中，所述聚合氯化铝、甲酸钙、硫酸钠、氯化钙和硅酸钙可针对水泥浆体系中的组分起到激活物质水化的作用，从而加速水泥浆的稠化和凝结过程。
本发明通过组分的选择和含量的控制，使油井水泥促凝早强剂具有低温速凝、早期强度高、高温下强度不衰退的特点。
本发明提供了以上技术方案所述的油井水泥促凝早强剂的制备方法，包括以下步骤：
将聚合氯化铝、甲酸钙、硫酸钠、氯化钙和硅酸钙混合，得到油井水泥促凝早强剂。
本发明对所述聚合氯化铝、甲酸钙、硫酸钠、氯化钙和硅酸钙混合的方式和先后顺序没有特别的要求，能使各组分混合均匀即可。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促凝早强剂或以上技术方案所述的制备方法制备的油井水泥促凝早强剂在漂珠类低密度水泥浆中的应用。在本发明中，所述油井水泥促凝早强剂的添加量优选为所述漂珠类低密度水泥浆中水泥质量的0.5～2％，更优选为1～1.5％。
低温条件(27～95℃)下，漂珠类低密度水泥浆体系主要由G级水泥、水、减轻增强材料、降失水剂和分散剂组成。高温条件(95～150℃)下，由于水泥浆需要较长的稠化时间而需添加缓凝剂，该条件下的漂珠类低密度水泥浆体系主要由G级水泥、水、减轻增强材料、降失水剂、分散剂和缓凝剂组成。其中，减轻增强材料主要由减轻组分和增强组分组成：减轻组分为密度0.7～0.8g/cm3的漂珠，漂珠是与由火电厂排放出的粉煤灰中分选出来的实心玻璃球体，成分以二氧化硅和三氧化二铝为主，粒径集中在40～200μm，平均粒径80μm；增强组分主要为微硅等超细颗粒，通过颗粒级配实现水泥石内部紧密堆积，达到提高水泥石强度的目的。
本发明提供的油井水泥促凝早强剂根据漂珠类低密度水泥浆体系的组成，从水泥水化和强度发展机理进行研究开发。本发明提供的油井水泥促凝早强剂主要对漂珠类低密度水泥浆体系中G级水泥、减轻增强材料中的漂珠和超细颗粒等发生作用，首先作用于水泥，加快水泥水化和水泥石强度的形成，其次激活漂珠和超细颗粒的外壳加速水化反应速度。本发明提供的油井水泥促凝早强剂应用于漂珠类低密度水泥浆体系，可与降失水剂和分散剂等外加剂复配使用，在低温条件下可缩短水泥浆的稠化时间并提高水泥石的强度，在高温条件下可提高水泥石的强度。
下面结合实施例对本发明提供的油井水泥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
将聚合氯化铝16g，甲酸钙22g，硫酸钠33g，氯化钙24g和硅酸钙16g混拌均匀，得到油井水泥促凝早强剂。
性能检测
对实施例1得到的油井水泥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：
漂珠类低密度水泥浆体系由G级水泥、水、减轻增强材料(型号GWE-3S)、降失水剂(型号GWF-01S)和分散剂(型号GWD-1S)组成，密度为1.35g/cm3，测试不同添加量的油井水泥促凝早强剂对漂珠类低密度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
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促凝早强剂对漂珠类低密度水泥浆体系的作用效果见表1；表1中，水、减轻增强材料(型号GWE-3S)、降失水剂(型号GWF-01S)、分散剂(型号GWD-1S)的用量以及油井水泥促凝早强剂的添加量均以G级水泥的质量为基准，以质量百分比的形式表示。
表1实施例1油井水泥促凝早强剂对漂珠类低密度水泥浆体系的作用效果
由表1可以看出，随着促凝早强剂添加量的增加，1.35g/cm3低密度水泥浆在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134min，48h水泥石强度可达12.3MPa。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对漂珠类低密度水泥浆体系有较好的速凝早强效果。
(二)高温(110℃)性能检测
漂珠类低密度水泥浆体系由G级水泥、水、减轻增强材料(型号GWE-3S)、降失水剂(型号GWF-01S)、分散剂(型号GWD-1S)和缓凝剂(型号GWR-100L)组成，密度为1.35g/cm3，测试不同添加量的油井水泥促凝早强剂对漂珠类低密度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
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。
高温条件下，不同添加量的油井水泥促凝早强剂对漂珠类低密度水泥浆体系的作用效果见表2。
表2实施例1油井水泥促凝早强剂对漂珠类低密度水泥浆体系的作用效果
由表2数据可以看出，密度在1.35g/cm3的低密度水泥浆，要保证稠化时间在240min左右，需要添加1.2％缓凝剂(GWR-100L)，缓凝剂的加入导致水泥石顶部强度较低，无法满足固井质量要求。通过同时向水泥中添加缓凝剂GWR-100L和本发明油井水泥促凝早强剂，在保证水泥浆稠化时间基本不变的前提下，可提高水泥石的顶部强度。由表2可以看出，随着油井水泥促凝早强剂添加量的增加，水泥石24h和48h强度都有所增加，在2％添加量下，水泥石顶部强度高达10MPa，表明本发明提供的促凝早强剂可提高高温条件下水泥石的强度。
实施例2
将聚合氯化铝18g，甲酸钙23g，硫酸钠35g，氯化钙25g和硅酸钙15g混拌均匀，得到油井水泥促凝早强剂。
按照实施例1的方法对实施例2的油井水泥促凝早强剂分别进行低温(45℃)性能检测和高温(110℃)性能检测，检测结果分别见表3和表4。
表3实施例2油井水泥促凝早强剂对漂珠类低密度水泥浆体系的作用效果
表4实施例2油井水泥促凝早强剂对漂珠类低密度水泥浆体系的作用效果
由以上实施例可以看出，本发明提供的油井水泥促凝早强剂在低温条件下可缩短水泥浆的稠化时间并提高水泥石的强度，在高温条件下可提高水泥石的强度。
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)

1.一种油井水泥促凝早强剂，其特征在于，包括以下质量份数的组分：
2.根据权利要求1所述的油井水泥促凝早强剂，其特征在于，包括以下质量份数的组分：
3.权利要求1或2所述的油井水泥促凝早强剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚合氯化铝、甲酸钙、硫酸钠、氯化钙和硅酸钙混合，得到油井水泥促凝早强剂。
4.权利要求1～2任意一项所述的油井水泥促凝早强剂或权利要求3所述的制备方法制备的油井水泥促凝早强剂在漂珠类低密度水泥浆中的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述油井水泥促凝早强剂的添加量为所述漂珠类低密度水泥浆中水泥质量的0.5～2％。
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