CN112574730A - 一种油井水泥强度衰退抑制剂 - Google Patents

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周仕明
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Abstract

本发明公开了一种基于活性硅铝氧化物的油井水泥强度衰退抑制剂，包括如下组分：组分(1)，二氧化硅，30‑60份；组分(2)，三氧化二铝，40‑70份。本发明的油井水泥强度衰退抑制剂可以改变水泥水化产物，提高水泥石的密实性，降低水泥石的孔隙度和渗透率，从而可以有效抑制超深井高温复杂条件下油井水泥强度的衰退，适用温度范围广，且不会对水泥浆性能产生不利影响。

Description

一种油井水泥强度衰退抑制剂
技术领域
本发明涉及一种油井水泥强度衰退抑制剂，尤其是基于活性硅铝氧化物的油井水泥强度衰退抑制剂，属于油气井固井领域。
背景技术
随着我国油气勘探开发的深入特别是西部地区，钻遇的超深井越来越多，地层更加复杂，因此，固井也面临着新的技术挑战，特别是超深井高温高压复杂条件下油井水泥强度衰退的问题尤为突出。
油气开采过程中水泥环长期处于井下高温环境中，在油气井服役期内必须要保证水泥石的力学强度、胶结性能和层间封隔效果达到要求。G级油井水泥适用于温度低于93℃的油气井，在高温下使用会出现力学性能急剧衰退的现象，即G级油井水泥石力学性能会在短时间内快速衰减并丧失密封性能，影响油气井寿命。
目前固井中防止油井水泥强度衰退的外掺料主要有石英砂等，国内外学者通过大量实验证明，硅酸盐水泥中掺入含SiO2的外掺料，调节水泥熟料钙硅比，通过增大加量可使钙硅比降低至1.0左右，利于形成一种高温稳定性物质雪硅钙石硅酸盐，从而使水泥石保持较高的强度。而这些外加剂在超过150℃高温环境中长期服役的水泥石都会出现不同程度的抗压强度降低、渗透率增大现象，致使其力学性能无法满足高温油气井长期开采的需求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有超深井高温复杂条件下油井水泥强度衰退的问题，提供一种基于活性硅铝氧化物的油井水泥强度衰退抑制剂，本发明的油井水泥强度衰退抑制剂可以改变水泥水化产物，提高水泥石的密实性，降低水泥石的孔隙度和渗透率，从而可以有效抑制超深井高温复杂条件下油井水泥强度的衰退。
根据本发明的一个方面，提供了一种油井水泥强度衰退抑制剂，包括如下组分：
组分(1)，二氧化硅，30-60份；
组分(2)，三氧化二铝，40-70份。
根据本发明的优选实施方式，所述组分(1)的重量份为35-55份，优选为40-50份；所述组分(2)的重量份为45-65份，优选为50-60份。
根据本发明的优选实施方式，所述二氧化硅的粒径范围为0.1-0.25μm。
根据本发明的优选实施方式，所述三氧化二铝的粒径范围为40-7-nm。
根据本发明的优选实施方式，所述抑制剂通过将组分(1)和组分(2)混合制得。例如可将组分(1)和组分(2)混合搅拌，直至混合均匀，用肉眼观察无假性颗粒，即得。本发明的抑制剂一般为灰褐色粉末产品。
根据本发明的优选实施方式，所述组分(1)在混合前先进行活化，然后再与组分(2)混合。
根据本发明的优选实施方式，通过对所述组分(1)进行高温煅烧进行活化；所述煅烧的温度为800-1200℃，优选为900-1000℃；所述煅烧的时间为10-18h，优选为12-16h。
根据本发明的优选实施方式，所述组分(2)在混合前先进行活化，然后再与组分(1)混合。
根据本发明的优选实施方式，通过对所述组分(2)进行高温煅烧进行活化；所述煅烧的温度为400-900℃，优选为500-800℃；所述煅烧的时间为6-16h，优选为8-12h。
根据本发明的另一个方面，提供了上述油井水泥强度衰退抑制剂在抑制油井水泥强度衰退方面的应用，尤其是在抑制超深井高温条件下油井水泥强度衰退方面的应用。
根据本发明的优选实施方式，所述超深井高温条件的温度至少为200℃。
本发明的油井水泥强度衰退抑制剂加入到水泥浆中使用，优选地，以水泥重量为100份计，加入所述的基于活性硅铝氧化物的油井水泥强度衰退抑制剂20～40份，可有效改善水泥强度的衰退问题。
本发明的优点和有益技术效果如下：
本发明的油井水泥强度衰退抑制剂，具有抑制200℃以上高温条件下油井水泥强度衰退的优点，外加剂中的超细二氧化硅和超细三氧化二铝可以充填在水泥颗粒之间，还能与水泥中的水化产物发生二次水化，生成更多有序稳定的硅铝酸钙水化产物，且其为针状晶粒，可穿插搭接成网状结构，降低水泥石的孔隙度和渗透率，故在200℃以上温度形成的水泥石仍具有较好的高温力学性能，使水泥石在高温下具有更好的结构稳定性，从而提高油井水泥石抗压强度，具有较好的推广和应用价值。
具体实施方式
以下结合具体实施例说明本发明，但这些实施例并不用来限制本发明的范围，该领域的技术人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。
如无特别指明，实施例中使用的原料均为市售。
一、抑制剂的制备
实施例1
将300g超细二氧化硅在1000℃温度下煅烧16h，将700g超细三氧化二铝在800℃温度下煅烧12h，将两者产物放入搅拌机中混合搅拌1h后得油井水泥强度衰退抑制剂产品1号。
实施例2
将500g超细二氧化硅在1000℃温度下煅烧16h，将500g超细三氧化二铝在800℃温度下煅烧12h，将两者产物放入搅拌机中混合搅拌1h后得油井水泥强度衰退抑制剂产品2号。
实施例3
将600g超细二氧化硅在900℃温度下煅烧12h，将400g超细三氧化二铝在500℃温度下煅烧8h，将两者产物放入搅拌机中混合搅拌1h后得油井水泥强度衰退抑制剂产品3号。
实施例4
将400g超细二氧化硅在1000℃温度下煅烧16h，将600g超细三氧化二铝在800℃温度下煅烧12h，将两者产物放入搅拌机中混合搅拌1h后得油井水泥强度衰退抑制剂产品4号。
对比例1
将200g超细二氧化硅在1000℃温度下煅烧16h，将800g超细三氧化二铝在800℃温度下煅烧12h，将两者产物放入搅拌机中混合搅拌1h后得油井水泥强度衰退抑制剂产品5号。
对比例2
将700g超细二氧化硅在1000℃温度下煅烧16h，将300g超细三氧化二铝在800℃温度下煅烧12h，将两者产物放入搅拌机中混合搅拌1h后得油井水泥强度衰退抑制剂产品6号。
对比例3
将1000g超细二氧化硅在1000℃温度下煅烧16h后得油井水泥强度衰退抑制剂产品7号。
对比例4
将1000g超细三氧化二铝在800℃温度下煅烧12h后得油井水泥强度衰退抑制剂产品8号。
二、超声波强度测试
1.水泥浆制备
油井水泥(嘉华G级)100份，防气窜剂(丁苯胶乳)10份，降失水剂(AMPS与丙烯酰胺聚合物)3份，分散剂(磺化丙酮甲醛缩合物)0.5份，缓凝剂(磷酸盐与酒石酸的复配物)0.5份，消泡剂(有机硅)0.5份，液固比0.44，搅拌器以低速(4000±200转/分)转动，并在15秒内加完称取的水泥，盖上搅拌器的盖子，并在高速(12000±500转/分)下继续搅拌35秒，制得空白水泥浆1。
油井水泥(嘉华G级)100份，硅粉35份，防气窜剂(丁苯胶乳)10份，降失水剂(AMPS与丙烯酰胺聚合物)3份，分散剂(磺化丙酮甲醛缩合物)0.5份，缓凝剂(磷酸盐与酒石酸的复配物)0.5份，消泡剂(有机硅)0.5份，液固比0.44，搅拌器以低速(4000±200转/分)转动，并在15秒内加完称取的水泥，盖上搅拌器的盖子，并在高速(12000±500转/分)下继续搅拌35秒，制得空白水泥浆2。
油井水泥(嘉华G级)100份，硅粉35份，分别添加油井水泥强度衰退抑制剂产品1-8号25份，防气窜剂(丁苯胶乳)10份，降失水剂(AMPS与丙烯酰胺聚合物)3份，分散剂(磺化丙酮甲醛缩合物)0.5份，缓凝剂(磷酸盐与酒石酸的复配物)0.5份，消泡剂(有机硅)0.5份，液固比0.44，搅拌器以低速(4000±200转/分)转动，并在15秒内加完称取的水泥，盖上搅拌器的盖子，并在高速(12000±500转/分)下继续搅拌35秒，分别制得油井水泥强度衰退抑制剂测试水泥浆1-8号。
2.油井水泥强度衰退抑制测试
传统的强度检测方法借助于高温高压养护釜、压力机等配套设备，而且仅能求取特定时间的强度，要求取其它时间的强度值，需要重新进行实验，实验效率相对低下，因此本实验采用5265静胶凝强度分析仪，实现对水泥浆静胶凝强度连续监测,进而模拟出水泥石强度发展的全过程。
将配好的水泥浆倒入5265静胶凝强度分析仪的养护釜中，设置养护温度为200℃，养护压力为30MPa，读取1d、2d、3d、7d、30d的强度值。
测试结果，如表1。从测试结果看各油井水泥强度衰退抑制剂均能有效延缓油井水泥高温强度衰退，适合超深井高温水泥浆的制备。
表1加入不同实例样的水泥石强度测试结果
Figure BDA0002218357730000051
Figure BDA0002218357730000061
本发明所述的油井水泥用活性硅铝氧化物外加剂具有抑制200℃高温条件下油井水泥强度衰退的优点，外加剂中的超细二氧化硅和超细三氧化二铝可以充填在水泥颗粒之间，还能与水泥中的水化产物发生二次水化，生成更多有序稳定的硅铝酸钙水化产物，且其为针状晶粒，可穿插搭接成网状结构，降低水泥石的孔隙度和渗透率，故在200℃温度形成的水泥石仍具有较好的高温力学性能，使水泥石在14d高温下具有更好的结构稳定性，从而提高油井水泥石抗压强度。
在本发明中的提到的任何数值，如果在任何最低值和任何最高值之间只是有两个单位的间隔，则包括从最低值到最高值的每次增加一个单位的所有值。例如，如果声明一种组分的量，或诸如温度、压力、时间等工艺变量的值为50-90，在本说明书中它的意思是具体列举了51-89、52-88……以及69-71以及70-71等数值。对于非整数的值，可以适当考虑以0.1、0.01、0.001或0.0001为一单位。这仅是一些特殊指明的例子。在本申请中，以相似方式，所列举的最低值和最高值之间的数值的所有可能组合都被认为已经公开。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (10)

1.一种油井水泥强度衰退抑制剂，包括如下组分：
组分(1)，二氧化硅，30-60份；
组分(2)，三氧化二铝，40-70份。
2.根据权利要求1所述的抑制剂，其特征在于，所述组分(1)的重量份为30-60份，所述组分(2)的重量份为70-40份。
3.根据权利要求1或2所述的抑制剂，其特征在于，所述二氧化硅的粒径范围为0.1-0.25μm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的抑制剂，其特征在于，所述三氧化二铝的粒径范围为40-100nm。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的抑制剂，其特征在于，所述抑制剂通过将组分(1)和组分(2)混合制得。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的抑制剂，其特征在于，所述组分(1)在混合前先进行活化，然后再与组分(2)混合。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的抑制剂，其特征在于，通过对所述组分(1)进行高温煅烧进行活化；所述煅烧的温度为800-1200℃，优选为900-1000℃；所述煅烧的时间为10-18h，优选为12-16h。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的抑制剂，其特征在于，所述组分(2)在混合前先进行活化，然后再与组分(1)混合。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的抑制剂，其特征在于，通过对所述组分(2)进行高温煅烧进行活化；所述煅烧的温度为400-900℃，优选为500-800℃；所述煅烧的时间为6-16h，优选为8-12h。
10.权利要求1-9中任一项所述的油井水泥强度衰退抑制剂在抑制油井水泥强度衰退方面的应用，尤其是在抑制超深井高温条件下油井水泥强度衰退方面的应用。
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