CN113620634B - 一种油气井固井用低温早强剂及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种油气井固井用低温早强剂及制备方法，其中，所述早强剂由如下重量份成分组成：1.0‑1.5份甲酸钙、0.20‑0.40份硫酸钙、0.20‑0.40份硫酸铝、0.20‑0.50份硅酸钠、0.20‑0.50份硫酸钠、0.10‑0.30份铝酸钠、0.20‑0.50份偏高岭土、0.10‑0.30份埃洛石纳米管、0.01‑0.03份气相二氧化硅和0.01‑0.03份纳米碳溶胶。本发明的低温早强剂材料来源广泛。

Description

一种油气井固井用低温早强剂及制备方法
技术领域
本发明涉及油气井固井领域，具体的说，本发明涉及一种油气井固井用低温早强剂及其制备方法。
背景技术
浅层油气井，井底温度低，在低温条件下，一方面水泥因水化速度慢导致固井候凝时间长，候凝过程中易发生油气水侵，影响层间封固质量；另一方面，低温条件下水泥石强度发展缓慢、早期强度低，导致建井周期增长，增加成本，降低勘探开发经济效益。浅层油气井表层套管普遍采用G级油井水泥原浆固井，尤其是冬季固井施工，配浆水水温在0℃左右，表层套管固井施工结束后，水泥浆长时间处于低温状态，强度发展缓慢，候凝时间一般都在24h以上。个别井采用的低温早强剂适用温度一般都在25-30℃以上，针对更低温度固井，尤其是冬季施工，效果不明显。因此，需要使用能够适应更低温度且早强效果好的的低温早强剂，加快水泥在低温条件下的水化速度，促进水泥石早期强度发展，达到既能防止油气水侵，提高固井质量，又能缩短建井周期，降低成本的目的。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种油气井固井用低温早强剂。
本发明的另一目的在于提供所述的油气井固井用低温早强剂的制备方法。
为达上述目的，一方面，本发明提供了一种油气井固井用低温早强剂，其中，所述早强剂由如下重量份成分组成：1.0-1.5份甲酸钙、0.20-0.40份硫酸钙、0.20-0.40份硫酸铝、0.20-0.50份硅酸钠、0.20-0.50份硫酸钠、0.10-0.30份铝酸钠、0.20-0.50份偏高岭土、0.10-0.30份埃洛石纳米管、0.01-0.03份气相二氧化硅和0.01-0.03份纳米碳溶胶。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述硫酸钙为半水合硫酸钙。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述硫酸铝为无水硫酸铝。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述硅酸钠的模数为1。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述硫酸钠为无水硫酸钠。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述偏高岭土的平均粒径为50-100nm。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述埃洛石纳米管的管径为30-50nm，长度为500-1000nm。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述气相二氧化硅的平均原生粒径为7-40nm，聚集体粒径为200-300nm。
据本发明一些具体实施方案，其中，所述纳米碳溶胶的粒径为10-100nm。
另一方面，本发明还提供了所述的油气井固井用低温早强剂的制备方法，其中，所述方法包括将甲酸钙、硫酸钙、硫酸铝、硅酸钠、硫酸钠、铝酸钠、偏高岭土和埃洛石纳米管、气相二氧化硅和纳米碳溶胶混合均匀，得到所述油气井固井用低温早强剂。
综上所述，本发明提供了一种油气井固井用低温早强剂及其制备方法。本发明的早强剂具有如下优点：
1)可在低温10℃条件下，12小时水泥石抗压强度达到4.0MPa抗压强度，24小时达到14.2MPa，三天水泥石强度达到30.3MPa高强度；20℃条件下，6小时抗压强度达到5.1MPa，24小时达到22.7MPa；30℃条件下，4小时抗压强度达到4.9MPa，24小时达到24.7MPa。
2)本发明适用于G级、A级油井水泥，可与粉煤灰、漂珠等减轻剂一起使用，以配制出复合不同低密度要求的水泥浆，对水质无特殊要求。
3)现有早强剂大部分增稠作用明显，本发明的低温早强剂无明显增稠，不含氯离子，有利于固井安全施工及保护油气井套管。
4)本发明的低温早强剂材料来源广泛。
5)本发明的低温早强剂无毒无害，对环境无污染。
附图说明
图1是掺入本发明的低温早强剂所配制的水泥浆的稠化曲线，稠化实验温度为20℃，实验压力为10MPa，升温时间为10min，稠化时间为195min/70Bc，水泥浆中低温早强剂加量为占水泥的4％，水灰比为0.44。
图2是未掺入本发明的低温早强剂所配制的水泥浆的静胶凝强度发展曲线，实验温度为30℃，水灰比为0.44，水泥浆静胶凝强度发展慢。
图3是掺入本发明的低温早强剂所配制的水泥浆的静胶凝强度发展曲线，实验温度为30℃，水泥浆中低温早强剂加量为占水泥的4％，水灰比为0.44，水泥浆静胶凝强度发展明显加快。
具体实施方式
以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。
实施例1
按以下比例称取，甲酸钙：硫酸钙：硫酸铝：硅酸钠：硫酸钠：铝酸钠：偏高岭土：埃洛石纳米管：气相二氧化硅：纳米碳溶胶＝1.5:0.2:0.3:0.4:0.2:0.2:0.2:0.2：0.02:0.02，依次将称量好的上述材料加入混合机内，混合均匀，即得到低温早强剂。
实施例2：
按以下比例称取，甲酸钙：硫酸钙：硫酸铝：硅酸钠：硫酸钠：铝酸钠：偏高岭土：埃洛石纳米管：气相二氧化硅：纳米碳溶胶＝1.2:0.3:0.4:0.2:0.3:0.3:0.5:0.3:0.01:0.03，依次将称量好的上述材料加入混合机内，混合均匀，即得到低温早强剂。
实施例3：
甲酸钙：硫酸钙：硫酸铝：硅酸钠：硫酸钠：铝酸钠：偏高岭土：埃洛石纳米管：气相二氧化硅：纳米碳溶胶＝1.0:0.4:0.2:0.3:0.4:0.1:0.4:0.1:0.03:0.01，依次将称量好的上述材料加入混合机内，混合均匀，即得到低温早强剂。
应用例
本发明低温早强剂的早强功能：
在嘉华G级水泥中加入一定质量百分比的本发明实施例1的低温早强剂，按GB/T19139-2003标准制备水泥浆，水灰比为0.44，水泥浆密度为1.90g/cm3。测定水泥浆在不同养护温度下的抗压强度，评定结果见表1。结果表明，本发明的低温早强剂能显著提高G级油井水泥在低温条件下的抗压强度，当温度越低时，抗压强度增幅越明显。说明本发明的低温早强剂具有优异的低温早强功效，有利于缩短浅层油气井固井候凝时间，降低成本。
表1低温早强剂在不同温度下对水泥石强度的影响(常压养护)
Figure BDA0002480035950000041
在嘉华G级水泥中加入一定质量百分比的本发明实施例1的低温早强剂，按GB/T19139-2003标准制备水泥浆，水灰比为0.44，水泥浆密度为1.90g/cm3。测定水泥浆在不同养护温度下初凝及终凝时间，评定结果见表2。结果表明，本发明的低温早强剂能显著缩短低温条件下水泥浆的初凝时间、终凝时间以及终凝与初凝时间差，证明发明的低温早强剂能够显著提升水泥浆强度发展速率，有利于防止低温浅层水、气窜，提高固井质量。
表2低温早强剂在不同温度下对水泥浆初凝及终凝时间的影响
Figure BDA0002480035950000042
另外，掺入本发明实施例1的低温早强剂所配制的水泥浆的稠化曲线如图1所示；未掺入本发明的低温早强剂所配制的水泥浆的静胶凝强度发展曲线如图2所示，掺入本发明的低温早强剂所配制的水泥浆的静胶凝强度发展曲线如图3所示。

Claims (3)

1.一种油气井固井用低温早强剂，其中，所述早强剂由如下重量份成分组成：1.0-1.5份甲酸钙、0.20-0.40份硫酸钙、0.20-0.40份硫酸铝、0.20-0.50份硅酸钠、0.20-0.50份硫酸钠、0.10-0.30份铝酸钠、0.20-0.50份偏高岭土、0.10-0.30份埃洛石纳米管、0.01-0.03份气相二氧化硅和0.01-0.03份纳米碳溶胶；所述偏高岭土的平均粒径为50-100nm；所述埃洛石纳米管的管径为30-50nm，长度为500-1000nm；所述气相二氧化硅的平均原生粒径为7-40nm，聚集体粒径为200-300nm；所述纳米碳溶胶的粒径为10-100nm，所述硫酸铝为无水硫酸铝，所述硫酸钠为无水硫酸钠，所述硅酸钠的模数为1。
2.根据权利要求1所述的油气井固井用低温早强剂，其中，所述硫酸钙为半水合硫酸钙。
3.权利要求1或2所述的油气井固井用低温早强剂的制备方法，其中，所述方法包括将甲酸钙、硫酸钙、硫酸铝、硅酸钠、硫酸钠、铝酸钠、偏高岭土、埃洛石纳米管、气相二氧化硅和纳米碳溶胶混合均匀，得到所述油气井固井用低温早强剂。
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