CN111848016A - 一种油基钻屑表层固井水泥浆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于油田固井技术领域，涉及一种油基钻屑表层固井水泥浆及其制备方法。本发明公开的表层固井水泥浆包括以下重量份的组分：G级油井水泥50～90份，油基泥浆钻屑10～50份，增强剂2～6份，膨胀剂0.5～1.0份，减阻剂0.1～0.5份，消泡剂0.3～0.7份，水44份。本发明提供的表层固井水泥浆密度1.90g/cm3～1.94g/cm3，沉降稳定性≤0.02g/cm3，水泥体积收缩率＜2％，30℃～50℃稠化时间可调，水泥石抗压强度30℃·24h>14.7Mpa，能有效支撑和保护表层套管，满足表层固井需要。本发明充分利用了页岩气的勘探开发过程产生的固废物含油岩屑，实现了油基钻屑的资源化利用，适应环保需求，应用前景良好。

Description

一种油基钻屑表层固井水泥浆及其制备方法
技术领域
本发明属于油田固井技术领域，具体涉及一种油基钻屑表层固井水泥浆及其制备方法。
背景技术
页岩气作为常规油气资源的重要组成部分，其储层矿物组成最为常见的粘土矿物，呈现遇水易发生膨胀，水敏性强、易发生跨塌等特点，为保证页岩气井井壁稳定，保障井筒安全，长宁－威远国家级页岩气示范区所有页岩气水平井的页岩层段均采用了高密度油基钻井液钻进。然而随着油基泥浆用量的逐渐增加，产生了大量油基钻屑，油基钻屑含有重金属、石油烃类和有机物等污染物，若直接排放会对环境造成严重危害。
目前国内各大油田主要采用热解析法对油基钻屑进行除油处理，处理后的油基钻屑残渣含油率可降至1.0％以下，但《国家危险废物名录-2016》规定，石油行业约定固废物含油率不大于0.3％，因此，除油处理后的油基钻屑不满足国家相关行业规定，仍属于危废物范畴。为响应国家“泥浆不落地”号召，适应环保需求，高效处理油基钻屑、有效实现固废危废资源化利用已成为目前油田企业和环保部门需要解决的当务之急。
发明内容
本发明的目的是针对目前油基钻屑经热解析法除油处理后钻屑残渣含油率不达标、油基钻屑缺乏一种高效可行的处置方法，提供一种油基钻屑表层固井水泥浆及其制备方法。
本发明所采用的技术方案如下：
一种油基钻屑制备的表层固井水泥浆，所述表层固井水泥浆包括以下按重量份计的组份：
G级油井水泥50～90份，油基泥浆钻屑10～50份，增强剂2～6份，膨胀剂0.5～1.0份，减阻剂0.1～0.5份，消泡剂0.3～0.7份，水44份。
进一步地，所述G级油井水泥为高抗硫油井水泥。
进一步地，所述油基泥浆钻屑为钻井平台油基泥浆热解析研磨后的副产品。
进一步地，所述增强剂为硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸钠中的一种或几种组合。
进一步地，所述膨胀剂为氧化钙或氧化铝的一种或几种组合。
进一步地，所述减阻剂为磺化酮醛缩聚物，相对分子质量为8000～13000。
进一步地，所述消泡剂为改性聚硅氧烷。
一种油基钻屑表层固井水泥浆的制备方法，包括以下操作步骤：
S1，按照重量配比，称取G级油井水泥50～90份，油基泥浆钻屑10～50份，增强剂2～6份，膨胀剂0.5～1.0份，减阻剂0.1～0.5份，消泡剂0.3～0.7份混合搅拌为干粉；
S2，称取水44份倒入恒速搅拌器；
S3，开启恒速搅拌器，以4000r/min的速度搅拌，同时在15s内将S1所制备的混合干粉倒入搅拌器，盖上搅拌器盖以12000r/min的速度搅拌35s，即得所述表层固井水泥浆。
本发明的有益效果如下：
1.本发明所述的表层固井水泥浆密度1.90g/cm3～1.94g/cm3，沉降稳定性≤0.02g/cm3，水泥体积收缩率＜2％，30℃～50℃稠化时间可调，水泥石抗压强度30℃·24h>14.7Mpa。
2.本发明依据油基钻屑基本物理性能，控制油基钻屑加量，结合关键外加剂，优化油基钻屑水泥浆的工程性能，赋予水泥浆良好的稳定性和较高的抗压强度，提供了一种油基钻屑表层固井水泥浆。本发明提供的油基钻屑表层固井水泥浆外加剂之间配伍性好，且组份简单，油基钻屑残渣的有效利用率高。
3.本发明提供的油基钻屑表层固井水泥浆体系稳定性、密度、抗压强度、水泥收缩率各项性能全部符合表层套管固井施工要求，既可实现油基钻屑的无害化处理和资源化利用，又能降低固井材料成本，应用前景良好。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。
本发明保护了一种油基钻屑制备的表层固井水泥浆，所述表层固井水泥浆包括以下按重量份计的组份：
G级油井水泥50～90份，油基泥浆钻屑10～50份，增强剂2～6份，膨胀剂0.5～1.0份，减阻剂0.1～0.5份，消泡剂0.3～0.7份，水44份。
进一步地，所述G级油井水泥采用符合API标准的高抗硫油井水泥。
进一步地，所述油基泥浆钻屑为钻井平台油基泥浆热解析研磨后的副产品，含油率＜1.0％，研磨细度为0.8μm方孔筛筛余＜10％。
进一步地，所述增强剂为硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸钠中的一种或几种组合，选用西安市川秦石油科技公司生产的油井水泥低密度增强剂G401A1。
进一步地，所述膨胀剂为氧化钙或氧化铝的一种或几种组合，选用西安市川秦石油科技公司生产的油井水泥膨胀剂G415W1。
进一步地，所述减阻剂为磺化丙酮甲醛缩聚物，相对分子质量为8000～13000，选用西安市川秦石油科技公司生产的油井水泥减阻剂G408FJ。
进一步地，所述消泡剂为济南翔邦化工有限公司生产的改性聚硅氧烷类固体消泡剂。
以上物质均为市售。
本发明还保护了一种油基钻屑表层固井水泥浆的制备方法，包括以下操作步骤：
S1，按照重量配比，称取G级油井水泥50～90份，油基泥浆钻屑10～50份，增强剂2～6份，膨胀剂0.5～1.0份，减阻剂0.1～0.5份，消泡剂0.3～0.7份混合搅拌为干粉；
S2，称取水44份倒入恒速搅拌器；
S3，开启恒速搅拌器，以4000r/min的速度搅拌，同时在15s内将S1所制备的混合干粉倒入搅拌器，盖上搅拌器盖以12000r/min的速度搅拌35s，即得所述表层固井水泥浆。
实施例1
本实施例提供了一种油基钻屑表层固井水泥浆，其制备方法如下：
S1，按照重量配比，称取G级油井水泥90份，油基泥浆钻屑10份，增强剂2份，膨胀剂0.5份，减阻剂0.1份，消泡剂0.3份混合搅拌为干粉；
S2，称取水44份倒入恒速搅拌器；
S3，开启恒速搅拌器，以4000r/min的速度搅拌，同时在15s内将S1所制备的混合干粉倒入搅拌器，盖上搅拌器盖以12000r/min的速度搅拌35s，即得所述表层固井水泥浆。
经检测，本实施例配制得到的油基钻屑表层固井水泥浆密度为1.90g/cm3。
实施例2
本实施例提供了一种油基钻屑表层固井水泥浆，其制备方法如下：
S1，按照重量配比，称取G级油井水泥80份，油基泥浆钻屑20份，增强剂3份，膨胀剂0.8份，减阻剂0.2份，消泡剂0.4份混合搅拌为干粉；
S2，称取水44份倒入恒速搅拌器；
S3，开启恒速搅拌器，以4000r/min的速度搅拌，同时在15s内将S1所制备的混合干粉倒入搅拌器，盖上搅拌器盖以12000r/min的速度搅拌35s，即得所述表层固井水泥浆。
经检测，本实施例配制得到的油基钻屑表层固井水泥浆密度为1.91g/cm3。
实施例3
本实施例提供了一种油基钻屑表层固井水泥浆，其制备方法如下：
S1，按照重量配比，称取G级油井水泥70份，油基泥浆钻屑30份，增强剂4份，膨胀剂1.2份，减阻剂0.3份，消泡剂0.5份混合搅拌为干粉；
S2，称取水44份倒入恒速搅拌器；
S3，开启恒速搅拌器，以4000r/min的速度搅拌，同时在15s内将S1所制备的混合干粉倒入搅拌器，盖上搅拌器盖以12000r/min的速度搅拌35s，即得所述表层固井水泥浆。
经检测，本实施例配制得到的油基钻屑表层固井水泥浆密度为1.92g/cm3。
实施例4
本实施例提供了一种油基钻屑表层固井水泥浆，其制备方法如下：
S1，按照重量配比，称取G级油井水泥60份，油基泥浆钻屑40份，增强剂4份，膨胀剂1.5份，减阻剂0.4份，消泡剂0.6份混合搅拌为干粉；
S2，称取水44份倒入恒速搅拌器；
S3，开启恒速搅拌器，以4000r/min的速度搅拌，同时在15s内将S1所制备的混合干粉倒入搅拌器，盖上搅拌器盖以12000r/min的速度搅拌35s，即得所述表层固井水泥浆。
经检测，本实施例配制得到的油基钻屑表层固井水泥浆密度为1.93g/cm3。
实施例5
本实施例提供了一种油基钻屑表层固井水泥浆，其制备方法如下：
S1，按照重量配比，称取G级油井水泥50份，油基泥浆钻屑50份，增强剂6份，膨胀剂2.0份，减阻剂0.5份，消泡剂0.7份混合搅拌为干粉；
S2，称取水44份倒入恒速搅拌器；
S3，开启恒速搅拌器，以4000r/min的速度搅拌，同时在15s内将S1所制备的混合干粉倒入搅拌器，盖上搅拌器盖以12000r/min的速度搅拌35s，即得所述表层固井水泥浆。
经检测，本实施例配制得到的油基钻屑表层固井水泥浆密度为1.94g/cm3。
进一步地，针对实施例1～5制备的油基钻屑表层固井水泥浆参照国家标准GB/T19139-2012《油井水泥试验方法》进行了游离液、沉降稳定性、稠化时间等基本性能检测，结果如表1所示。
表1实施例1～5水泥浆基本性能检测结果
Figure BDA0002598248500000071
由表1可知，实施例1～5制备的油基钻屑表层固井水泥浆密度1.90g/cm3～1.94g/cm3，上下密度差≤0.02g/cm3，游离液为0，体系稳定，稠化时间可调，能有效防止固井过程中因水泥浆不稳定造成的固井事故发生。水泥浆各项性能达到现场使用要求，可交付现场应用。
进一步地，按照国家标准GB/T19139-2012《油井水泥试验方法》检测了实施例1～5制备的油基钻屑表层固井水泥石的抗压强度。试验结果见表2。
表2实施例1～5水泥浆抗压强度检测结果
Figure BDA0002598248500000072
由表2可知，实施例1～5制备的油基钻屑表层固井水泥石在30℃和24h的条件下达到了14.7Mpa以上，抗压强度高，7d强度无衰退。本发明公开的油基钻屑表层固井水泥石在较低的温度下，具有高的抗压强度，能够有效支撑和保护表层套管。
进一步地，针对实施例1～5制备的油基钻屑表层固井水泥石进行了体积收缩率检测，结果如表3所示。
表3实施例1～5水泥浆体积收缩率检测结果
Figure BDA0002598248500000081
需要说明的是，油基钻屑表层固井水泥石体积收缩率的具体测试实施方式如下：①将配制好的水泥浆倒入尺寸为50.8mm×50.8mm×50.8mm抗压强度试模，将装有水泥浆的模具放入30℃强度养护箱养护至成型；②待其成型后取出水泥石模块(根据水泥浆初终凝时间判断成型时间)，继续放入30℃强度养护箱养护；③水泥石养护至24h后取出测量其体积，采用排水法测量水泥石体积；④计算水泥石收缩率(或膨胀率)，水泥石收缩率＝(模具体积-水泥石体积)/模具体积×100％。
由表3可知，实施例1～5制备的油基钻屑表层固井水泥石体积收缩率＜2％，抗收缩性好。
综上所述，本发明提供的油基钻屑表层固井水泥浆体系稳定性、密度、抗压强度、水泥收缩率等符合表层固井水泥浆性能要求，利用油基钻屑制备固井水泥浆方法高效可行，适应环保需求，节约生产成本，可广泛应用于表层固井作业，应用前景良好。
以上各实施例没有详细叙述的方法和结构属本行业的公知常识，这里不一一叙述。所涉及的相关材料或成品，市面均有售。
以上举例仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种油基钻屑制备的表层固井水泥浆，其特征在于，包括以下按重量份计的组份：
G级油井水泥50～90份，油基泥浆钻屑10～50份，增强剂2～6份，膨胀剂0.5～1.0份，减阻剂0.1～0.5份，消泡剂0.3～0.7份，水44份。
2.如权利要求1所述的油基钻屑制备的表层固井水泥浆，其特征在于：所述的G级油井水泥为高抗硫油井水泥。
3.如权利要求1所述的油基钻屑制备的表层固井水泥浆，其特征在于：所述的油基泥浆钻屑为钻井平台油基泥浆热解析研磨后的副产品。
4.如权利要求1所述的油基钻屑制备的表层固井水泥浆，其特征在于：所述的增强剂为硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸钠中的一种或几种组合。
5.如权利要求1所述的油基钻屑制备的表层固井水泥浆，其特征在于：所述的膨胀剂为氧化钙或氧化铝的一种或几种组合。
6.如权利要求1所述的油基钻屑制备的表层固井水泥浆，其特征在于：所述的减阻剂为磺化酮醛缩聚物，相对分子质量为8000～13000。
7.如权利要求1所述的油基钻屑制备的表层固井水泥浆，其特征在于：所述的消泡剂为改性聚硅氧烷。
8.一种油基钻屑表层固井水泥浆的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
S1，按照重量配比，称取G级油井水泥50～90份，油基泥浆钻屑10～50份，增强剂2～6份，膨胀剂0.5～1.0份，减阻剂0.1～0.5份，消泡剂0.3～0.7份混合搅拌为干粉；
S2，称取水44份倒入恒速搅拌器；
S3，开启恒速搅拌器，以4000r/min的速度搅拌，同时在15s内将S1所制备的混合干粉倒入搅拌器，盖上搅拌器盖以12000r/min的速度搅拌35s，即得所述表层固井水泥浆。
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