CN109097012A - 油井水泥抗污染剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油井水泥抗污染剂，其由重量比为(40～60):(60～40)的氢氧化物A和硅酸盐B构成，其中，氢氧化物A为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化镁中至少一种，硅酸盐B为硅酸钠、硅酸钾、硅酸铝、硅酸钙中至少一种；该抗污染剂适用于石油、天然气钻井固井过程中，具有防止水泥浆与钻井液的污染的作用，可以防止水泥浆与钻井液发生“鼓包”、“包芯”和提前稠化的现象发生，同时可以增加水泥浆流动度，提高水泥石的强度的效果。

Description

油井水泥抗污染剂
技术领域
本发明涉及油田固井用的抗污染剂技术领域，特别涉及一种油井水泥抗污染剂。
背景技术
油气井钻井完成后，需要下入套管并泵入水泥浆来封固套管与地层之间的环形空间。受井眼状况、水泥浆和钻井液性能、环空内顶替流态的影响，固井中水泥浆与钻井液常会掺混而出现接触污染，即混浆段出现流动性急剧变差的现象，接触污染的危害在于：①混浆流动性下降不仅影响顶替效率，还可能使泵压快速升高，易压漏薄弱地层造成注水泥“低返”与“漏封”；②混浆出现“假凝”(也称早凝或过早稠化)，造成“灌香肠”或“插旗杆”事故。
接触污染的作用机理是水泥浆中Ca2+对钻井液产生“钙侵”造成钻井液流变性能变差；水泥水化产生的Fe3+、Al3+可与钻井液中的多种聚合物类处理剂交联形成凝胶，凝胶的形成加之处理剂对水泥颗粒的吸附架桥，造成水泥浆体多级絮凝结构的加强，导致混浆流动性急剧降低。
目前，通常使用抗钙先导浆、在隔离液中加入掩蔽剂、加大隔离液用量等措施来解决接触污染难题，或者处理钻井液解决污染问题；还没有从处理水泥浆方面解决接触污染的先例。
发明内容
本发明的目的是提供一种防止水泥浆与钻井液之间相互污染导致出现“鼓包”、“包芯”和提前稠化等问题的油井水泥抗污染剂。
为此，本发明技术方案如下：
一种油井水泥抗污染剂，其为氢氧化物A和硅酸盐B的混合物，二者重量比为(40～60):(60～40)。
优选，所述氢氧化物A为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化镁中至少一种。
优选，所述硅酸盐B为硅酸钠、硅酸钾、硅酸铝、硅酸钙中至少一种。
该油井水泥抗污染剂的抗污染原理为：在碱性的抗污染剂作用下，油井水泥表面的Ca2+、Mg2+与抗污染剂中的OH-生成Ca(OH)2和Mg(OH)2，使水泥内部结构破坏，促使水泥进一步水化。Ca(OH)2与抗污染剂中溶出的活性SiO2反应生成离子浓度很小的C-S-H凝胶，随着水化反应的继续，Ca(OH)2晶体不断溶解，C-S-H凝胶不断沉积，使浆体逐渐变稠并硬化，同时浆体也由粘塑性转向弹塑性，最后向脆性发展，最终完成固化过程；在这个过程中，由于油井水泥的Ca2+、Mg2+等金属离子被抗污染剂成分占有，减少了其与钻井液中多种聚合物类处理剂交联形成凝胶的机会，进而减少了对钻井液“钙侵”的危害，达到了防止污染情况发生的目的。
使用时，将氢氧化物A和硅酸盐B按比例称量后混拌均匀即可使用，具体地，该油井水泥抗污染剂的加入量为：抗污染剂占水泥及外掺料(如：硅粉)总重量的0.5～6％。
与现有技术相比，该油井水泥抗污染剂能够有效防止水泥浆与钻井液之间的污染作用，防止水泥浆与钻井液混合后出现“鼓包”、“包芯”和提前稠化的现象，同时该油井水泥抗污染剂还能够增加水泥浆流动度，提高水泥石的强度。
附图说明
图1为在油井水泥中加入0.5wt.％本发明实施例1的油井水泥抗污染剂的稠化曲线图；
图2为对比例即未在油井水泥中加入本发明的油井水泥抗污染剂的稠化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
实施例1
一种油井水泥抗污染剂，其由重量比为60:40的氢氧化物A和硅酸盐B混合而成；其中，氢氧化物A为氢氧化钠，硅酸盐B为硅酸钠。
配制添加有上述抗污染剂的油井水泥：称取100重量份的G级水泥、35重量份的硅粉、0.675重量份的抗污染剂、5.4重量份的降失水剂、1.16重量份缓凝剂、0.5重量份消泡剂和51重量份水，按照GB19139-2012《油井水泥试验方法》中规定的水泥浆制备方法配制抗污染水泥浆I。其中，抗污染剂的加量为G级水泥和硅粉总质量的0.5％。
实施例2
一种油井水泥抗污染剂I，其由重量比为50:50的氢氧化物A和硅酸盐B混合而成；其中，氢氧化物A为重量比为1:1的氢氧化钠和氢氧化镁的混合物，硅酸盐B为硅酸钠。
配制添加有上述抗污染剂的油井水泥：称取100重量份的G级水泥、35重量份的硅粉、0.675重量份的抗污染剂、5.4重量份的降失水剂、1.16重量份缓凝剂、0.5重量份消泡剂和51重量份水，按照GB19139-2012《油井水泥试验方法》中规定的水泥浆制备方法配制抗污染水泥浆II。其中，抗污染剂的加量为G级水泥和硅粉总质量的0.5％。
实施例3
一种油井水泥抗污染剂，其由重量比为40:60的氢氧化物A和硅酸盐B混合而成；其中，氢氧化物A为氢氧化钠，硅酸盐B为重量比为1:1的硅酸钠和硅酸钾的混合物。
配制添加有上述抗污染剂的油井水泥：称取100重量份的G级水泥、35重量份的硅粉、0.675重量份的抗污染剂、5.4重量份的降失水剂、1.16重量份缓凝剂、0.5重量份消泡剂和51重量份水，按照GB19139-2012《油井水泥试验方法》中规定的水泥浆制备方法配制抗污染水泥浆III。其中，抗污染剂的加量为G级水泥和硅粉总质量的0.5％。
对比例：
称取100重量份的G级水泥、35重量份的硅粉、5.4重量份的降失水剂、1.16重量份缓凝剂、0.5重量份消泡剂和51重量份水，按照GB19139-2012《油井水泥试验方法》中规定的水泥浆制备方法配制成普通水泥浆。
性能测试：
首先，分别取抗污染水泥浆I～III以及普通水泥浆进行常规性能实验，并进一步选取聚磺体系钻井液与抗污染水泥浆I～III混合后对加入有抗污染剂的水泥浆和普通水泥浆分别进行污染稠化实验。
实验方法为：实验温度设定为103℃，压力为55MPa，升温时间50min；取抗污染水泥浆I以及普通水泥浆与聚磺体系钻井液按照体积比7:3进行混合，并进行污染稠化实验。其中，聚磺体系钻井液的配方为：膨润土浆+0.5wt.％降失水剂+0.5wt.％聚合物型降粘剂+12wt.％磺化酚醛树脂+35wt.％磺化沥青+0.2wt.％KOH。
具体测试结果见表1；同时根据测试结果绘制抗污染水泥浆I与钻井液(7:3)的稠化曲线图，如图1所示；普通水泥浆与钻井液(7:3)的稠化曲线图，如图2所示。
表1：抗污染水泥浆I～III和普通水泥浆性能
如表1所示，与普通水泥浆相比，加入抗污染剂会增加水泥浆的流动度，增加水泥石的强度，但会缩短水泥浆的稠化时间，可以通过加入适量的缓凝剂调节稠化时间，从而满足施工需要。此外，在抗污染水泥浆I、II、III中水泥浆I的流变性能最好，48小时后抗压强度最高，油井水泥抗污染剂I为本发明的最佳实施例。
另外，从图1和图2的对比中可以看出，在不添加本发明的抗污染剂的情况下，污染稠化时间只有36min，加入抗污染剂后稠化时间可以达到416min，并且水泥浆和钻井液混合后没有出现“鼓包”、“包芯”等不良现象，可见由于油井水泥的Ca2+、Mg2+等金属离子被抗污染剂成分占有，其与钻井液中多种聚合物类处理剂交联形成凝胶的机会得到有效减少，进而减少了对钻井液“钙侵”的危害，防止污染情况发生。
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (3)

1.一种油井水泥抗污染剂，其特征在于，其为氢氧化物A和硅酸盐B的混合物，二者重量比为(40～60):(60～40)。
2.根据权利要求1所述的油井水泥抗污染剂，其特征在于，所述氢氧化物A为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化镁中至少一种。
3.根据权利要求1所述的油井水泥抗污染剂，其特征在于，所述硅酸盐B为硅酸钠、硅酸钾、硅酸铝、硅酸钙中至少一种。
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