CN1243074C - 韧性抗冲击油井水泥外加剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油田钻井固井技术加密调整井领域所用的韧性抗冲击油井水泥外加剂。解决了水泥石抗冲击能力差，渗透率高，胶结强度差的问题。其特征在于：各成分及配比按重量份如下：聚醋酸乙烯酯1～4份、聚合醇5～8份、无机钠盐1～5份、溴化三甲苄氨0.1～0.5份及有机磺化酚醛树脂0.1～0.5份。具有速凝、防水抗渗、低失水、胶凝强度迅速、抗窜能力强的特点。该韧性抗冲击油井水泥外加剂提高了水泥环的抗冲击能力，使得抗拉强度大，胶结强度好，提高了固井质量。

Description

韧性抗冲击油井水泥外加剂

技术领域：

本发明涉及油田钻井固井技术加密调整井领域所用的水泥外加剂，属于可提高水泥石的韧性和抗变形能力的韧性抗冲击油井水泥外加剂。

背景技术：

目前油田由于产能需求和开发技术的发展，油田特别是大庆油田已经对表外储层或薄差油层进行开发。而薄差油层的剩余油潜力，大部分分布在隔薄层及油层物性差、渗透率低的难采储层中，一般都需要进行压裂改造和深穿透的射孔技术挖潜，对水泥环的抗动载能力提出更高的要求。因为固井用的水泥石在泥浆条带、孔隙、气泡及杂质等方面是有缺陷的脆性材料，其抗拉强度低、抗裂性差，在较低的冲击载荷作用下，就会产生裂纹，在聚能射孔等冲击载荷作用下，这些微裂纹就会失稳、扩展、汇合，最终产生裂纹，会使水泥环失去密封作用，造成油层夹层窜槽，影响油井产能。

对于固井水泥环的抗冲击性能问题，国外使用橡胶水泥、纤维水泥用来提高水泥石的抗变形能力，防止因动态载荷而影响水泥环封固质量。但由于现场施工工艺复杂，没有推广应用。而在大庆油田的二次加密调整井作业时，由于注采不平衡、套损等原因致使地下压力异常，部分层位变成高压层，在钻井及完井过程中容易发生油气水浸、井口外溢，甚至井涌井喷。在固井后水泥浆候凝期间，地层高压流体窜入水泥环，使得水泥浆性能没有发挥出来，破坏了油井的胶结质量，固井优质率在60％以下。

发明内容：

为了克服现有水泥石抗冲击性能差、胶结质量不好、固井优质率低的不足，本发明提供一种韧性抗冲击油井水泥外加剂，该外加剂能改善水泥浆性能，提高水泥石抗冲击性能，有利于防止和控制水、气窜现象发生，提高固井质量。

可采用的技术方案是：该韧性抗冲击油井水泥外加剂，其特征在于：各成分及配比按重量份如下：聚醋酸乙烯酯1～4份、聚合醇5～8份、无机钠盐1～5份、溴化三甲苄氨0.1～0.5份及有机磺化酚醛树脂0.1～0.5份。

上述的聚合醇为聚乙烯醇，其分子结构式为

其中n＝1700±50，无机钠盐为硼酸钠，其分子式为Na₃BO₃。

本发明的有益效果是：该发明使用聚醋酸乙烯酯作为增韧剂，对水泥浆具有增韧作用，使得水泥浆的柔韧性好，抗拉强度大，特别是加入溴化三甲苄氨，在此酸性环境下使得外加剂中的无机钠盐发挥胶链作用，致使聚乙烯醇起到了降失水的效果，同时由于有机磺化酚醛树脂成分，在同样水灰比的情况下使水泥浆的流动性变好，还可以适量减少加水量而不影响水泥浆的流变性。因此使用该水泥外加剂可使水泥浆速凝、防水抗渗、低失水、胶凝强度迅速、抗窜能力强，有助于提高同井质量。

具体实施方式：

下面将对本发明作进一步的说明：

该韧性抗冲击油井水泥外加剂，各成分及配比按重量份如下：聚醋酸乙烯酯1～4份，聚合醇5～8份，硼酸钠1～5份，溴化三甲苄氨0.1～0.5份，有机磺化酚醛树脂0.1～0.5份。

上述的聚合醇为聚乙烯醇，其分子结构式为

其中n＝1700±50，无机钠盐为硼酸钠，其分子式为Na₃BO₃。

由于该发明使用聚醋酸乙烯酯作为增韧剂，它是一种高分子聚合物型粘合剂，其柔韧性好、抗拉强度大，能对水泥石起到固体填充作用，使其形成各向异性的水泥石，并可对裂纹尖端的应力场形成屏蔽；况且增韧剂中的乙烯共聚单体，在固化后具有永久的增塑性能，降低水泥石的弹性模量，提高了变形能力；加之聚醋酸乙烯酯中含有的表面活性物质可以在水泥石的表面和孔隙内形成聚合物膜，牢固地吸附在水泥石颗粒表面，并且迅速地发展成“纤维撕裂粘接”；增强了水泥石颗粒之间的胶结能力，从而提高了水泥石的抗拉强度和抗折强度，提高了水泥石的动态断裂韧性；这样一来在填充于水泥石颗粒之间的聚合物膜在水泥石的胶结作用下与水泥石四周形成一种有一定强度，能够约束微裂纹的起裂和扩展、并且能够吸收应变能的结构变形中心，降低了水泥石的刚性，当水泥石受到冲击作用时，大大地吸收冲击能，从而提高了水泥石的抗冲击能力；而加入溴化三甲苄氨，在此酸性环境下使得外加剂中的无机钠盐发挥胶链作用，致使聚乙烯醇起到了降失水的效果，同时由于有机磺化酚醛树脂成分，在同样水灰比的情况下使水泥浆的流动性变好，还可以适量减少加水量而不影响水泥浆的流变性。使得用该外加剂配制的水泥浆具有速凝、防水抗渗、低失水、胶凝强度迅速、抗窜能力强等特点，提高了固井质量，固井优质率在90％以上，有利于保护油气层。

可采取如下三种方案进行说明，各方案的效果参数如下：

由上表各成分的配比及产生的效果可见，该水泥外加剂加入水泥中使得水泥浆具有速凝、防水抗渗、低失水、胶凝强度快及抗窜能力强的特性，固井优质率达90％以上，有效地提高了固井质量，有利于保护油气层；水泥石比常规水泥石具有更高的韧性和抗变形能力，提高了水泥石的抗射孔冲击能力；况且现场配制简单，简化了施工工艺，应用效果明显。

实施例1：大庆杏7-21-635井位于杏北异常高压区，该区块的井为表外储层井，油层是成片套损区，存在异常的高压，造成压力不稳，渗透率高、层间压差大，且形成了较厚的浮泥饼，顶替不净，从而影响了固井质量。现场应用了上述方案1的水泥外加剂配制的水泥浆进行固井。该水泥外加剂配制的水泥浆与净浆相比，其水泥石性能，断裂韧性为0.382MPa.m^1/2，比净浆断裂韧性为0.087MPa.m^1/2大；弹性模量为15.4GPa，比净浆弹性模量为19.72GPa小；破碎吸收能为2.63J/cm³；比净浆破碎吸收能为1.37J/cm³大；射孔和压裂后，固井水泥环一、二界面完全胶结部分占整个射孔井段的百分比，由原来的60.1％和35.6％提高到75.3％和52.7％，该井投产后，日产油14吨，含水率为60.0％，该区块平均含水率为82.6％，确保产能的顺利进行。

实施例2：大庆杏3-31-648油井使用上述方案2配制的水泥外加剂配制的水泥浆进行固井，该水泥外加剂配制的水泥浆与净浆相比，其水泥石性能，断裂韧性为0.383MPa.m^1/2，比净浆断裂韧性为0.087MPa.m^1/2大；弹性模量为15.2GPa，比净浆弹性模量为19.72GPa小；破碎吸收能为2.68J/cm³，比净浆破碎吸收能为1.37J/cm³大，日产液24吨，日产油9吨，含水率为62.5％。而该区块同期投产的8口井，均采用净浆固井，投产方式相同，开采层位相同，平均日产液31吨，产油3-4吨，平均含水率达到90％以上。对比效果主要是由于韧性抗冲击水泥射孔压裂后，具有很好的封隔封固效果，有效地封隔水层，固井质量为优质，有利于高含水油田开发中稳油控水。

实施例3：杏2-341-30井是杏1-3区进行第三次加密的调整井，该区块套损井占油水井总数的30％，套损层位易形成高压层，由于断层遮挡，存在岩性蹩压区，地层压力上部高、下部低，层间压差大，这些复杂的地质情况使固井质量很难保证。该井应用于该水泥外加剂配制的水泥浆与净浆相比，其水泥石性能，断裂韧性为0.385MPa.m^1/2，比净浆断裂韧性为0.087MPa.m^1/2大；弹性模量为15.0GPa，比净浆弹性模量为19.72GPa小；破碎吸收能为2.72J/cm³，比净浆破碎吸收能为1.37J/cm³大，由水泥浆向水泥石转变的时间短，即过渡时间小于10分钟，这样在水泥浆候凝过程中，由于水泥浆“失重”而造成的地层流体向水泥浆侵入量就少，对水泥环的破坏就会降为最低，同时，该水泥浆在低压高渗层又具有较低的失水性，能保证水泥颗粒充分水化，从而提高胶结质量。

由现场应用情况可见：该水泥外加剂是能够提高水泥环韧性抗冲击性能的新型固井外加剂，具有速凝、防水抗渗、胶凝强度发展迅速的特点，能满足大庆油田调整井固井，并且韧性抗冲击水泥浆体系失水量低且小于100ml，抗窜压差大于3.5MPa，有利于防止和控制因失水而发生的水气窜。韧性抗冲击水泥石的动态力学性能明显优于原浆。与原浆相比，动态弹性模量降低了19.8％，动态断裂韧性提高了339％，破碎吸收能提高91.3％。能提高调整井的固井质量，水泥环的抗射孔压裂冲击能力明显优于原浆，有利于表外储层井的开发、延长油井的使用寿命、防止层间窜槽，提高油井产能，可在调整井复杂区块及薄差油层固井中推广应用。

Claims (3)

1、一种涉及油田钻井固井技术加密调整井领域所用的韧性抗冲击油井水泥外加剂，其特征在于：各成分及配比按重量份如下：聚醋酸乙烯酯1～4份、聚合醇5～8份、无机钠盐1～5份、溴化三甲苄氨0.1～0.5份及有机磺化酚醛树脂0.1～0.5份。

2、根据权利要求1所述的韧性抗冲击油井水泥外加剂，其特征在于：聚合醇为聚乙烯醇，其分子结构式为 其中n＝1700±50。

3、根据权利要求1所述的韧性抗冲击油井水泥外加剂，其特征在于：无机钠盐为硼酸钠，其分子式为Na₃BO₃。