CN101974317A - 一种深水固井用硫铝酸盐水泥浆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硫铝酸盐水泥浆，由水泥、减轻剂、降失水剂、分散剂、促凝剂、缓凝剂和水组成；所述水泥、减轻剂、降失水剂、分散剂、增强剂、缓凝剂和水的质量份数比为100∶(13-35)∶(2-5)∶(0.5-2)∶(0.5-3)∶(0.1-1)∶(48-75)。该硫铝酸盐水泥浆能够在较低的温度下使用，且具有较好的稠化时间和较高的抗压强度。

Description

一种深水固井用硫铝酸盐水泥浆

技术领域

本发明涉及一种硫铝酸盐水泥浆，具体涉及一种深水固井用硫铝酸盐水泥浆。

背景技术

在一口井的井眼和套管之间注泥的过程称为固井。固井的主要目的是封堵环形空间，环形空间中的水泥环阻止了地层流体的流动，并达到地层之间相互隔离的目的。一种综合性能优异的水泥浆体系对于固井质量尤为重要。

海洋领域蕴藏着大量未开采的石油，尤其海洋深水处的石油储量更是惊人。而深水钻井作业为深水油气资源勘探与开发的重要环节，在深水作业中固井又是必不可少的一个环节，特别是面对深水较为复杂的地质构造时尤为重要。深水固井技术难度大，不利因素多，固井费用巨大，成本较为昂贵；深水往往伴随着高压低温，海底泥线温度接近0℃，这给固井作业带来了巨大的挑战。而深水钻井的结构管一般是在泥线到泥线以下100m的位置，其温度较低，且周围地层破裂压力低，存在浅层流动。现有的水泥在低温下很难凝固，且稠化转化时间较长，防浅层流动能力较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种深水固井用硫铝酸盐水泥浆，该水泥浆能够在较低的温度下使用，且具有较好的稠化时间和较高的抗压强度。

本发明提供的深水固井用硫铝酸盐水泥浆，由水泥、减轻剂、降失水剂、分散剂、促凝剂、缓凝剂和水组成；所述水泥、减轻剂、降失水剂、分散剂、促凝剂、缓凝剂和水的质量份数比为100∶(13-35)∶(2-5)∶(0.5-2)∶(0.5-3)∶(0.1-1)∶(48-75)。

本发明的硫铝酸盐水泥浆中，所述水泥、减轻剂、降失水剂、分散剂、促凝剂、缓凝剂和水的质量份数比具体可为100∶(18-32)∶(3.5-4)∶(1-1.5)∶(1-1.5)∶(0.2-0.5)∶(54-70)、100∶32∶5∶0.5∶1.5∶0.25∶75、100∶20∶4∶1∶1.5∶0.2∶70、100∶18∶4∶1.5∶1.5∶0.5∶63或100∶13∶3.5∶0.5∶1∶0.3∶54。

本发明的硫铝酸盐水泥浆中，所述水泥为硫铝酸盐水泥，如购买于郑州市中泰水泥有限公司的硫铝酸盐水泥。

本发明的硫铝酸盐水泥浆中，所述减轻剂可为空心玻璃微珠；所述空心玻璃微珠可为硅硼酸钙盐；所述空心玻璃微珠的密度为0.44g/cm³；在70MPa压力下所述玻璃微珠的残活率在90％以上，不溶于水和油，具有不可压缩性，呈低碱性，与大多数的树脂类物质有兼容性，有降低粘度和改善流动性的功能。

本发明的硫铝酸盐水泥浆中，所述降失水剂可为水溶性高分子聚合物；所述水溶性高分子聚合物可为丙烯酰胺-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物和丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物中至少一种；所述丙烯酰胺-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物的数均分子量可为2×10⁵g/mol-1×10⁶g/mol，如9×10⁵g/mol，所述丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物的数均分子量可为2×10⁵g/mol-1×10⁶g/mol，如7×10⁵g/mol。

本发明的硫铝酸盐水泥浆中，所述分散剂可为甲醛丙酮缩合物，如中海油田服务股份有限公司提供的商品代号为CF44L的甲醛丙酮缩合物。

本发明的硫铝酸盐水泥浆中，所述促凝剂可为硫酸钠、氯化钾、硝酸钠、偏铝酸钠、硅酸钾、甲酸钠、甲酸钾和氯化钙中至少一种。

本发明的硫铝酸盐水泥浆中，所述缓凝剂可为柠檬酸、硼酸和有机磷酸盐中至少一种；所述有机磷酸盐可为乙二胺四甲叉膦酸钠。

本发明的硫铝酸盐水泥浆中，所述水可为淡水或海水，所述海水可为中国南海、东海和渤海中任一深海海水。

本发明的硫铝酸盐水泥浆具有以下优点：

1、低温强度发展快，且低温下抗压强度较高；

2、稠化时间短，稠化曲线近直角稠化，能够有效的防止浅层流灾害；

3、该水泥浆具有游离液为零，滤失量较小，稠化时间可调等特点。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

本发明下述实施例中所用的空心硅硼酸钙微珠购买于美国3M公司。

本发明下述实施例中所用的丙烯酰胺-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物和丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物购买于中海油田服务股份有限公司。

本发明下述实施例中所用的硫铝酸盐水泥购买于郑州市中泰水泥有限公司。

本发明下述实施例中所用的甲醛丙酮缩合物购买于中海油田服务股份有限公司，商品代号为CF44L。

实施例1、硫铝酸盐水泥浆的制备

配方为：硫铝酸盐水泥100kg、淡水75kg、空心硅硼酸钙微珠(其密度为0.44g/cm³)32kg、丙烯酰胺-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物(数均分子量为9×10⁵g/mol)5kg、硫酸钠1.5kg、柠檬酸0.25kg、甲醛丙酮缩合物0.5kg。

配制方法：将所需固体材料预先混合均匀待用，再将液体材料混合均匀之后，加入预先混合好的固体材料，并搅拌均匀得到硫铝酸盐水泥浆；按照固井试验标准API10B-2-2005和深水固井标准API10B-3-2004对该硫铝酸盐水泥浆进行性能测试，其结果如表1所示。

实施例2、硫铝酸盐水泥浆的制备

配方为：硫铝酸盐水泥100kg、中国渤海深海水70kg、空心硅硼酸钙微珠(其密度为0.44g/cm³)20kg、丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物(数均分子量为7×10⁵g/mol)4kg、氯化钾和硝酸钠的混合物1.5kg(其中，氯化钾和硝酸钠的质量份数比为1∶1)、硼酸0.2kg、甲醛丙酮缩合物1kg。

配制方法：将所需固体材料预先混合均匀待用，再将液体材料混合均匀之后，加入预先混合好的固体材料，并搅拌均匀得到硫铝酸盐水泥浆；按照固井试验标准API10B-2-2005和深水固井标准API10B-3-2004对该硫铝酸盐水泥浆进行性能测试，其结果如表1所示。

实施例3、硫铝酸盐水泥浆的制备

配方为：硫铝酸盐水泥100kg、中国南海深海水63kg、空心硅硼酸钙微珠(其密度为0.44g/cm³)18kg、丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物(数均分子量为7×10⁵g/mol)4kg、偏铝酸钠1.5kg、乙二胺四甲叉膦酸钠0.5kg、甲醛丙酮缩合物1.5份。

配制方法：将所需固体材料预先混合均匀待用，再将液体材料混合均匀之后，加入预先混合好的固体材料，并搅拌均匀得到硫铝酸盐水泥浆；按照固井试验标准API10B-2-2005和深水固井标准API10B-3-2004对该硫铝酸盐水泥浆进行性能测试，其结果如表1所示。

实施例4、硫铝酸盐水泥浆的制备

配方为：硫铝酸盐水泥100kg、淡水54kg、空心硅硼酸钙微珠(其密度为0.44g/cm³)13kg、丙烯酰胺-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物(数均分子量为9×10⁵g/mol)3.5kg、硅酸钾1kg、柠檬酸0.3kg、甲醛丙酮缩合物0.5kg。

配制方法：将所需固体材料预先混合均匀待用，再将液体材料混合均匀之后，加入预先混合好的固体材料，并搅拌均匀得到硫铝酸盐水泥浆；按照固井试验标准API10B-2-2005和深水固井标准API10B-3-2004对该硫铝酸盐水泥浆进行性能测试，其结果如表1所示。

表1实施例1-4的硫铝酸盐水泥浆性能测试结果

由表1所示数据可知：

(1)本发明深水固井用硫铝酸盐水泥浆具有较好的稳定性和稠化可控制性，便于施工设计，有利于节约井场作业时间；

(2)本发明深水用硫铝酸盐水泥浆具有良好的低温早期强度和低滤失量，能够充分满足深水结构管固井作业需求。

Claims (7)

1.一种固井用硫铝酸盐水泥浆，由水泥、减轻剂、降失水剂、分散剂、促凝剂、缓凝剂和水组成；所述水泥、减轻剂、降失水剂、分散剂、增强剂、缓凝剂和水的质量份数比为100∶(13-35)∶(2-5)∶(0.5-2)∶(0.5-3)∶(0.1-1)∶(48-75)。

2.根据权利要求1所述的水泥浆，其特征在于：所述水泥为硫铝酸盐水泥。

3.根据权利要求1或2所述的水泥浆，其特征在于：所述减轻剂为空心玻璃微珠；所述空心玻璃微珠为硅硼酸钙盐；所述空心玻璃微珠的密度为0.44g/cm³。

4.根据权利要求1-3中任一所述的水泥浆，其特征在于：所述降失水剂为水溶性高分子聚合物；所述水溶性高分子聚合物为丙烯酰胺-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物和丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物中至少一种。

5.根据权利要求1-4中任一所述的水泥浆，其特征在于：所述分散剂为甲醛丙酮缩合物。

6.根据权利要求1-5中任一所述的水泥浆，其特征在于：所述促凝剂为硫酸钠、氯化钾、硝酸钠、偏铝酸钠、硅酸钾、甲酸钠、甲酸钾和氯化钙中至少一种。

7.根据权利要求1-6中任一所述的水泥浆，其特征在于：所述缓凝剂为柠檬酸、硼酸和有机磷酸盐中至少一种。