CN111892916A - 一种含油钻屑干粉的固井水泥浆体系及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于油气勘探开发清洁化及环保技术领域，具体一种含油钻屑干粉的固井水泥浆体系及其制备方法，它由下列原料按下述质量百分比组成：固井水泥45％～65％、含油钻屑干粉5％～20％、分散剂0.5％～1％、重金属固定剂0.5％～2％、早强剂1％～3％、油井水泥用降失水剂1.9％～3％、油井水泥用缓凝剂0.05％～0.3％、溶剂20％～30％，解决了现有含油钻屑热解析处理后固相目前主要采用填埋法进行处理，无其他有效处理方法，填埋法处理费用高，存在造成环境事件的潜在风险且没有对热解析处理后固相在固井领域应用的问题，本发明经热解析法处理后含油钻屑干粉利用率达到99％以上，既节约了固井成本也达到了处理后含油钻屑干粉资源再利用的目的，实现了经济效益与社会效益的有机统一。

Description

一种含油钻屑干粉的固井水泥浆体系及其制备方法

技术领域

本发明属于油气勘探开发清洁化及环保技术领域，具体涉及含油钻屑干粉的固井水泥浆体系及其制备方法。

背景技术

随着页岩气开发范围和力度的不断加大，油基钻井液以其优良的性能得到广泛应用，但钻井过程中产生的废弃物---含油钻屑，含有大量的油及其他有害物质，如处理不当或处理不达标将对环境产生巨大的危害，给环保带来巨大压力，也影响到企业的可持续发展。我院自主研发的含油钻屑热解析处理装置(CQ-TDU)已进行现场试验，具备工业化推广应用前景，处理后固相含油量小于1％。目前，生产过程中产生的大量含油钻屑固相无有效利用途径。

含油钻屑热解析处理后固相目前主要采用填埋法进行处理，无其他有效处理方法。填埋法处理费用高，存在造成环境事件的潜在风险。随着新环保法的施行，处理后产物资源化利用技术已越来越得到重视，资源再利用技术可增强企业可持续发展能力，提高清洁化产业技术水平。基于前期对处理后含油钻屑固相性能的认识，结合现有固井技术研发热解析处理后含油钻屑固相固井水泥浆体系，可提高含油钻屑处理后产物资源化利用水平。

根据文献调研情况，目前还没有对热解析处理后固相在固井领域应用的研究报道。

发明内容

本发明提供的含油钻屑干粉的固井水泥浆体系及其制备方法，目的一是克服现有技术中含油钻屑热解析处理后固相目前主要采用填埋法进行处理，无其他有效处理方法，填埋法处理费用高，存在造成环境事件的潜在风险问题；目的二是克服现有技术中没有对热解析处理后固相在固井领域应用的问题。

为此，本发明提供了一种含油钻屑干粉的固井水泥浆体系，它由下列原料按下述质量百分比组成：固井水泥45％～65％、含油钻屑干粉5％～20％、分散剂0.5％～1％、重金属固定剂0.5％～2％、早强剂1％～ 3％、油井水泥用降失水剂1.9％～3％、油井水泥用缓凝剂0.05％～0.3％、溶剂20％～30％。

进一步的，所述固井水泥为油井水泥。

进一步的，所述含油钻屑干粉为热解析法处理含油钻屑干粉。

进一步的，所述分散剂为聚羧酸类减水剂。

进一步的，所述重金属固定剂为沸石粉。

进一步的，所述早强剂为纳米晶核类早强剂。

进一步的，所述油井水泥用降失水剂为成膜型降失水剂。

进一步的，所述油井水泥用缓凝剂为宽温带缓凝剂。

进一步的，所述溶剂为水。

一种含油钻屑干粉的固井水泥浆体系的制备方法，具体步骤为：

1)按下述质量百分比称取原料：固井水泥45％～65％、含油钻屑干粉5％～20％、分散剂0.5％～1％、重金属固定剂0.5％～2％、早强剂 1％～3％、油井水泥用降失水剂1.9％～3％、油井水泥用缓凝剂0.05％～ 0.3％、溶剂20％～30％；

2)在常温条件下依次加入上述质量百分比原料，搅拌均匀后进行固井作业，所述原料的加入顺序为：固井水泥、含油钻屑干粉、分散剂、重金属固定剂、早强剂、油井水泥用降失水剂、油井水泥用缓凝剂及溶剂。

本发明的有益效果：

1)含油钻屑干粉为热解析法处理含油钻屑干粉，所述热解析法处理后的含油钻屑干粉的含油量低(小于0.3％)，粒径小，颗粒均一，经简单处理即可满足使用需求，满足固井水泥浆体系性能要求；

2)含油钻屑干粉5％～20％和固井水泥45％～65％具有合适的密度和凝结时间，较低的稠度，良好的抗沉降性和可泵性，注入预定井段，能迅速凝结硬化并产生一定的机械强度，固化后具有良好的抗渗性、稳定性和耐腐蚀性；加入分散剂(聚羧酸类减水剂)0.5％～1％具有掺量低、保坍性能好、混凝土收缩率低、分子结构上可调性强、高性能化的潜力大、生产过程中不使用甲醛；加入重金属固定剂0.5％～2％，可对含油钻屑干粉以及固井中存在的重金属进行固定，达到降低重金属污染地层潜在风险的目的；加入早强剂1％～3％在于加速古井水泥和含有钻屑的水泥水化速度，促进混凝土早期强度的发展，同时具有一定减水增强功能；加入油井水泥用降失水剂1.9％～3％防止流体窜流，提高固井质量；加入油井水泥用缓凝剂0.05％～0.3％减小早强剂对混凝土凝结时间的影响；固井水泥浆体系性能满足设计要求，体系在固化24小时后，抗压强度可达14MPa以上，性能满足现场固井要求，处理后含油钻屑干粉经简单处理即可满足使用需求，经热解析法处理后含油钻屑干粉利用率达到99％以上，实现了处理产物有效资源化利用，降低了潜在的环境污染风险。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如下。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，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。

现介绍本发明的示例性实施方式，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。对于表示在示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。

本发明保护了一种含油钻屑干粉的固井水泥浆体系，它由下列原料按下述质量百分比组成：固井水泥45％～65％、含油钻屑干粉5％～ 20％、分散剂0.5％～1％、重金属固定剂0.5％～2％、早强剂1％～3％、油井水泥用降失水剂1.9％～3％、油井水泥用缓凝剂0.05％～0.3％、溶剂20％～30％。

所述固井水泥为油井水泥；进一步的，所述油井水泥为油井G 级水泥；

所述含油钻屑干粉为热解析法处理含油钻屑干粉；进一步的，热解析法处理含油钻屑干粉采用摩擦生热法热解析技术处理含油钻屑产生的干粉，粉状颗粒物，粒径范围为10-70μm；

所述分散剂为聚羧酸类减水剂；进一步的，所述聚羧酸类减水剂为聚羧酸高性能减水剂QS-8020H，武汉苏博建材有限公司产品。

所述重金属固定剂为沸石粉；进一步的，沸石粉为粉状多孔性颗粒物，粒径范围为5-50μm；

所述早强剂为纳米晶核类早强剂；进一步的，纳米晶核类早强剂为纳米型水化硅钙石粉末；

所述油井水泥用降失水剂为成膜型降失水剂；进一步的，成膜型降失水剂为PVA型降失水剂(聚乙烯醇降失水剂)；

所述油井水泥用缓凝剂为宽温带缓凝剂；进一步的，宽温带缓凝剂为有机膦酸盐；

所述溶剂为水。

一种含油钻屑干粉的固井水泥浆体系的制备方法，具体步骤为：

1)按下述质量百分比称取原料：固井水泥45％～65％、含油钻屑干粉5％～20％、分散剂0.5％～1％、重金属固定剂0.5％～2％、早强剂1％～3％、油井水泥用降失水剂1.9％～3％、油井水泥用缓凝剂 0.05％～0.3％、溶剂20％～30％；

2)在常温条件下依次加入上述质量百分比原料，搅拌均匀后进行固井作业，所述原料的加入顺序为：固井水泥、含油钻屑干粉、分散剂、重金属固定剂、早强剂、油井水泥用降失水剂、油井水泥用缓凝剂及溶剂。

实施例1：

热解析法处理后含油钻屑干粉

本发明所述含油钻屑干粉为热解析法处理含油钻屑干粉，所述热解析法处理后的含油钻屑干粉的含油量小于0.3％，粒径小，颗粒均一，经简单处理即可满足需求。处理后含油钻屑干粉粒径范围为 10-70μm，经过300目标准筛筛分后，99％钻屑干粉可用于固井水泥浆体系制备，钻屑干粉资源化利用率高。

实施例2：

一种含油钻屑干粉的固井水泥浆体系，它由下列原料组成：油井 G级水泥600g、热解析法处理后含油钻屑干粉70g、聚羧酸高性能减水剂QS-8020H 5g、沸石粉5g、纳米晶核类早强剂(纳米型水化硅钙石粉末)10g、水290g、聚乙烯醇降失水剂19.4g、有机膦酸盐0.6g，配制成固井水泥浆体系a，结果见表1。

固井水泥浆体系a的制备方法为：在常温条件下依次加入油井G 级水泥600g、热解析法处理后含油钻屑干粉70g、聚羧酸高性能减水剂QS-8020H 5g、沸石粉5g、纳米晶核类早强剂(纳米型水化硅钙石粉末)10g、聚乙烯醇降失水剂19.4g、有机膦酸盐0.6g和水290g，搅拌均匀后进行固井作业，对配制成的固井水泥浆体系a进行性能评价，结果见表2。

表1固井水泥浆体系a

表2固井水泥浆体系a性能

固井水泥浆体系a在45℃/常压条件下抗压强度为15.3MPa。

实施例3：

一种含油钻屑干粉的固井水泥浆体系，它由下列原料组成：油井 G级水泥530g、热解析法处理后含油钻屑干粉130g、聚羧酸高性能减水剂QS-8020H 6.3g、沸石粉10g、纳米晶核类早强剂(纳米型水化硅钙石粉末)16g、聚乙烯醇降失水剂20g、有机膦酸盐0.7g、水287g，配制成固井水泥浆体系b，结果见表3。

固井水泥浆体系b的制备方法为：在常温条件下依次加入油井G 级水泥530g、热解析法处理后含油钻屑干粉130g、聚羧酸高性能减水剂QS-8020H 6.3g、沸石粉10g、纳米晶核类早强剂(纳米型水化硅钙石粉末)16g、聚乙烯醇降失水剂20g、有机膦酸盐0.7g和水287g，搅拌均匀后进行固井作业，对配制成的固井水泥浆体系b进行性能评价，结果见表4。

表3固井水泥浆体系b

表4固井水泥浆体系b性能

固井水泥浆体系b在80℃、常压、24h条件下抗压强度为24MPa；在80℃、常压、48h条件下抗压强度为26.8MPa。

实施例4

本实施例主要对添加与未添加热解析法处理后含油钻屑干粉固井水泥浆体系进行研究，并对固井水泥浆体系性能进行评价。

固井水泥浆体系c的制备方法为：在常温条件下依次加入油井G 级水泥520g、热解析法处理后含油钻屑干粉130g、聚羧酸高性能减水剂QS-8020H 5g、沸石粉9.5g、纳米晶核类早强剂(纳米型水化硅钙石粉末)15g、聚乙烯醇降失水剂20g、有机膦酸盐0.5g和水300g，搅拌均匀后进行固井作业，对配制成的固井水泥浆体系c进行性能评价，结果见表5和表6。

表5固井水泥浆体系c

表6固井水泥浆体系2性能评价

从上表可以得出，未添加热解析法处理后含油钻屑干粉固井水泥浆体系在80℃、常压、24h条件下抗压强度为34MPa；添加热解析法处理后含油钻屑干粉固井水泥浆体系在80℃、常压、24h条件下抗压强度为26.3MPa；强度满足油井水泥浆性能要求SY/T 6544-2017表层套管或技术套管固井施工对水泥浆的性能要求。

实施例5

固井水泥浆体系a、b、c重金属含量检测

实施例中通过重金属固定剂对固井水泥浆体系a、b、c体系中存在的重金属进行固定，达到降低重金属污染地层潜在风险的目的，并对固井水泥浆体系a、b、c中重金属含量进行检测，结果见表7。

表7固井水泥浆体系a、b、c重金属含量检测结果

由表7可以看出，体系中汞、总铬、砷、硒及六价铬均有检出，但检出浓度均远低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》 (GB5085.3-2007)规定的含量限值，经固化后体系不存在污染地层的风险。

综上所述，本发明提供的这种含油钻屑干粉的固井水泥浆体系及其制备方法，固井水泥浆体系性能满足设计要求，体系在固化24小时后，抗压强度可达14MPa以上，性能满足现场固井要求，处理后含油钻屑干粉经简单处理即可满足使用需求，经热解析法处理后含油钻屑干粉利用率达到99％以上，实现了处理产物有效资源化利用，经固化后固井水泥体系不存在污染地层的风险，降低了潜在的环境污染风险，实现了经济效益与社会效益的有机统一。

以上例举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 (10)

1.一种含油钻屑干粉的固井水泥浆体系，其特征在于：它由下列原料按下述质量百分比组成：固井水泥45％～65％、含油钻屑干粉5％～20％、分散剂0.5％～1％、重金属固定剂0.5％～2％、早强剂1％～3％、油井水泥用降失水剂1.9％～3％、油井水泥用缓凝剂0.05％～0.3％、溶剂20％～30％。

2.如权利要求1所述的含油钻屑干粉的固井水泥浆体系，其特征在于：所述固井水泥为油井水泥G级HSR。

3.如权利要求1所述的含油钻屑干粉的固井水泥浆体系，其特征在于：所述含油钻屑干粉为热解析法处理含油钻屑干粉。

4.如权利要求1所述的含油钻屑干粉的固井水泥浆体系，其特征在于：所述分散剂为聚羧酸类减水剂。

5.如权利要求1所述的含油钻屑干粉的固井水泥浆体系，其特征在于：所述重金属固定剂为沸石粉。

6.如权利要求1所述的含油钻屑干粉的固井水泥浆体系，其特征在于：所述早强剂为纳米晶核类早强剂。

7.如权利要求1所述的含油钻屑干粉的固井水泥浆体系，其特征在于：所述油井水泥用降失水剂为成膜型降失水剂。

8.如权利要求1所述的含油钻屑干粉的固井水泥浆体系，其特征在于：所述油井水泥用缓凝剂为宽温带缓凝剂。

9.如权利要求1所述的含油钻屑干粉的固井水泥浆体系，其特征在于：所述溶剂为水。

10.一种根据权利要求1-9任意一项所述的含油钻屑干粉的固井水泥浆体系的制备方法，其特征在于：具体步骤为：

1)按下述质量百分比称取原料：固井水泥45％～65％、含油钻屑干粉5％～20％、分散剂0.5％～1％、重金属固定剂0.5％～2％、早强剂1％～3％、油井水泥用降失水剂1.9％～3％、油井水泥用缓凝剂0.05％～0.3％、溶剂20％～30％；

2)在常温条件下依次加入上述质量百分比原料，搅拌均匀后进行固井作业，所述原料的加入顺序为：固井水泥、含油钻屑干粉、分散剂、重金属固定剂、早强剂、油井水泥用降失水剂、油井水泥用缓凝剂及溶剂。