CN109626883A - 一种油基岩屑水泥浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油基岩屑水泥浆，其包括如下重量份的原料：水泥400～1000份、增强剂8～32份、缓凝剂1～8份、油基岩屑100～240份和硅烷偶联剂1～10份。本发明提供的油基岩屑水泥浆由水泥、增强剂、缓凝剂、油基岩屑和硅烷偶联剂按照一定的配比，相互协同作用，得到的油基岩屑水泥浆能满足现场固井作业要求，还充分利用了油基岩屑，不仅解决了油基岩屑大量堆积的问题，也降低了固井作业成本；且该油基岩屑水泥浆稠化性能、稳定性、流变性能以及抗压强度均较好，失水量较低，在70℃下养护48h最大抗压强度可以达到17.8Mpa，能够有效保障水泥浆支撑套管。本发明还提供了一种油基岩屑水泥浆的制备方法。

Description

一种油基岩屑水泥浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及固井技术领域，具体涉及一种油基岩屑水泥浆及其制备方法。

背景技术

目前钻井所使用的泥浆主要分为水基泥浆和油基泥浆。油基钻井液，又称油基泥浆，其基本组成是油、水、有机粘土和油溶性化学处理剂。油基钻井液具有抗高温、抗盐钙侵蚀，有利于井壁稳定、润滑性好、对油气层损害小等优点。随着全球页岩气、致密气等非常规能源开发力度的不断加大，全球钻井液服务进入“油基钻井液时代”，油基钻井液技术已成为页岩气水平井钻井的关键技术之一。在油基钻井液的使用过程中，会产生大量的含有矿物油、酚类化合物、重金属及其他有毒物质的油基岩屑，将导致土壤、地表和地下水的污染，直接或间接对植物、动物及人类健康产生危害，油基岩屑也因此被列入国家危险废弃物(国家危险废物名录，HW08)，若不经处理就直接排放，将会对周边生态环境造成严重危害。

美国通过多年实践，已经研发出一套比较成熟的岩屑处理技术——高温热脱附处理技术，并在实际运行过程中积累了丰富的工程化经验。高温热脱附要求在隔绝氧气环境中将油基岩屑加热到一定温度(400～600℃，因岩屑和配制油基钻井液过程中所用基油不同温度会有一定差异)，使岩屑中的有机成分从岩屑表面解析、脱除，而后通过冷凝工艺回收岩屑中的基油，通过出灰***收集岩屑残灰。回收的基油可以重复再利用，而出灰***所收集的岩屑残灰的处理较为复杂，理论上残灰是不可以随意排放的，专门处理又会产生较高的费用，增加处理成本，但大量的油基岩屑堆放在各个井场，给开发企业和地方政府带来了很大的环保压力。

有鉴于此，开发一种高效、低成本的油基岩屑资源化利用的方法，已成为油田和环保行业的当务之急。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种油基岩屑水泥浆，该水泥浆以油基岩屑为原料，在保证固井质量的前提下，既能降低固井作业成本，还能解决油基岩屑大量堆积的问题；本发明另一方面的目的，在于提供一种油基岩屑水泥浆的制备方法。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种油基岩屑水泥浆，其包括如下重量份的原料：水泥400～1000份、增强剂8～32份、缓凝剂1～8份、油基岩屑100～240份和硅烷偶联剂1～10份。

本发明的技术方案还提供一种油基岩屑水泥浆的制备方法，包括如下步骤：

S1.按重量份备料；

S2.将水泥、增强剂、缓凝剂和油基岩屑混合均匀，得到第一混合料；将硅烷偶联剂和水混合均匀，得到第二混合料；

S3.将所述第一混合料和所述第二混合料混合均匀，得到油基岩屑水泥浆。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

1、本发明提供的油基岩屑水泥浆由水泥、增强剂、缓凝剂、油基岩屑和硅烷偶联剂按照一定的配比，相互协同作用，得到的油基岩屑水泥浆能满足现场固井作业要求，还充分利用了油基岩屑，不仅解决了油基岩屑大量堆积的问题，也降低了固井作业成本；

2、本发明提供的油基岩屑水泥浆稠化性能、稳定性、流变性能以及抗压强度均较好，失水量较低，在70℃下养护48h最大抗压强度可以达到17.8Mpa，能够有效保障水泥浆支撑套管；

3、本发明提供的油基岩屑水泥浆的制备方法简单、原料易得，成本低，适宜于大批量生产。

附图说明

图1为实施例1的油基岩屑水泥浆在70℃时的稠化曲线图；

图2为实施例2的油基岩屑水泥浆在70℃时的稠化曲线图；

图3为比较例1的油基岩屑水泥浆在70℃时的稠化曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的实施例提供了一种油基岩屑水泥浆，其包括如下重量份的原料：水泥400～1000份、增强剂8～32份、缓凝剂1～8份、油基岩屑100～240份和硅烷偶联剂1～10份。

在本发明的一些优选实施方式中，油基岩屑的含量占水泥和油基岩屑总重量的20～30％。

更优选地，油基岩屑的含量占水泥和油基岩屑总重量的25％；通过优化油基岩屑的加入量，以提高油基岩屑水泥浆体系的抗压强度。

本发明中，水泥为G级水泥；在本发明的一些优选实施方式中，水泥为三峡G级水泥。

本发明中，增强剂中含有较多的SiO₂，增强剂与水泥的水化产物反应生成C-S-H凝胶，具有较高活性，能提高水泥浆的早期强度、胶结强度、增加水泥浆的稳定性并增加水泥浆体系的防气窜性能；本发明中增强剂为超细硅酸盐水泥、矿渣和微硅粉中的至少一种；其中，超细硅酸盐水泥为早强型硅酸盐水泥精细研磨而成，平均粒径小于8um；矿渣的平均粒径小于8um；微硅粉的平均粒径为0.5～1.5um；通过控制增强剂的粒径，增强剂颗粒可充填于水泥颗粒空隙，进一步增强水泥浆的强度，并降低水泥浆的渗透率。本发明对超细硅酸盐水泥、矿渣和微硅粉的来源没有特别的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。

本发明中，缓凝剂能延缓水泥的水化反应，添加适当的缓凝剂，以调节水泥浆的稠化时间，且不影响水泥浆的强度；在本发明中，缓凝剂为柠檬酸、硼酸和有机膦酸盐类中的至少一种，其中有机磷酸盐为本领域技术人员熟知的有机磷酸盐，具体可以选择二聚磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠中的至少一种。

本发明中，油基岩屑为油基泥浆岩屑废弃物经过除油、高温煅烧后剩余的粉末状的岩屑灰，油基岩屑作为填充物，其主要成分为二氧化硅和页岩灰粉末；在本发明的一些优选实施方式中，油基岩屑的平均粒径小于15um，其与水泥和增强剂协同，以增强水泥浆的抗压强度和降低水泥浆的孔隙率。

本发明中，硅烷偶联剂中的硅烷氧基与水泥、增强剂和油基岩屑反应，而硅烷偶联剂中的有机官能团与缓凝剂反应，从而有机的将水泥、增强剂、油基岩屑和缓凝剂结合在一起，不仅改善了油基岩屑表面的润湿性，还改善了水泥颗粒的微观结构，从而进一步提高了水泥颗粒与其他几种成分的胶结性。在本发明中，硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷中的一种或几种混合物。

本发明的实施例还提供了一种油基岩屑水泥浆的制备方法，包括如下步骤：

(1)按重量份备料；

(2)将水泥、增强剂、缓凝剂和油基岩屑混合均匀，得到第一混合料；将硅烷偶联剂和水混合均匀，得到第二混合料；

(3)将第一混合料和第二混合料混合均匀，得到油基岩屑水泥浆。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明中的实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

本发明中的实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均为市售购得。

实施例1：

油基岩屑水泥浆包括如下重量份的原料：三峡G级水泥600份、微硅粉24份、柠檬酸3份、油基岩屑200份、乙烯基三乙氧基硅烷5.6份和淡水340份。

上述油基岩屑水泥浆的制备方法如下：

将水泥、微硅粉、柠檬酸和油基岩屑混合，搅拌混合均匀，得到第一混合料；将乙烯基三乙氧基硅烷溶于淡水中，搅拌混合均匀，得到第二混合料；将第二混合料加入第一混合料，搅拌混合均匀，得到油基岩屑水泥浆。

实施例2：

油基岩屑水泥浆包括如下重量份的原料：三峡G级水泥560份、超细硅酸盐水泥16份、硼酸1.5、柠檬酸1.5份、油基岩屑240份、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷5.6份和淡水345份。

该油基岩屑水泥浆的制备方法与实施例1相同。

实施例3：

油基岩屑水泥浆包括如下重量份的原料：三峡G级水泥400份、矿渣8份、三聚磷酸钠6份、油基岩屑100份、乙烯基三甲氧基硅烷8份和淡水280份。

该油基岩屑水泥浆的制备方法与实施例1相同。

比较例1：

油基岩屑水泥浆包括如下重量份的原料：三峡G级水泥480份、微硅粉16份、柠檬酸3份、油基岩屑320份、乙烯基三乙氧基硅烷5.6份和淡水340份。

该油基岩屑水泥浆的制备方法与实施例1相同。

比较例2：

油基岩屑水泥浆包括如下重量份的原料：三峡G级水泥480份、微硅粉16份、柠檬酸3份、油基岩屑80份、乙烯基三乙氧基硅烷5.6份和淡水340份。

该油基岩屑水泥浆的制备方法与实施例1相同。

对实施例1～3以及比较例1～2中制得的油基岩屑水泥浆的性能进行测试，其中，抗压强度是将水泥浆在常压、目标温度下养护48h后进行测试的结果，测试结果见表1。

表1.油基岩屑水泥浆性能测试结果

由表1可以看出，在水泥中加入油基岩屑水泥浆能正常稠化，且油基岩屑的加入量对水泥浆的稠化时间影响不大，水泥浆的稠化转化时间均较短，其稠化性能均能达到现场作业的需求；但油基岩屑加入量过多或过少，水泥浆在目标温度下养护48h后，抗压强度偏低，其中比较例1和比较例2中的水泥浆在目标温度下养护48h后最大抗压强度小于11Mpa，无法满足正常水泥浆的抗压强度要求(大于14Mpa)，也难以满足固井的要求。此外，由表1还可以看出，当油基岩屑的加入量占水泥和油基岩屑总重量的25％时，水泥浆在70℃下养护48h后，抗压强度达到17.8Mpa，能够有效保障水泥浆支撑套管。

对市售的本领域常规的水泥浆与本发明实施例1中的水泥浆性能进行测试，测试温度为70℃，测试结果见表2。

表2.实施例1与常规水泥浆性能对比

组别	固井要求	实施例1	常规水泥浆
				稠化时间(min)	---	190	210
抗压强度(MPa)	＞14	17.8	31.7
				失水(ml)	＜80	69	72
上下密度差(g.cm<sup>-3</sup>)	≤0.05	0.02	0.01

固井对水泥浆的稠化时间并没有特别的要求，只要能保证水泥浆正常稠化即可。由表2可以看出，实施例1中的水泥浆的各项性能均符合固井要求，本发明实施例1中的水泥浆与常规水泥浆相比，失水以及水泥浆的稳定性相差不大，实施例1中的水泥浆的稠化时间短于常规水泥浆的稠化时间，虽然实施例1中的抗压强度低于常规水泥浆的抗压强度，但是实施例1中水泥浆的抗压强度也能满足固井要求，能够有效保障水泥浆支撑套管。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种油基岩屑水泥浆，其特征在于，其包括如下重量份的原料：水泥400～1000份、增强剂8～32份、缓凝剂1～8份、油基岩屑100～240份和硅烷偶联剂1～10份。

2.根据权利要求1所述的油基岩屑水泥浆，其特征在于，所述油基岩屑的含量占水泥和油基岩屑总重量的20～30％。

3.根据权利要求1或2所述的油基岩屑水泥浆，其特征在于，所述油基岩屑的含量占水泥和油基岩屑总重量的25％。

4.根据权利要求1所述的油基岩屑水泥浆，其特征在于，所述增强剂为超细硅酸盐水泥、矿渣和微硅粉中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的油基岩屑水泥浆，其特征在于，所述超细硅酸盐水泥的平均粒径小于8um，所述矿渣的平均粒径小于8um，所述微硅粉的平均粒径为0.5～1.5um。

6.根据权利要求1所述的油基岩屑水泥浆，其特征在于，所述缓凝剂为柠檬酸、硼酸和有机膦酸盐类中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的油基岩屑水泥浆，其特征在于，所述油基岩屑的平均粒径小于15um。

8.根据权利要求1所述的油基岩屑水泥浆，其特征在于，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷中的一种或几种混合物。

9.一种如权利要求1～8任一项所述的油基岩屑水泥浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.按重量份备料；

S2.将水泥、增强剂、缓凝剂和油基岩屑混合均匀，得到第一混合料；将硅烷偶联剂和水混合均匀，得到第二混合料；

S3.将所述第一混合料和所述第二混合料混合均匀，得到油基岩屑水泥浆。