CN112010590A - 固井水泥浆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种固井水泥浆，属于石油与天然气固井技术领域。本发明提供了一种固井水泥浆，包括以下重量份的组分：油井水泥115‑135份、EVA 2‑15份、蛭石3‑20份、珍珠岩3.5‑25份、微硅3‑10份、纤维0.2‑0.5份、降失水剂1‑1.5份、分散剂0.3‑1.2份和水65‑115份。本发明的固井水泥浆具有较低的密度和良好的塑性，该固井水泥浆的密度在1.45‑1.55g/cm3范围内可调，EVA、蛭石和纤维的加入使得固井水泥浆可增强水泥环的韧性和抗冲击能力，提高低压易漏地层的固井质量。该固井水泥浆的原料易得、成本低，现场施工混拌时，简单易操作，不闪凝，不憋泵。

Description

固井水泥浆
技术领域
本发明涉及一种固井水泥浆，属于石油与天然气固井技术领域。
背景技术
随着油气资源勘探领域的发展，越来越多的复杂地层被发现，复杂地层油气资源丰富但勘探程度较低。因此，复杂地层的油气勘探开发日益受到重视，而复杂地层对开采、注水泥技术要求也较高，尤其是裂缝型、压力系数低的易漏易塌地层，采用常规密度水泥浆和常规塑性水泥浆体系固井，很容易造成地层薄弱层位漏失，造成储层伤害，固井质量不合格，导致固井失败。为了尽可能最大限度地勘探开发出低压、易漏地层的丰富油气资源，注水泥固井技术成为开发油气资源的核心，提高深井复杂井的固井质量，在油田开采中具有极其重要的意义。
复杂地层固井面临诸多挑战，给固井施工带来极大的困难，例如，复杂地层区块多、储层物性差、裂缝发育及非均质性强等，固井时高密度水泥浆极易漏入地层，造成水泥低返，无法达到封固环空高度要求，不能有效分隔油气水层，密封质量差，同时易污染储层，直接影响油气田的产能及合理开发，并将对后期储层改造带来一系列问题，如压裂难度增大、渗流通道改变等。
复杂地层尤其是低压易漏地层油气资源勘探对固井水泥浆性能提出了更高的要求，例如，水泥浆密度低，使其低于地层破裂压力梯度；抗压强度高，低温下能快速凝固，并形成一定的早期抗压强度，减小水泥石的渗透率；塑性高，提高水泥石韧性，增强水泥石井下承受围压的能力；水泥石收缩率小，水泥石与地层的密封性和胶结性好；水泥浆失水量小；水泥浆流动性好，泵注负荷小等。
为解决上述问题，需要提供一种固井水泥浆，该固井水泥浆具有较低的密度和良好的塑性，以满足低压裂缝型、易漏易塌复杂地层的固井作业要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固井水泥浆，该固井水泥浆具有较低的密度和良好的塑性。
本发明的技术方案如下：
一种固井水泥浆，包括以下重量份的组分：
油井水泥115-135份、EVA 2-15份、蛭石3-20份、珍珠岩3.5-25份、微硅3-10份、纤维0.2-0.5份、降失水剂1-1.5份、分散剂0.3-1.2份和水65-115份。
本发明的固井水泥浆具有较低的密度和良好的塑性，该固井水泥浆的密度在1.45-1.55g/cm3范围内可调，EVA、蛭石和纤维的加入使得固井水泥浆可增强水泥环的韧性和抗冲击能力，提高低压易漏地层的固井质量。该固井水泥浆的原料易得、成本低，现场施工混拌时，简单易操作，不闪凝，不憋泵。
本发明通过在油井水泥中有针对性地加入EVA、蛭石、珍珠岩、微硅和纤维，使得这些组分在形成水泥浆、成为水泥石时，互相之间可形成紧密颗粒堆积体系，使水泥石具有低密度、高塑性强度和低渗透率的特点。
本发明的固井水泥浆是一种具有低密度、高强度、高塑性、低失水量、沉降稳定性好，且稠化时间以及抗压强度的变化也满足现场固井施工要求的低密度塑性水泥浆。该低密度塑性水泥浆适用于低压易漏地层固井作业，有助于缩短固井作业时间并降低成本。
优选地，所述油井水泥为G级油井水泥、A级油井水泥、C级油井水泥中的至少一种。G级油井水泥、A级油井水泥或C级油井水泥与EVA、蛭石、珍珠岩、微硅、纤维、降失水剂和分散剂等具有较好的配伍性，使固井水泥浆体系稳定，在特定温度和压力下的稠化时间以及在特定温度、压力和养护龄期下的抗压强度等性能满足固井的要求。
优选地，所述油井水泥包括15-35重量份的粒径为4-10μm的油井超细水泥和100重量份的粒径为10-48μm的普通油井水泥。应当理解的是，若油井超细水泥的粒径为10μm，此时，粒径为10-48μm的普通油井水泥的粒径大于10μm。油井超细水泥比表面积大，可使得固井水泥浆通过窄缝的能力强，进一步提高其封堵效果。
优选地，所述EVA中醋酸乙烯的含量为18wt％-32wt％，所述EVA的粒径为20-70μm。EVA为一种乙烯-醋酸乙烯共聚物，醋酸乙烯的含量为18wt％-32wt％指的是，乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯单体对应的结构单元在乙烯-醋酸乙烯共聚物中的含量为18wt％-32wt％。含量为18wt％-32wt％的醋酸乙烯降低了结晶度，使得EVA具有较好的粘结强度和柔软性、抗冲击性，填料相容性和热密封性能，化学稳定性良好，有利于获得高强度、低弹性模量的韧性水泥石，如果醋酸乙烯的含量小于18wt％，水泥石抗折强度较低，韧性不足，如果醋酸乙烯的含量大于32wt％，水泥石(抗压)强度降低，不能满足固井要求。粒径为20-70μm的EVA可与其它原料形成紧密颗粒堆积体系，使水泥石具有低密度、高塑性强度和低渗透率的特点。
优选地，所述蛭石的吸水率为18％-25％。吸水率为18％-25％的蛭石有助于固井水泥浆保持悬浮稳定，且蛭石具膨胀特性，有利于防止微环隙的生成，可提高界面与层间胶结质量，进行防漏、堵漏。
优选地，所述珍珠岩的膨胀倍数为6-25倍，所述珍珠岩的粒径为15-74μm。膨胀倍数为6-25倍的珍珠岩有利于降低浆体密度，使浆体密度调整范围广，适应地层压力低且易漏失井的固井。粒径为15-74μm的珍珠岩可与其它原料形成紧密颗粒堆积体系，使水泥石具有低密度、高塑性强度和低渗透率的特点。
优选地，所述微硅的粒径为0.05-0.3μm，所述微硅的比表面积20-28m2/g。粒径为0.05-0.3μm的微硅与水泥反应活性高，有助于提高水泥石的抗压强度和胶结强度，降低水泥石的渗透率，降低水泥石强度衰退速率。
优选地，所述纤维为聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维中的至少一种。聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维或聚乙烯醇纤维具有微观增强增韧的作用，有助于提高水泥石的抗压强度和抗拉强度。
优选地，所述降失水剂为醛类缩合剂和/或酸类缩合剂。醛类缩合剂和/或酸类缩合剂对水泥水化影响副作用较小。
优选地，所述分散剂为磺化甲醛-丙酮缩聚物。磺化甲醛-丙酮缩聚物对水泥水化影响副作用较小。
附图说明
图1为固井水泥浆的实施例10和对比例3的G级水泥原浆的水泥石的抗压强度柱状图；
图2为固井水泥浆的实施例10得到的水泥石、对比例3得到的原浆水泥石、对比例4得到的常规漂珠低密度水泥石的抗压强度-应变曲线图。
具体实施方式
下面结合实施方式对本发明作进一步说明。
本发明的固井水泥浆中，包括以下重量份的组分：
油井水泥120-135份、EVA 8-15份、蛭石14-16份、珍珠岩6-20份、微硅4-8份、纤维0.25-0.5份、降失水剂1.15-1.5份、分散剂0.35-1.0份和水65-110份。
通过合理调整和优化各组分的用量，使得固井水泥浆具有较低的密度和较优的塑性。
本发明的固井水泥浆中，油井超细水泥可以是G级油井水泥、A级油井水泥、C级油井水泥中的至少一种。
本发明的固井水泥浆中，EVA的软化温度为75℃。EVA的密度为0.65-0.75g/cm3。EVA的熔点为90-95℃。
本发明的固井水泥浆中，蛭石的密度为1.01-1.17g/cm3。蛭石的抗压强度100-160MPa。
本发明的固井水泥浆中，珍珠岩的微观结构呈球形，珍珠岩的密度为1.08-1.25g/cm3。珍珠岩的杂质含量为0.7wt％-2.5wt％。所述珍珠岩中SiO2含量68％-74％。
本发明的固井水泥浆中，所述微硅中SiO2含量为75％-98％。
优选地，微硅中二氧化硅含量为95％-98％。
本发明的固井水泥浆中，纤维的长度为1.5-3.0mm。纤维的抗拉强度为0.95-1.15GPa。
长度为1.5-3.0mm的纤维可与其它原料形成紧密颗粒堆积体系，使水泥石具有低密度、高塑性强度和低渗透率的特点。
本发明的固井水泥浆中，分散剂的比表面积为3000-3700cm2/g。
本发明的固井水泥浆中，对水的种类不作限定，可以是淡水、海水或矿化度水。
一种上述固井水泥浆的制备方法，包括以下步骤：将所述的水和各组分混匀，得到固井水泥浆。该制备方法操作简单，易于生产。
固井水泥浆的实施例1
本实施例的固井水泥浆，由以下重量份的组分组成：
G级油井水泥100份、G级超细水泥15份、EVA粉5份、蛭石10份、珍珠岩10份、微硅8份、纤维0.2份、降失水剂1.2份、分散剂0.5份和水70份。
其中，G级油井水泥为购自胜利油田黄河固井技术服务有限公司的G级油井水泥，粒径为21-40μm。
G级超细水泥为购自胜利油田黄河固井技术服务有限公司的油井G级超细水泥，油井超细水泥的粒径为4-10μm。
EVA粉为购自江阴市理想橡塑科技有限公司的MH-E60 EVA粉，醋酸乙烯含量为18wt％-32wt％。
蛭石为购自灵寿县昆建矿产品加工厂的zs140，吸水率为18％-25％。
珍珠岩为购自信阳市平桥区巨匠珍珠岩厂的2号珍珠岩，膨胀倍数为6-25倍。
微硅为购自嘉祥县大海化工有限公司的002微硅，粒径为0.05-0.3μm。
纤维为购自惠民县泰利化纤制品有限公司的3966聚丙烯纤维。
降失水剂为购自成都欧美克石油科技股份有限公司的QS-12S降失水剂。
分散剂为购自成都欧美克石油科技股份有限公司的QS-20S分散剂。
固井水泥浆的实施例2-4、对比例1
固井水泥浆的实施例2-4和对比例1与固井水泥浆的实施例1的不同之处在于，EVA的用量不同，具体如表1所示，其余组分和用量均与固井水泥浆的实施例1相同。
表1 EVA的用量
EVA的重量份
实施例1 5份
实施例2 8份
实施例3 12份
实施例4 15份
对比例1 20份
固井水泥浆的实施例5
本实施例的固井水泥浆，由以下重量份的组分组成：
G级油井水泥100份、油井超细水泥15份、EVA粉8份、蛭石5份、珍珠岩12份、微硅6份、纤维0.3份、降失水剂1.2份、分散剂0.5份和水70份。
各原料的牌号或来源与固井水泥浆的实施例1相同。
固井水泥浆的实施例6-9、对比例2
固井水泥浆的实施例6-9和对比例2与固井水泥浆的实施例5的不同之处在于，蛭石的用量不同，具体如表2所示，其余组分和用量均与固井水泥浆的实施例5相同。
表2 蛭石的用量
蛭石的重量份
实施例5 5
实施例6 8
实施例7 12
实施例8 15
实施例9 20
对比例2 25
固井水泥浆的实施例10
本实施例的固井水泥浆，由以下重量份的组分组成：
G级油井水泥100份、油井超细水泥15份、EVA粉12份、蛭石粉15份、珍珠岩粉15份、微硅8份、纤维0.3份、降失水剂1.2份、分散剂0.5份、水75份。
各原料的牌号或来源与固井水泥浆的实施例1相同。
固井水泥浆的实施例11-14
固井水泥浆的实施例11-14与固井水泥浆的实施例10的不同之处在于，各原料的用量不同，具体如表3所示，G级油井水泥均为100重量份，各原料的牌号或来源与固井水泥浆的实施例1相同。
表3 各原料的重量份
实施例11 实施例12 实施例13 实施例14
油井超细水泥 15 35 20 35
EVA 15 2 15 8
蛭石 3 20 14 16
珍珠岩 25 3.5 20 6
微硅 3 10 4 8
纤维 0.2 0.5 0.5 0.25
降失水剂 1 1.5 1.15 1.5
分散剂 0.3 1.2 1 0.35
水 70 70 70 110
固井水泥浆的制备方法的实施例1
本实施例的制备方法包括以下步骤：
将固井水泥浆的实施例1的各组分混匀，得到固井水泥浆。
固井水泥浆的制备方法的实施例2-14
固井水泥浆的制备方法的实施例2-14与固井水泥浆的实施例2-14所用的组分相对应，固井水泥浆的制备方法的实施例2-14的制备方法同固井水泥浆的制备方法的实施例1。
对比例3
本对比例为G级水泥原浆，由以下重量份的组分组成：
G级油井水泥100份、G级超细水泥15份和水44份。
G级油井水泥和G级超细水泥同固井水泥浆的实施例1。
对比例4
本对比例为常规漂珠低密度水泥浆，由以下重量份的组分组成：
油井水泥100份、漂珠25份、微硅5份、早强剂(购自成都欧美克石油科技有限公司的QS-32S早强剂牌号)3份、降失水剂(购自成都欧美克石油科技有限公司的QS-12S降失水剂牌号)1.5份、分散剂(购自成都欧美克石油科技有限公司的QS-20S分散剂牌号)0.6份和水75份。
试验例1
对固井水泥浆的实施例1-14和对比例1-4的油井水泥浆的性能进行测试，其中，油井水泥浆是按标准GB/T 19139-2003“油井水泥试验方法”制得的，油井水泥浆的性能是参考标准SY/T 6544-2003“油井水泥浆性能要求”进行测试的，得到的性能如表4所示。
表4 固井水泥浆的实施例1-14和对比例1-4的油井水泥浆性能
Figure BDA0002075323660000071
根据实施例1-4可知，随着EVA添加量的增加，油井水泥浆的密度减小，油井水泥浆的流变指数n增大，稠度系数K先增大后减小，说明EVA能改善油井水泥浆的流动性。
根据实施例5-9可知，随着蛭石添加量的增加，浆体密度降低，流动指数n增大，说明蛭石粉对水泥浆流动性有改善效果。
试验例2
将固井水泥浆的实施例1-14和对比例1-4的油井水泥浆按标准GB/T 19139-2003“油井水泥试验方法”制备浆体，然后在常压下、不同温度条件下分别养护24h、72h后测定抗压强度，得到的结果如表5所示。
表5 固井水泥浆的实施例1-14和对比例1-4的油井水泥浆的抗压强度和应变
Figure BDA0002075323660000081
根据实施例1-4可知，随着EVA添加量的增加，水泥石强度降低，但仍对水泥石的应变改善有一定效果。
根据实施例5-9可知，随着蛭石添加量的增加，水泥石强度先降低后增大，当添加量为15份时，水泥石强度较高，应变能力得到改善，塑性能力提升。
通过对比固井水泥浆的实施例10与对比例3的G级水泥原浆和对比例4的常规漂珠低密度水泥浆水泥石的抗压强度和应变，固井水泥浆的实施例10在40℃、24h的抗压强度超过对比例3和对比例4，强度和韧性得到充分提高。
试验例3
对固井水泥浆的实施例10进行测试，先将固井水泥浆的组分称量好并混匀，然后按标准GB/T 19139-2003“油井水泥试验方法”制备浆体，参照标准SY/T 6544-2003“油井水泥浆性能要求”测定不同温度、压力条件下水泥浆的密度、API失水量、稠化时间、流变性等性能。试验结果见表6。
表6 固井水泥浆的实施例10的性能
Figure BDA0002075323660000091
由表6可知，该固井水泥浆有较低的失水量，合理的稠化时间范围，很好的流动性。
取固井水泥浆的实施例10和对比例3的G级水泥原浆，在常温、常压下分别养护24h、48h，对其抗压强度进行表征，得到的结果如图1所示，测试结果表明，固井水泥浆的实施例10得到的低密度塑性固井水泥浆在40℃、24h的抗压强度明显大于对比例3的G级水泥原浆的抗压强度，可以看出低密度塑性固井水泥浆具有较优的低密早强性能，随着养护时间的延长，水泥石强度发展较好，能满足现场固井要求。
图2分别为固井水泥浆的实施例10得到的水泥石、对比例3得到的原浆水泥石、对比例4得到的常规漂珠低密度水泥石在70℃、24h养护条件下测得的抗压强度-应变曲线图。测试结果对比表明，固井水泥浆的实施例10得到的水泥石具有明显的应变特性，即具有较好的弹塑性表现。
以上所述仅是本发明的一种实施方式而已，应当指出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修饰，这些改进和修饰均属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种固井水泥浆，其特征在于，包括以下重量份的组分：
油井水泥115-135份、EVA 2-15份、蛭石3-20份、珍珠岩3.5-25份、微硅3-10份、纤维0.2-0.5份、降失水剂1-1.5份、分散剂0.3-1.2份和水65-115份。
2.根据权利要求1所述的固井水泥浆，其特征在于，所述油井水泥为G级油井水泥、A级油井水泥、C级油井水泥中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的固井水泥浆，其特征在于，所述油井水泥包括15-35重量份的粒径为4-10μm的油井超细水泥和100重量份的粒径为10-48μm的普通油井水泥。
4.根据权利要求1所述的固井水泥浆，其特征在于，所述EVA中醋酸乙烯的含量为18wt％-32wt％，所述EVA的粒径为20-70μm。
5.根据权利要求1所述的固井水泥浆，其特征在于，所述蛭石的吸水率为18％-25％。
6.根据权利要求1所述的固井水泥浆，其特征在于，所述珍珠岩的膨胀倍数为6-25倍，所述珍珠岩的粒径为15-74μm。
7.根据权利要求1所述的固井水泥浆，其特征在于，所述微硅的粒径为0.05-0.3μm，所述微硅的比表面积20-28m2/g。
8.根据权利要求1所述的固井水泥浆，其特征在于，所述纤维为聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的固井水泥浆，其特征在于，所述降失水剂为醛类缩合剂和/或酸类缩合剂。
10.根据权利要求1所述的固井水泥浆，其特征在于，所述分散剂为磺化甲醛-丙酮缩聚物。
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