CN110218556A - 固井水泥浆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固井水泥浆，属于油田钻井领域。所述固井水泥浆包括：油井水泥、配浆水、降失水剂；其特征在于，所述固井水泥浆还包括：减阻剂；所述降失水剂为2‑丙烯酰胺‑2甲基丙磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸与马来酸酐组成的四元共聚物，且加入质量为所述配浆水加入质量的10％～14％；所述减阻剂的加入质量为所述油井水泥加入质量的0.5％～1.5％。本发明提供的固井水泥浆，通过上述各组分的协同复配作用，具有优良的抗盐性能、流变性能，可解决盐层固井时常规外加剂性能失效、配制的水泥浆性能变差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及油田钻井领域，特别涉及一种固井水泥浆。
背景技术
在油田钻井过程中，需利用水泥浆进行固井，以支撑、悬挂以及保护井壁，封堵底层流体，防止层间窜流和套管腐蚀，同时起到封隔油、气、水，支撑套管和保护套管，延长油气井寿命的作用。目前，为了提高固井质量，通常向水泥浆中加入外加剂，以形成固井水泥浆，进而可避免井眼扩大、井壁坍塌、套管挤毁等固井事故发生。基于上述可知，提供一种固井水泥浆是十分必要的。
现有技术提供了一种固井水泥浆，该固井水泥浆包括：油井水泥、降失水剂、配浆水；降失水剂为聚乙烯醇类降失水剂，加入量为油井水泥加入量的3％～7％。
发明人发现现有技术至少存在以下问题：
现有技术所提供的固井水泥浆的抗盐性能差，影响固井质量。
发明内容
本发明实施例提供了一种固井水泥浆，可以解决上述问题。所述技术方案如下：
一种固井水泥浆，包括：油井水泥、配浆水、降失水剂；所述固井水泥浆还包括：减阻剂；
所述降失水剂为2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸与马来酸酐组成的四元共聚物，且加入质量为所述配浆水加入质量的10％～14％；
所述减阻剂的加入质量为所述油井水泥加入质量的0.5％～1.5％。
在一种可能的设计中，所述固井水泥浆的水灰比为0.44～0.50或0.90～1.15。
在一种可能的设计中，当所述水灰比为0.44～0.50时，所述油井水泥的加入质量为790g/m3～810g/m3；
当所述水灰比为0.90～1.15时，所述油井水泥的加入质量为390g/m3～410g/m3。
在一种可能的设计中，所述减阻剂为磺化酮醛缩合物。
在一种可能的设计中，所述固井水泥浆还包括：膨胀剂，加入质量为所述油井水泥加入质量的2.0％～3.0％。
在一种可能的设计中，所述膨胀剂为蒙托石。
在一种可能的设计中，所述固井水泥浆还包括：早强剂，加入质量为所述油井水泥加入质量的1.0％～2.0％。
在一种可能的设计中，所述早强剂为复合无机盐类或三氧化二铝和铝酸盐组成的混合物。
在一种可能的设计中，所述固井水泥浆还包括：缓凝剂，加入质量为所述配浆水加入质量的0.1％～1.0％。
在一种可能的设计中，所述固井水泥浆还包括：减轻材料，加入质量为所述油井水泥加入质量的30％～80％。
在一种可能的设计中，所述固井水泥浆还包括：加重材料；
当所述加重材料为铁矿粉时，所述加重材料的加入质量为所述油井水泥加入质量的20％～100％；
当所述加重材料为GM-1加重剂时，所述加重材料的加入质量为所述油井水泥加入质量的30％～50％。
在一种可能的设计中，所述固井水泥浆的水固比为0.28～0.40。
在一种可能的设计中，所述油井水泥的加入质量为590g/m3～610g/m3。
在一种可能的设计中，所述固井水泥浆还包括：消泡剂，加入质量为所述配浆水加入质量的0.09％～0.11％。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例提供的固井水泥浆，通过各组分的协同复配作用，具有优良的抗盐性能、流变性能，可解决盐层固井时常规外加剂性能失效、配制的水泥浆性能变差的问题。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种固井水泥浆，该油井水泥浆包括：油井水泥、配浆水、降失水剂；进一步地，该固井水泥浆还包括：减阻剂；降失水剂为2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸与马来酸酐组成的四元共聚物，且加入质量为配浆水加入质量的10％～14％；减阻剂的加入质量为油井水泥加入质量的0.5％～1.5％。
下面对本发明实施例提供的固井水泥浆中的各个组分分别给予描述：
上述成分的降失水剂不仅具有良好的抗盐性，而且耐高温(可达200℃)，可解决现有技术降失水剂在盐水环境中，其性质和溶解状态发生较大变化，严重时会失去降失水性能的问题，进而可避免固井水泥浆的流变性能变差以及缓凝时间延长，能满足不同水质特别是盐层固井的需求。
减阻剂可吸附于油井水泥颗粒的表面，使其表面带相同的电荷，阻止油井水泥颗粒聚团，可改善固井水泥浆的流动性，易实现紊流；也可抵消或削弱其他外加剂带来的增稠效应。
可见，本发明实施例提供的固井水泥浆，通过上述各组分的协同复配作用，具有优良的抗盐性能、流变性能，可解决盐层固井时常规外加剂性能失效、配制的水泥浆性能变差的问题。
上述油井水泥可以是G级油井水泥、H级油井水泥或I级油井水泥。举例来说，本发明实施例中的油井水泥为G级油井水泥。
此外，在制备时，为了防止油井水泥在100℃以上的环境中，其硬度减弱，可在油井水泥中加入石英砂。其中，石英砂的加入质量为油井水泥加入质量的30％～40％，举例来说，可设置为30％、35％、40％等。
上述配浆水选取为淡水、海水或油田采出水。在制备时，可优选油田采出水，以减少制备成本。
关于油井水泥与配浆水的加入量，在本发明实施例中，主要根据固井水泥浆的密度设置。当固井水泥浆为常规密度(1.87g/cm3～1.91g/cm3)水泥浆时，该固井水泥浆的水灰比为0.44～0.50，举例来说，水灰比可设置为0.44、0.45、0.46、0.47、0.48、0.49、0.50等；当固井水泥浆为低密度(1.50g/cm3～1.57g/cm3)水泥浆时，该固井水泥浆的水灰比为0.90～1.15，举例来说，水灰比可设置为0.90、0.93、0.96、0.99、1.12、1.15等。
其中，固井水泥浆的水灰比指的是配浆水的加入质量与油井水泥的加入质量的比值。
进一步地，为了保证固井质量，当水灰比为0.44～0.50时，油井水泥的加入质量为790g/m3～810g/m3，举例来说，可设置为790g/m3、795g/m3、800g/m3、805g/m3、810g/m3等；当水灰比为0.90～1.15时，油井水泥的加入质量为390g/m3～410g/m3，举例来说，可设置为390g/m3、395g/m3、400g/m3、405g/m3、410g/m3等。
需要说明的是，油井水泥加入质量的物理意义为单位固井体积所需要的油井水泥的加入质量。
关于降失水剂中各个成分的含量，即2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸与马来酸酐的含量可根据井内的环境进行具体调节。
此外，上述减阻剂可为磺化酮醛缩合物，该类减阻剂具有良好的分散能力，且使用温度高至220℃，进而可有效改善水泥浆的流动性，以及可有效抵消或削弱其他外加剂带来的增稠效应。
具体地，上述磺化酮醛缩合物可为脂肪族磺化酮醛缩合物。其中，该类的磺化酮醛缩合物的分子结构和制备流程可参见郑广军等人发表的《脂肪族磺化酮醛缩合物减水剂的发展应用及其分子结构研究》。
为了抑制固井水泥浆硬化后的体积收缩，避免水泥环与井壁及套管壁之间产生微环隙，进而防止形成油气水窜通道，在本发明实施例中，固井水泥浆还包括：膨胀剂，加入质量为油井水泥加入质量的2.0％～3.0％，举例来说，可设置为2.0％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％、3.0％等。
上述膨胀剂为蒙托石，该类膨胀剂的吸湿性能好，其饱和吸湿率超过其自身重量的50％，可减少膨胀剂的加入量，进而可降低固井水泥浆的制备成本。
为了提高固井水泥浆的早期强度，本发明实施例中，固井水泥浆还包括：早强剂，加入质量为油井水泥加入质量的1.0％～2.0％，举例来说，可设置为1.0％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％、2.0％等。
进一步地，为了减少早强剂的加入量，以降低制备成本，本发明实施例中，早强剂包括复合无机盐类或三氧化二铝和铝酸盐组成的混合物。
其中，上述复合无机盐类可包括：氯化物(例如氯化钙、氯化钠等)、硝酸盐(例如硝酸钠等)、硫酸盐(例如硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙等)、亚硝酸盐(例如亚硝酸钠等)以及碳酸盐(例如碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂等)中的至少两种。在应用时，若固井水泥浆为低密度水泥浆，早强剂可选取为三氧化二铝和铝酸盐组成的混合物；若固井水泥浆为常规密度水泥浆以及高密度(2.0g/cm3～2.35g/cm3)水泥浆时，早强剂可选取为复合无机盐类。
为了调节油井水泥的凝结时间，即油井水泥的稠化时间可调，本发明实施例中，固井水泥浆还包括：缓凝剂，加入质量为配浆水加入质量的0.1％～1.0％，举例来说，可设置为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％等。
进一步地，上述缓凝剂包括柠檬酸、葡萄糖酸中的至少一种。该类缓凝剂的性质对加入量以及温度的变化不敏感，且其加入量与固井水泥浆的稠化时间成线性关系，可准确控制固井水泥浆的稠化时间。
当井下存有低压易漏失层时，为了防止水泥浆发生井漏，本发明实施例中，固井水泥浆还包括：减轻材料，加入质量为油井水泥加入质量的30％～80％(例如30％、40％、50％、60％、70％、80％等)。
具体地，上述减轻材料可包括粉煤灰、漂珠、微硅。其中，为了减少成本，粉煤灰的加入质量为减轻材料总质量的90％以上，举例来说，可设置为90％、92％、94％等。
另外，当地层压力过高时，需提高水泥浆的密度以平衡地层压力，因此本发明实施例中，固井水泥浆还包括：加重材料；当加重材料为铁矿粉时，加重材料的加入质量为油井水泥加入质量的20％～100％(例如20％、40％、60％、80％、100％等)；当加重材料为GM-1加重剂时，加重材料的加入质量为油井水泥加入质量的30％～50％(例如30％、35％、40％、45％、50％等)。
其中，上述GM-1加重剂包括氧化锰、铁矿粉，其中，氧化锰的质量分数不低于90％。
进一步地，当固井水泥浆中添加有加重剂时，固井水泥浆的水灰比为0.28～0.40，举例来说，固井水泥浆的水灰比可设置为0.28、0.30、0.32、0.34、0.36、0.38、0.40等。
其中，固井水泥浆的水固比指的是配浆水的加入质量与油井水泥、加重剂的加入质量之和的比值。
更进一步地，为了保证固井质量，当向固井水泥浆中添加加重剂时，油井水泥的加入质量为590g/m3～610g/m3，举例来说，可设置为590g/m3、595g/m3、600g/m3、605g/m3、610g/m3等。
为了避免固井水泥浆中存有气泡，而影响固井质量，本发明实施例中，固井水泥浆还包括：消泡剂，加入质量为配浆水加入质量的0.09％～0.11％，举例来说，可设置为0.09％、0.095％、0.10％、0.105％、0.11％等。
其中，上述消泡剂可为脂肪酰胺、磷酸脂、醇、醚等有机化合物，该类消泡剂不仅具有价格低廉，而且便于制备获取。
本发明实施例提供的固井水泥浆既可应用于技术套管固井领域，也可应用于生产套管固井领域。
以下将通过具体实施例进一步地描述本发明。
在以下具体实施例中，所涉及的操作未注明条件者，均按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用原料未注明生产厂商及规格者均为可以通过市购获得的常规产品。
其中，减阻剂购自成都川峰化学有限责任公司；膨胀剂、减轻材料均购自四川凯尔油气田技术服务有限公司；消泡剂购自天津沃尔德油田技术有限公司；其余药剂均购自濮阳市明华化工有限公司。
实施例1
本实施例提供了一种固井水泥浆，该固井水泥浆包括：油井水泥、配浆水、降失水剂、缓凝剂、减阻剂、膨胀剂、早强剂、加重剂、消泡剂。其中，油井水泥为G级油井水泥，且掺有加入质量为油井水泥加入质量的35％的石英砂；配浆水为油田采出水，且水固比为0.38；降失水剂为2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸与马来酸酐组成的四元共聚物，其加入质量为配浆水加入质量的14％；缓凝剂的加入质量为配浆水加入质量的0.3％；减阻剂为脂肪族酮醛缩合物，其加入质量为油井水泥加入质量的0.6％；膨胀剂为蒙脱石，加入质量为油井水泥加入质量的2.0％；早强剂为复合无机盐类，加入质量为油井水泥加入质量的1.5％；加重剂为铁矿粉，且加入质量为油井水泥加入质量的30％；消泡剂为脂肪酰胺类消泡剂，且加入量为配浆水加入质量的0.1％。
实施例2
本实施例提供了一种固井水泥浆，该固井水泥浆包括：油井水泥、配浆水、降失水剂、减阻剂、膨胀剂、早强剂、加重剂、消泡剂。其中，油井水泥为G级油井水泥；配浆水为油田采出水，且水固比为0.31；降失水剂为2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸与马来酸酐组成的四元共聚物，其加入质量为配浆水加入质量的12％；减阻剂为脂肪族酮醛缩合物，其加入质量为油井水泥加入质量的1.0％；膨胀剂为蒙脱石，加入质量为油井水泥加入质量的2.0％；早强剂为复合无机盐类，加入质量为油井水泥加入质量的1.5％；加重剂为GM-1加重剂，且加入质量为油井水泥加入质量的50％；消泡剂为脂肪酰胺类消泡剂，且加入量为配浆水加入质量的0.1％。
实施例3
本实施例提供了一种固井水泥浆，该固井水泥浆包括：油井水泥、配浆水、降失水剂、缓凝剂、减阻剂、膨胀剂、加重剂、消泡剂。其中，油井水泥为G级油井水泥，且掺有加入质量为油井水泥加入质量的35％的石英砂；配浆水为油田采出水，且水固比为0.32；降失水剂为2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸与马来酸酐组成的四元共聚物，其加入质量为配浆水加入质量的12％；缓凝剂的加入质量为配浆水加入质量的0.1％；减阻剂为脂肪族酮醛缩合物，其加入质量为油井水泥加入质量的0.6％；膨胀剂为蒙脱石，加入质量为油井水泥加入质量的2.0％；早强剂为复合无机盐类，加入质量为油井水泥加入质量的1.5％；加重剂为铁矿粉，且加入质量为油井水泥加入质量的80％；消泡剂为脂肪酰胺类消泡剂，且加入量为配浆水加入质量的0.1％。
实施例4
本实施例提供了一种固井水泥浆，该固井水泥浆包括：油井水泥、配浆水、降失水剂、缓凝剂、减阻剂、减轻材料、消泡剂。其中，油井水泥为G级油井水泥，且掺有加入质量为油井水泥加入质量的35％的石英砂；配浆水为油田采出水，且水灰比为1.0；降失水剂为2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸与马来酸酐组成的四元共聚物，其加入质量为配浆水加入质量的12％；缓凝剂为柠檬酸与葡萄糖酸的混合物，其加入质量为配浆水加入质量的0.3％；减阻剂为脂肪族酮醛缩合物，其加入质量为油井水泥加入质量的1.5％；减轻材料的加入质量为油井水泥加入质量的80％，且减轻材料中的粉煤灰所占的质量比例为90％，漂珠与微硅所占的质量比例为10％；消泡剂为脂肪酰胺类消泡剂，且加入量为配浆水加入质量的0.1％。
实施例5
本实施例提供了一种固井水泥浆，该固井水泥浆包括：油井水泥、配浆水、降失水剂、减阻剂、膨胀剂、早强剂、缓凝剂。其中，油井水泥为G级油井水泥，且掺有加入质量为油井水泥加入质量的35％的石英砂；配浆水为油田采出水，且水灰比为0.46；降失水剂为2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸与马来酸酐组成的四元共聚物，其加入质量为配浆水加入质量的14％；减阻剂为脂肪族酮醛缩合物，其加入质量为油井水泥加入质量的0.5％；膨胀剂为蒙脱石，其加入质量为油井水泥加入质量的2.0％；早强剂为复合无机盐类，加入质量为油井水泥加入质量的1.0％；缓凝剂为柠檬酸与葡萄糖酸的混合物，其加入质量为配浆水加入质量的0.4％。
应用例
分别利用实施例1所提供的固井水泥浆对狮25-3油井、狮51油井的生产套管进行固井，利用实施例2所提供的固井水泥浆对狮3-2油井的生产套管进行固井，利用实施例3所提供的固井水泥浆对狮207油井的生产套管进行固井，利用实施例4所提供的固井水泥浆对狮25-3油井、狮51油井的技术套管进行固井，以及利用实施例5所提供的固井水泥浆对狮207油井的技术套管进行固井，并对各个油井的固井质量进行检测，其检测结果如表1、表2所示。
表1
表2
| 实施例 | 井号 | 井深(m) | 固井声幅描述 |
| 4 | 狮25-3 | 3896 | 固井质量合格 |
| 4 | 狮51 | 3798 | 固井质量合格 |
| 5 | 狮207 | 3198 | 固井质量合格 |
可见，通过表1～表2可知，狮25-3油井、狮51油井、狮3-2油井以及狮207油井的生产套管以及狮25-3油井、狮51油井以及狮207油井技术套管的声副测量值均在30％以内，固井质量合格。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种固井水泥浆，包括：油井水泥、配浆水、降失水剂；其特征在于，所述固井水泥浆还包括：减阻剂；
所述降失水剂为2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸、丙烯酰胺、丙烯酸与马来酸酐组成的四元共聚物，且加入质量为所述配浆水加入质量的10％～14％；
所述减阻剂的加入质量为所述油井水泥加入质量的0.5％～1.5％。
2.根据权利要求1所述的固井水泥浆，其特征在于，所述固井水泥浆的水灰比为0.44～0.50或0.90～1.15。
3.根据权利要求2所述的固井水泥浆，其特征在于，当所述水灰比为0.44～0.50时，所述油井水泥的加入质量为790g/m3～810g/m3；
当所述水灰比为0.90～1.15时，所述油井水泥的加入质量为390g/m3～410g/m3。
4.根据权利要求1所述的固井水泥浆，其特征在于，所述减阻剂为磺化酮醛缩合物。
5.根据权利要求1所述的固井水泥浆，其特征在于，所述固井水泥浆还包括：膨胀剂，加入质量为所述油井水泥加入质量的2.0％～3.0％。
6.根据权利要求5所述的固井水泥浆，其特征在于，所述膨胀剂为蒙托石。
7.根据权利要求1所述的固井水泥浆，其特征在于，所述固井水泥浆还包括：早强剂，加入质量为所述油井水泥加入质量的1.0％～2.0％。
8.根据权利要求7所述的固井水泥浆，其特征在于，所述早强剂为复合无机盐类或三氧化二铝和铝酸盐组成的混合物。
9.根据权利要求1所述的固井水泥浆，其特征在于，所述固井水泥浆还包括：缓凝剂，加入质量为所述配浆水加入质量的0.1％～1.0％。
10.根据权利要求1所述的固井水泥浆，其特征在于，所述固井水泥浆还包括：减轻材料，加入质量为所述油井水泥加入质量的30％～80％。
11.根据权利要求1所述的固井水泥浆，其特征在于，所述固井水泥浆还包括：加重材料；
当所述加重材料为铁矿粉时，所述加重材料的加入质量为所述油井水泥加入质量的20％～100％；
当所述加重材料为GM-1加重剂时，所述加重材料的加入质量为所述油井水泥加入质量的30％～50％。
12.根据权利要求11所述的固井水泥浆，其特征在于，所述固井水泥浆的水固比为0.28～0.40。
13.根据权利要求12所述的固井水泥浆，其特征在于，所述油井水泥的加入质量为590g/m3～610g/m3。
14.根据权利要求1所述的固井水泥浆，其特征在于，其特征在于，所述固井水泥浆还包括：消泡剂，加入质量为所述配浆水加入质量的0.09％～0.11％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190910 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |