CN101126018A - 固井用低温早强防窜水泥浆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种固井用低温早强防窜水泥浆，由硅酸盐水泥、水、轻质增强剂、低温早强剂、防窜剂、流变性能调节剂、消泡剂组成，其中轻质增强剂由玻璃微珠和微细水泥、微细硅粉、超细高活性矿渣组成，低温早强剂由硅酸钠、硫酸钙粉、三乙醇胺组成，防窜剂由聚乙烯醇、石膏、聚萘磺酸钠和硼砂组成，流变性能调节剂由聚苯乙烯磺酸钠和木质素磺酸钙组成，消泡剂由聚乙二醇***组成，具有低温强度发展快、防窜、防漏能力强、低失水、流变性能优良的特点，可用于有低温气层、活跃水层、易漏地层固井材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种固井用低温早强防窜水泥浆，特别用于低温气层、活跃水层、易漏地层的固井材料。
背景技术
现有的固井作业中，存在浅层气和地表含水层、地层承压能力低以及冬季作业温度低的情况，使水泥浆胶凝强度发展缓慢，水泥浆候凝时的失重导致液柱压力降低，极易导致水气窜流的发生，严重影响了固井质量。针对上述问题，现有采用的提高水泥浆密度的方法，其不足之处是极易导致水泥浆向地层漏失；现有采用加入氯化钙等促凝剂的方法，能够缩短水泥浆稠化时间，但不能显著改善水泥浆胶凝强度的发展，不能有效防止窜流，而且掺量过大时，会产生逆向作用，给固井作业带来不良作用。
发明内容
本发明要解决的技术问题：避免上述现有技术中的不足，提供一种用于低温固井作业、低温下强度发展快，候凝时间短、可以有效的防止窜流、防止漏失、价格合理的固井用低温早强防窜水泥浆。
本发明采用的技术方案：固井用低温早强防窜水泥浆，其特征是由100重量份硅酸盐固井水泥、50-95重量份水、10-100重量份轻质增强剂、3-8重量份低温早强剂、3-8重量份防窜剂、0.2-1重量份流变性能调节剂、0.1-0.3重量份消泡剂组成，其中轻质增强剂由100重量份150-200μm的玻璃微珠、40-60重量份40-100μm超细高活性矿渣、20-30重量份0.5-3μm微细水泥和10-20重量份0.02-0.5μm微细硅粉组成；低温早强剂由100重量份硫酸钙粉、80-100重量份三乙醇胺、40-60重量份硅酸钠组成；防窜剂由100重量份20-80目聚乙烯醇、150-300重量份的石膏、200-300重量份聚萘磺酸钠和5-10重量份的硼砂组成；流变性能调节剂由100重量份聚苯乙烯磺酸钠和80-100重量份木质素磺酸钙组成；消泡剂由聚乙二醇***组成。
较优的固井用低温早强防窜水泥浆，其特征是由100重量份硅酸盐固井水泥、50重量份水、10重量份轻质增强剂、4重量份低温早强剂、3重量份防窜剂、0.2重量份流变性能调节剂、0.2重量份消泡剂组成，其中轻质增强剂由100重量份150-200μm的玻璃微珠、50重量份40-100μm超细高活性矿渣、25重量份0.5-3μm微细水泥和15重量份0.02-0.5μm微细硅粉组成；低温早强剂由100重量份硫酸钙粉、80重量份三乙醇胺、50重量份硅酸钠组成；防窜剂由100重量份20-80目聚乙烯醇、200重量份的石膏、200重量份聚萘磺酸钠和10重量份的硼砂构成；流变性能调节剂由100重量份聚苯乙烯磺酸钠和100重量份木质素磺酸钙组成；消泡剂由聚乙二醇***组成。
较优的固井用低温早强防窜水泥浆，其特征是由100重量份硅酸盐固井水泥、70重量份水、50重量份轻质增强剂、4重量份低温早强剂、3重量份防窜剂、0.5重量份流变性能调节剂、0.2重量份消泡剂组成，其中轻质增强剂由100重量份150-200μm的玻璃微珠、50重量份40-100μm超细高活性矿渣、25重量份0.5-3μm微细水泥和15重量份0.02-0.5μm微细硅粉组成；低温早强剂由100重量份硫酸钙粉、80重量份三乙醇胺、50重量份硅酸钠组成；防窜剂由100重量份20-80目聚乙烯醇、200重量份的石膏、200重量份聚萘磺酸钠和10重量份的硼砂构成；流变性能调节剂由100重量份聚苯乙烯磺酸钠和100重量份木质素磺酸钙组成；消泡剂由聚乙二醇***组成。
较优的固井用低温早强防窜水泥浆，其特征是由100重量份硅酸盐固井水泥、60重量份水、30重量份轻质增强剂、4重量份低温早强剂、3重量份防窜剂、0.5重量份流变性能调节剂、0.2重量份消泡剂组成，其中轻质增强剂由100重量份150-200μm的玻璃微珠、50重量份40-100μm超细高活性矿渣、25重量份0.5-3μm微细水泥和15重量份0.02-0.5μm微细硅粉组成；低温早强剂由100重量份硫酸钙粉、80重量份三乙醇胺、50重量份硅酸钠组成；防窜剂由100重量份20-80目聚乙烯醇、200重量份的石膏、200重量份聚萘磺酸钠和10重量份的硼砂构成；流变性能调节剂由100重量份聚苯乙烯磺酸钠和100重量份木质素磺酸钙组成；消泡剂由聚乙二醇***组成。
固井用低温早强防窜水泥浆的制备过程如下：
预先制备各外加剂，制备轻质增强剂，将超细高活性矿渣磨制40-100μm，然后与微细水泥、微细硅粉和密闭、轻质、充气的150-200μm玻璃微珠混和均匀制成。
预先制备低温早强剂，将硫酸钙粉、三乙醇胺、硅酸钠混合均匀制成。
预先制备防窜剂，将20-80目聚乙烯醇、石膏、聚萘磺酸钠和硼砂混合均匀制成。
预先制备流变性能调节剂，将聚苯乙烯磺酸钠和木质素磺酸钙混合均匀制成。消泡剂采用市售的聚乙二醇***。
然后将水泥与轻质增强剂、低温早强剂、防窜剂和流变性能调节剂混合均匀，最后与加入消泡剂的水进行搅拌均匀，制成低温早强防窜水泥浆。
在固井用低温早强防窜水泥浆中，轻质增强剂是由玻璃微珠和具有合理颗粒尺寸分布的高活性矿渣材料及微细硅粉、微细水泥组成，不仅能起到充填水泥石孔隙的作用，同时还具有较强的火山灰效应，吸收水泥水化产生的Ca(OH)2，进一步完全水泥的水化反应。高活性超细矿渣及微细硅粉和微细水泥通过氢键作用、自身的凝硬性反应以及与水泥水化产物发生的胶凝反应，可以补偿水泥凝结引起的收缩并形成致密均匀的水泥石，同时降低失水和游离液含量，防止水泥浆水化、失水及离析引起的收缩，有效阻止微环隙的形成。同时轻质增强剂的多胶凝反应可在微细颗粒之间形成均匀致密的网架结构，在静止状态下，可较快形成自支撑式粘性凝胶，使水泥浆具有一定的触变能力，提高水泥浆的防窜能力。
低温早强剂由硅酸钠、硫酸钙粉、三乙醇胺组成，三者共同作用可在低温下显著促进水泥的水化反应，提高增强材料的水化活性，进一步加快水化反应的进行，生成更多的胶凝水化产物，形成更加致密、非渗透、高强度的水泥石，显示出良好的低温早强能力。
防窜剂由聚乙烯醇、石膏、聚萘磺酸钠和硼砂组成，通过其高分子化合物在水泥浆内的可控交联、聚合反应，在水泥颗粒水化形成的网架结构间形成高分子网络结构，提高了水泥浆中的粘滞阻力，可减缓由于水泥浆水化引起的失重，并可在渗透层表面形成致密薄膜，从而降低水泥浆的失水和水泥石的渗透率，有助于防止漏失与窜流的发生。
防窜剂和轻质增强剂、低温早强剂共同作用，补偿了体系水泥石的体积收缩，大大缩短水泥浆的稠化过渡时间以及静胶凝强度过渡时间，降低了水泥浆的水化胶凝失重，从而保证了水泥环的整体密封性能及水泥浆动态过程的压力平衡，有效地防止窜流的发生。
流变性能调节剂可以改善水泥浆初始稠度和流动性，保证水泥浆的良好的施工性能。消泡剂可以减小空气进入量，有助于水泥浆的制备。
本发明与现有技术相比的有益效果：
1、本发明的固井用低温早强防窜水泥浆，适用于低温气层、活跃水层、易漏地层的固井。
2、固井用低温早强防窜水泥浆，低温下强度发展快，候凝时间短、可以有效的防止窜流、防止漏失，提高固井质量。
2、制备方法简单、价格合理。
具体实施方式1
固井用低温早强防窜水泥浆，其特征是由100重量份硅酸盐固井水泥、50重量份水、10重量份轻质增强剂、4重量份低温早强剂、3重量份防窜剂、0.2重量份流变性能调节剂、0.2重量份消泡剂组成，其中轻质增强剂由100重量份150-200μm的玻璃微珠、50重量份40-100μm超细高活性矿渣、25重量份0.5-3μm微细水泥和15重量份0.02-0.5μm微细硅粉组成；低温早强剂由100重量份硫酸钙粉、80重量份三乙醇胺、50重量份硅酸钠组成；防窜剂由100重量份20-80目聚乙烯醇、200重量份的石膏、200重量份聚萘磺酸钠和10重量份的硼砂组成；流变性能调节剂由100重量份聚苯乙烯磺酸钠和100重量份木质素磺酸钙组成，消泡剂由聚乙二醇***组成。
所用原料均为市售品。
将上述原料制成密度1.80g/cm3的固井用低温早强防窜水泥浆，应用井况为钻头尺寸：311mm，井深全长：165m；表层套管尺寸：244.5mm，套管下深：161.2m；井底静止温度：22℃；地层破裂压力：1.80g/cm3；20～30米存在活跃的气层和水层。在0～80米井深段采用该低温早强防窜水泥浆，性能试验列于表1。
表1
| 性能 | 具体实施方式1 | 具体实施方式2 | 具体实施方式3 |
| 水泥级别 | JH“G” | JH“G” | JH“G” |
| 试验温度，℃ | 20 | 20 | 30 |
| 试验压力，MPa水泥浆密度，g/cm3 | 51.80 | 51.50 | 101.60 |
| 游离液，mL | 0 | 0 | 0 |
| API失水，mL | 20 | 18 | 16 |
| 塑性粘度，CP | 121.5 | 134.5 | 124.5 |
| 稠化时间，min | 114 | 225 | 185 |
| 屈服值，1bf/100sq ft | 30.5 | 20.5 | 18.5 |
| 抗压强度，MPa，8h/12h/24h | 2.33/4.12/14.65 | 2.06/5.99/16.05 | 2.63/7.38/16.72 |
具体实施方式2
固井用低温早强防窜水泥浆，其特征是由100重量份硅酸盐固井水泥、70重量份水、50重量份轻质增强剂、4重量份低温早强剂、3重量份防窜剂、0.5重量份流变性能调节剂、0.2重量份消泡剂组成，其各外加剂组成和应用井况与具体实施方式1相同，制成1.50g/cm3的固井用低温早强防窜水泥浆，用于80-165米井深段。性能试验列于表1。
具体实施方式3
固井用低温早强防窜水泥浆，其特征是由100重量份硅酸盐固井水泥、60重量份水、30重量份轻质增强剂、4重量份低温早强剂、3重量份防窜剂、0.5重量份流变性能调节剂、0.2重量份消泡剂组成，其各外加剂组成与具体实施方式1相同。
将上述原料制成密度1.60g/cm3的固井用低温早强防窜水泥浆，应用井况为钻头尺寸：215.9mm，井深全长：500m；油层套管尺寸：177.8mm，套管下深：497.53m；阻流环位置：472.92m；井底静止温度：33℃；地层破裂压力：1.62g/cm3。性能试验列于表1。
试验结果表明，固井作业质量良好。对比试验表明，单独使用各外加剂均达不到该外加剂组合的效果。
Claims (4)
1.一种固井用低温早强防窜水泥浆，其特征是由100重量份硅酸盐固井水泥、50-95重量份水、10-100重量份轻质增强剂、3-8重量份低温早强剂、3-8重量份防窜剂、0.2-1重量份流变性能调节剂、0.1-0.3重量份消泡剂组成，其中轻质增强剂由100重量份150-200μm的玻璃微珠、40-60重量份40-100μm超细高活性矿渣、20-30重量份0.5-3μm微细水泥和10-20重量份0.02-0.5μm微细硅粉组成；低温早强剂由100重量份硫酸钙粉、80-100重量份三乙醇胺、40-60重量份硅酸钠组成；防窜剂由100重量份20-80目聚乙烯醇、150-300重量份的石膏、200-300重量份聚萘磺酸钠和5-10重量份的硼砂组成；流变性能调节剂由100重量份聚苯乙烯磺酸钠和80-100重量份木质素磺酸钙组成；消泡剂由聚乙二醇***组成。
2.根据权利要求1所述的固井用低温早强防窜水泥浆，其特征是由100重量份硅酸盐固井水泥、50重量份水、10重量份轻质增强剂、4重量份低温早强剂、3重量份防窜剂、0.2重量份流变性能调节剂、0.2重量份消泡剂组成，其中轻质增强剂由100重量份150-200μm的玻璃微珠、50重量份40-100μm超细高活性矿渣、25重量份0.5-3μm微细水泥和15重量份0.02-0.5μm微细硅粉组成；低温早强剂由100重量份硫酸钙粉、80重量份三乙醇胺、50重量份硅酸钠组成；防窜剂由100重量份20-80目聚乙烯醇、200重量份的石膏、200重量份聚萘磺酸钠和10重量份的硼砂组成；流变性能调节剂由100重量份聚苯乙烯磺酸钠和100重量份木质素磺酸钙组成；消泡剂由聚乙二醇***组成。
3.根据权利要求1所述的固井用低温早强防窜水泥浆，其特征是由100重量份硅酸盐固井水泥、70重量份水、50重量份轻质增强剂、4重量份低温早强剂、3重量份防窜剂、0.5重量份流变性能调节剂、0.2重量份消泡剂组成，其中轻质增强剂由100重量份150-200μm的玻璃微珠、50重量份40-100μm超细高活性矿渣、25重量份0.5-3μm微细水泥和15重量份0.02-0.5μm微细硅粉组成；低温早强剂由100重量份硫酸钙粉、80重量份三乙醇胺、50重量份硅酸钠组成；防窜剂由100重量份20-80目聚乙烯醇、200重量份的石膏、200重量份聚萘磺酸钠和10重量份的硼砂组成；流变性能调节剂由100重量份聚苯乙烯磺酸钠和100重量份木质素磺酸钙组成；消泡剂由聚乙二醇***组成。
4.根据权利要求1所述的固井用低温早强防窜水泥浆，其特征是由100重量份硅酸盐固井水泥、60重量份水、30重量份轻质增强剂、4重量份低温早强剂、3重量份防窜剂、0.5重量份流变性能调节剂、0.2重量份消泡剂组成，其中轻质增强剂由100重量份150-200μm的玻璃微珠、50重量份40-100μm超细高活性矿渣、25重量份0.5-3μm微细水泥和15重量份0.02-0.5μm微细硅粉组成；低温早强剂由100重量份硫酸钙粉、80重量份三乙醇胺、50重量份硅酸钠组成；防窜剂由100重量份20-80目聚乙烯醇、200重量份的石膏、200重量份聚萘磺酸钠和10重量份的硼砂组成；流变性能调节剂由100重量份聚苯乙烯磺酸钠和100重量份木质素磺酸钙组成；消泡剂由聚乙二醇***组成。
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