CN116003021A - 一种水泥浆悬浮增强剂及水泥 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水泥浆悬浮增强剂以及水泥，包括以下组分：悬浮稳定剂、低温旱强剂以及增强剂。本发明涉及油田钻井固井技术领域，特别涉及一种水泥浆悬浮增强剂。本发明通过添加悬浮稳定剂、低温旱强剂以及增强剂使得液体低温低密度水泥浆无需强大的岸基支持进行混灰，无需强大的平台储灰能力，可以解决远离岸基支持的深水表层固井作业，全部可以在平台上进行直接加料操作，添加剂实现全液体化，增强时效性。同时既能保持浆体的沉降稳定性，还有较好的增强效果，使得深水开发井作业中的地层不易破裂，最终可解决漂珠低密度体系高成本的问题。
Description
技术领域
本发明涉及油田钻井固井技术领域，特别涉及一种水泥浆悬浮增强剂及水泥。
背景技术
中国海洋石油(中国)有限湛江分公司所在的陵水区块属于深水开发井，水深超过1500米，海底泥线温度接近0℃。其主要特点是低温下水泥石强度发展缓慢，地层压力窗口窄，表层固井需要低密度水泥浆进行固井作业，且平均每口井的一次性泵入量达到1300bbl-1500bbl，作业量大且时效要求高。
在固井方面，由于温度低，导致水泥石强度发展慢；由于压力窗口窄，对水泥浆密度要求控制准确，必须使用低密度水泥浆体系来防止地层漏失；由于深水开发井表层固井量大，作业频繁，使用固体减轻剂材料需要陆地提前混配混合水泥，需要很大的储存空间，导致陆地岸基支持混配漂珠水泥很难满足现场频繁作业的使用量。
国内对于深水探井表层作业进行封固时，均采用1.30SG-1.50SG低密度空心漂珠水泥浆进行固井，但其不适用于深水开发井作业，低密度空心漂珠水泥浆存在的缺点为：
1、因空心漂珠颗粒较大且为空心，承压能力有限，漂珠容易破碎增稠，环空摩阻增大，同样容易造成地层破裂；
2、空心漂珠水泥需要提前在陆地混伴，需要强大的陆地后勤支持，需要有搅拌站和自动化混伴系统，不利于远离陆地的岸基支持，也不适合未投资建立岸基支持时的海外新市场的应用；
3、深海作业一般离海岸较远，当进行批钻作业时，一个平台会同时进行6-7口井甚至更多的井同时在作业，平台的空间受限，灰罐储灰能力有限，耽误时效；
4、空心漂珠水泥价格相对昂贵。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种水泥浆悬浮增强剂，旨在解决现有技术中深水开发井作业中的地层破裂、不利于远离陆地的岸基支持、时效性差、价格昂贵的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种水泥浆悬浮增强剂，包括以下组分：悬浮稳定剂、低温旱强剂以及增强剂。
可选地，所述水泥浆悬浮增强剂中各组分的质量份数为：所述悬浮稳定剂为40～60份，所述低温旱强剂为10～20份，所述增强剂为5～15份。
可选地，所述悬浮稳定剂包括温仑胶溶液。
可选地，所述温仑胶溶液中温仑胶的质量分数为0.5～2％。
可选地，所述低温旱强剂包括硅酸钠溶液。
可选地，所述硅酸钠溶液中硅酸钠的模数为3.0～3.5。
可选地，所述增强剂包括纳米二氧化硅溶液。
可选地，所述纳米二氧化硅溶液中纳米二氧化硅的质量分数为40～70％；和/或，
所述纳米二氧化硅溶液中纳米二氧化硅的D50为0.2～0.4μm。
本发明还提出了一种水泥，包括所述水泥浆悬浮增强剂。所述水泥浆悬浮增强剂包括悬浮稳定剂、低温旱强剂以及增强剂。
可选地，所述水泥还包括水泥粉，所述水泥浆悬浮增强剂与所述水泥粉的质量比为(20～25)：100；和/或，
所述水泥中还包括水泥粉和促凝剂，所述促凝剂与所述水泥粉的质量比为(0.5～0.85):100。
本发明提供了一种水泥浆悬浮增强剂，通过添加悬浮稳定剂、低温旱强剂以及增强剂使得液体低温低密度水泥浆无需强大的岸基支持进行混灰，无需强大的平台储灰能力，可以解决远离岸基支持的深水表层固井作业，全部可以在平台上进行直接加料操作，添加剂实现全液体化，增强时效性。同时既能保持浆体的沉降稳定性，还有较好的增强效果，使得深水开发井作业中的地层不易破裂，最终可解决漂珠低密度体系高成本的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例6的水泥温度、压力及稠度变化曲线图；
图2为本发明实施例7的水泥温度、压力及稠度变化曲线图；
图3为本发明实施例6抗压强度变化曲线图；
图4为本发明实施例8的水泥温度、压力及稠度变化曲线图；
图5为本发明实施例7抗压强度变化曲线图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
中国海洋石油(中国)有限湛江分公司所在的陵水区块属于深水开发井，水深超过1500米，海底泥线温度接近0℃。其主要特点是低温下水泥石强度发展缓慢，地层压力窗口窄，表层固井需要低密度水泥浆进行固井作业，且平均每口井的一次性泵入量达到1300bbl-1500bbl，作业量大且时效要求高。
在固井方面，由于温度低，导致水泥石强度发展慢；由于压力窗口窄，对水泥浆密度要求控制准确，必须使用低密度水泥浆体系来防止地层漏失；由于深水开发井表层固井量大，作业频繁，使用固体减轻剂材料需要陆地提前混配混合水泥，需要很大的储存空间，导致陆地岸基支持混配漂珠水泥很难满足现场频繁作业的使用量。
国内对于深水探井表层作业进行封固时，均采用1.30SG-1.50SG低密度空心漂珠水泥浆进行固井，但其不适用于深水开发井作业，低密度空心漂珠水泥浆存在的缺点为：1)因空心漂珠颗粒较大且为空心，承压能力有限，漂珠容易破碎增稠，环空摩阻增大，同样容易造成地层破裂；2)空心漂珠水泥需要提前在陆地混伴，需要强大的陆地后勤支持，需要有搅拌站和自动化混伴系统，不利于远离陆地的岸基支持，也不适合未投资建立岸基支持时的海外新市场的应用；3)深海作业一般离海岸较远，当进行批钻作业时，一个平台会同时进行6-7口井甚至更多的井同时在作业，平台的空间受限，灰罐储灰能力有限，耽误时效；4)空心漂珠水泥价格相对昂贵。鉴于此，本发明提供了一种水泥浆悬浮增强剂。
本发明所提供的一种水泥浆悬浮增强剂，包括以下组分：悬浮稳定剂、低温旱强剂以及增强剂。
本发明通过添加悬浮稳定剂、低温旱强剂以及增强剂使得液体低温低密度水泥浆无需强大的岸基支持进行混灰，无需强大的平台储灰能力，可以解决远离岸基支持的深水表层固井作业，全部可以在平台上进行直接加料操作，添加剂实现全液体化，增强时效性。同时既能保持浆体的沉降稳定性，还有较好的增强效果，使得深水开发井作业中的地层不易破裂，最终可解决漂珠低密度体系高成本的问题。
进一步地，所述水泥浆悬浮增强剂中各组分的质量份数为：所述悬浮稳定剂为40～60份，所述低温旱强剂为10～20份，所述增强剂为5～15份。在此质量份数下，沉降稳定性更好，增强效果较好。进一步地，所述水泥浆悬浮增强剂中各组分的质量份数为：所述悬浮稳定剂为50份，所述低温旱强剂为15份，所述增强剂为10份。在此质量份数下，沉降稳定性最好，增强效果最佳。
进一步地，所述悬浮稳定剂包括温仑胶溶液，添加温仑胶溶液，可以使得所述悬浮稳定剂具有较好的中低温稳定性和悬浮性。
进一步地，所述温仑胶溶液中温仑胶的质量分数为0.5～2％，在此质量分数下，所述悬浮稳定剂的中低温稳定性和悬浮性较好。其中，温仑胶溶液中温仑胶的质量分数更优选为1％。
进一步地，所述低温旱强剂包括硅酸钠溶液，添加硅酸钠溶液，可以使得在低温环境下能促进水泥的水化，在高水灰比环境下提升浆体的粘度，具有较好的中低温增强效果和悬浮性。
进一步地，所述硅酸钠溶液中硅酸钠的模数为3.0～3.5，硅酸钠的模数为为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值，其中，二氧化硅与氧化钠的摩尔数的比值n，又称为水玻璃的模数，n≥3时称为中性水玻璃，n<3的称为碱性水玻璃，在本发明中，n为3～3.5，也即为中性水玻璃。
进一步地，所述增强剂包括纳米二氧化硅溶液，添加二氧化硅溶液可以具有较好的防窜性能，能参与水泥的水化反应，具有较好的中低温稳定性和悬浮性。
进一步地，所述纳米二氧化硅溶液中纳米二氧化硅的质量分数为40～70％，在此质量分数下，所述增强剂的防窜稳定性更好，对稳定性和悬浮性的增强效果更好。其中，纳米二氧化硅溶液中纳米二氧化硅的质量分数优选为50％。
进一步地，所述纳米二氧化硅的D50为0.2～0.4μm，也即纳米二氧化硅的中位径或中值粒径为0.2～0.4μm，在此粒径下，所述增强剂的防窜稳定性更好，对稳定性和悬浮性的增强效果更好。
本发明还提出了一种水泥，包括所述水泥浆悬浮增强剂。所述水泥浆悬浮增强剂包括悬浮稳定剂、低温旱强剂以及增强剂。所述水泥包括所述水泥浆悬浮增强剂所有的技术方案，因此同样具有上述技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
进一步地，所述水泥还包括水泥粉，所述水泥浆悬浮增强剂与所述水泥粉的质量比为(20～25)：100。在此质量比下，对水泥的悬浮增强效果更佳。
进一步地，所述水泥中还包括水泥粉和促凝剂，所述促凝剂与所述水泥粉的质量比为(0.5～0.85):100。在此质量比下，对水泥的悬浮增强效果更佳。
以下结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种水泥浆悬浮增强剂，按质量份数计，包括以下组分：
40份质量分数为0.5％的温仑胶溶液；
10份硅酸钠模数为3的硅酸钠溶液；
5份质量分数为40％，D50为0.2μm的纳米二氧化硅溶液。
实施例2
一种水泥浆悬浮增强剂，按质量份数计，包括以下组分：
60份质量分数为2％的温仑胶溶液；
20份硅酸钠模数为3.5的硅酸钠溶液；
15份质量分数为70％，D50为0.4μm的纳米二氧化硅溶液。
实施例3
一种水泥浆悬浮增强剂，按质量份数计，包括以下组分：
45份质量分数为1.8％的温仑胶溶液；
12份硅酸钠模数为3的硅酸钠溶液；
8份质量分数为65％，D50为0.3μm的纳米二氧化硅溶液。
实施例4
一种水泥浆悬浮增强剂，按质量份数计，包括以下组分：
55份质量分数为1.5％的温仑胶溶液；
18份硅酸钠模数为3.3的硅酸钠溶液；
13份质量分数为68％，D50为0.35μm的纳米二氧化硅溶液。
实施例5
一种水泥浆悬浮增强剂，按质量份数计，包括以下组分：
50份质量分数为1％的温仑胶溶液；
15份硅酸钠模数为3.2的硅酸钠溶液；
10份质量分数为50％，D50为0.25μm的纳米二氧化硅溶液。
实施例6
一种水泥，按质量份数计，包括实施例1中的水泥浆悬浮增强剂20份，促凝剂0.6份。
实施例7
一种水泥，按质量份数计，包括实施例2中的水泥浆悬浮增强剂21份，促凝剂0.5份。
实施例8
一种水泥，按质量份数计，包括实施例3中的水泥浆悬浮增强剂22份，促凝剂0.7份。
实施例9
一种水泥，按质量份数计，包括实施例4中的水泥浆悬浮增强剂24份，促凝剂0.8份。
实施例10
一种水泥，按质量份数计，包括实施例5中的水泥浆悬浮增强剂25份，促凝剂0.85份。
对比例1
对比例1的水泥中，水泥浆悬浮增强剂为美国贝克休斯(BJ)液体减轻材料，其他与实施例10相同。
对比例2
对比例2的水泥中，除水泥浆悬浮增强剂除硅酸钠模数为1外，其他与实施例10相同。
对比例3
对比例3的水泥中，除水泥浆悬浮增强剂除纳米二氧化硅的D50为10μm外，其他与实施例10相同。
对比例4
对比例4的水泥中，除水泥浆悬浮增强剂除不含纳米二氧化硅溶液外，其他与实施例10相同。
对比例5
对比例5的水泥中，除水泥浆悬浮增强剂除纳米二氧化硅的质量分数为20％外，其他与实施例10相同。
对比例6
对比例6的水泥中，除不含水泥浆悬浮增强剂外，其他与实施例10相同。
测试方法及结果
用本实施例6-10水泥浆悬浮增强剂及对比例1-6的美国贝克休斯(BJ)液体减轻材料在水深1500米的海域对相同配方的水泥体系材料进行增强性能测试，其中，如表1所示，水泥体系材料包括以下组成：
表1水泥体系材料组成(以质量份数计)
按表1配制好水泥体系后，在18℃下稠化5～10h后，测定30min内的失水速率以及游离液体的体积，同时测定抗压强度，测试其性能是否满足表2的要求，测试结果如表3所示：
表2水泥性能要求
表3水泥体系性能测试结果
由表3及图1至图5可知，本发明实施例1-5所提供的水泥浆悬浮增强剂在加入到水泥体系中，密度在1.40SG-1.50SG之间，初始稠度均＜15BC，24hr抗压强度均＞500PSI/34℃。对比例1的性能与本发明实施例1-5无显著差别，说明本发明的性能参数达到要求.对比例2由于硅酸钠模数偏低，导致抗压强度不够，失水速率过快。对比例3由于纳米二氧化硅的D50为10μm，导致抗压强度不够。对比例4由于不含纳米二氧化硅溶液导致失水速率过高，抗压强度不够。对比例5由于纳米二氧化硅的质量分数为20％导致失水速率过高，抗压强度不够。对比例6由于不含悬浮增强剂，导致失水速率过高，抗压强度不够。由图1、图2及图4可知，随着稠化时间的延长，水泥温度和压力均无显著变化，而稠度自4小时后显著上升。由图3、图5可知，水泥的抗压强度在自4小时后逐渐稳定，均＞500PSI/34℃。
综上所述，本发明通过添加悬浮稳定剂、低温旱强剂以及增强剂使得液体低温低密度水泥浆无需强大的岸基支持进行混灰，无需强大的平台储灰能力，可以解决远离岸基支持的深水表层固井作业，全部可以在平台上进行直接加料操作，添加剂实现全液体化，增强时效性。同时既能保持浆体的沉降稳定性，还有较好的增强效果，使得深水开发井作业中的地层不易破裂，最终可解决漂珠低密度体系高成本的问题。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种水泥浆悬浮增强剂，其特征在于，包括以下组分：悬浮稳定剂、低温旱强剂以及增强剂。
2.如权利要求1所述的水泥浆悬浮增强剂，其特征在于，所述水泥浆悬浮增强剂中各组分的质量份数为：悬浮稳定剂40～60份、低温旱强剂10～20份以及增强剂5～15份。
3.如权利要求1所述的水泥浆悬浮增强剂，其特征在于，所述悬浮稳定剂包括温仑胶溶液。
4.如权利要求3所述的水泥浆悬浮增强剂，其特征在于，所述温仑胶溶液中温仑胶的质量分数为0.5～2％。
5.如权利要求1所述的水泥浆悬浮增强剂，其特征在于，所述低温旱强剂包括硅酸钠溶液。
6.如权利要求5所述的水泥浆悬浮增强剂，其特征在于，所述硅酸钠溶液中硅酸钠的模数为3.0～3.5。
7.如权利要求1所述的水泥浆悬浮增强剂，其特征在于，所述增强剂包括纳米二氧化硅溶液。
8.如权利要求7所述的水泥浆悬浮增强剂，其特征在于，所述纳米二氧化硅溶液中纳米二氧化硅的质量分数为40～70％；和/或，
所述纳米二氧化硅溶液中纳米二氧化硅的D50为0.2～0.4μm。
9.一种水泥，其特征在于，包括如权利要求1至8任意一项所述的水泥浆悬浮增强剂。
10.如权利要求9所述的水泥，其特征在于，
所述水泥还包括水泥粉，所述水泥浆悬浮增强剂与所述水泥粉的质量比为(20～25)：100；和/或，
所述水泥中还包括水泥粉和促凝剂，所述促凝剂与所述水泥粉的质量比为(0.5～0.85):100。
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| CN (1) | CN116003021A (zh) |
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-
2022
- 2022-11-29 CN CN202211507147.0A patent/CN116003021A/zh active Pending
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