專利名稱：：一種深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是一種石油鉆井工程領(lǐng)域，特別是固井注水泥技術(shù)所用的一種深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿，用于深水低溫固井。
背景技術(shù)：
：世界海洋石油蘊(yùn)藏量約為1000多億噸，探明儲量380多億噸；海洋天然氣儲量約為140萬億立方米，已探明的儲量約為40萬億立方米。海洋平均深度為3730米，3000米6000米水深的海域占了海洋總面積的73.83%。但目前已探明的海洋石油儲量的80%還是集中在500米水深以內(nèi)的的近大陸架區(qū)域，這說明在深水(500米-1500米)甚至超深水(1500米以上)的海底還蘊(yùn)藏著未勘探開發(fā)的豐富油氣資源。目前超過300米以上的海洋深水鉆井在世界各地每年都有大量的作業(yè)，最高的水深深度達(dá)到近3000米。深水固井是深水油氣資源勘探開發(fā)有效進(jìn)行的前提條件和重要保障，但是深水固井尤其是深水表層段固井作業(yè)相對陸地作業(yè)其地形條件更加復(fù)雜，海底地層松軟，地層破裂壓力低，并容易產(chǎn)生流體移動。深水固井海底地層溫度低，抑制油井水泥的水化過程，且深水作業(yè)日均費用昂貴，鉆井船的日費一般在2230萬美元之間。一般情況下海底的溫度很低，只有fC左右，延緩了水泥的水化，影響了水泥抗壓強(qiáng)度的發(fā)展，不能有效抵御流體的侵入并保證后續(xù)作業(yè)的順利進(jìn)行。表層地層孔隙壓力和破裂壓力之間"窗口"狹窄，地層易壓漏，要求在固井時使用低密度水泥漿，密度在1.321.56g/cm3之間，這給水泥漿的性能提出了更高的要求。海水中富含氯鹽和多種高價金屬例子，會對固井水泥產(chǎn)生腐蝕，破壞其長期性能。因此，要求固井水泥具有較高的耐久性和良好的綜合性能。深水低溫固井對水泥漿的基本性能要求是①水泥漿密度低；②低溫下較短的過渡時間和優(yōu)良的抗壓強(qiáng)度；③好的水泥漿完整性；④水泥漿與套管和地層的密封和膠結(jié)等長期性能好；⑤頂替效率高。目前，國內(nèi)剛開始對深水固井水泥漿進(jìn)行研究，國外的深水固井水泥漿主要有①充氣水泥漿技術(shù)，如EP1123907，②高鋁水泥漿體系，如US6244343、US6060535，③PSD水泥漿技術(shù)，采用常規(guī)G級油井水泥與超細(xì)顆粒材料配合形成緊密堆積，如Schhmberger的US6656265。存在的主要問題高鋁水泥體系在抗壓強(qiáng)度發(fā)展方面有優(yōu)勢，但對溫度敏感性強(qiáng)，對污染物敏感，水化放熱過快；充氣水泥漿技術(shù)復(fù)雜，成本高；采用G級油井水泥在低溫下強(qiáng)度發(fā)展緩慢，靜膠凝發(fā)展慢，影響水泥漿的防竄能力，影響深水固井質(zhì)量，深水固井質(zhì)量影響著深水油氣井的壽命，甚至危及油氣開采及平臺的安全性。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿，在低溫、淺層流、易漏井完成深水固井，提高固井水泥漿的適應(yīng)性，提高固井質(zhì)量。開展低溫低密早強(qiáng)水泥漿的研究，開發(fā)出在深水低溫條件具有良好綜合性能低溫低密早強(qiáng)水泥漿體系。3本發(fā)明采用的技術(shù)方案根據(jù)各種組分在低溫下水化活性不同，在水泥中適當(dāng)提高低溫下反應(yīng)活性高的組分，形成低溫早強(qiáng)水泥，并配合其他的外摻料和外加劑，配制出低密早強(qiáng)水泥漿。本發(fā)明的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿，其特征是各組分質(zhì)量份為低溫早強(qiáng)水泥低溫增強(qiáng)材料低密度減輕材料早強(qiáng)劑2.5減阻劑0.5降失水劑2.5緩凝劑0.1消泡劑0.15水57100份1030份1080份8份4份8份5份-1.2份95份上述深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿中所述的低溫早強(qiáng)水泥為100重量份低溫早強(qiáng)水泥中礦物含量及重量份為Si02，313份；A1203，3038份；Fe203，13份；CaO，3845份；S03，815份。所述的低溫增強(qiáng)材料為超細(xì)粉末礦渣，100重量份超細(xì)粉末礦渣中含下列成分及重量份Si02，3240份；A1203，816份；Fe203，13份；Ca0，3445份；Mg0，310份。該材料在水中能夠水化形成有強(qiáng)度的物質(zhì)，超細(xì)粉末礦渣的粒度為粒徑范圍在1100微米之間。低密度減輕材料為空心玻璃微珠或合成鈉硼微珠(3M公司生產(chǎn))。合成鈉硼微珠具有較低的密度一般為0.38g/cm3;有較高的耐壓性能，最高可達(dá)18000psi;而且粒度較細(xì)(10-80iim)，而且其材料成分和水泥有些成分類似。所述的早強(qiáng)劑是無水偏硅酸鈉或天津中油渤星工程科技有限公司的CA903S促凝早強(qiáng)劑。無水偏硅酸鈉的分子式Na2Si03，Kl值為12.4左右。降失水劑為聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、改性纖維素或2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS共聚物)。聚丙烯酰胺采用陰離子、陽離子或非離子型聚丙烯酰胺均可以。改性纖維素為甲基纖維素、乙基纖維素或羧甲基纖維素。減阻劑為甲醛和丙酮的縮聚物(FDN)或羧酸鹽類，羧酸鹽類包括丙烯酸-丙烯酸酯_磺酸鹽共聚物或丙烯酸_馬來酸共聚物緩凝劑為檸檬酸、有機(jī)磷酸鹽類，有機(jī)磷酸鹽類為羥基亞乙基二膦酸鈉或羥基亞乙基二膦酸鉀或乙二胺四亞甲基膦酸鹽。消泡劑為聚乙二醇醚或2-辛醇或磷酸三丁酯。為了提高深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿的抗沖擊性能，其中還可以加入油井水泥增韌劑。所述的油井水泥增韌劑是纖維材料或有機(jī)聚合膠乳。有機(jī)聚合膠乳為聚醋酸乙烯酯、聚苯乙烯或苯乙烯-丁二烯共聚物，纖維材料為碳纖維或尼龍纖維。尼龍纖維也稱聚酰胺纖維。深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿的制備和使用方法首先制備成干混物料和液混物料。將低溫早強(qiáng)水泥100份、低溫增強(qiáng)材料1030份、低密度減輕材料1080份、早強(qiáng)劑2.58份和減阻劑0.54份混合攪拌均勻，成為干混物料。將水5795份、降失水劑2.58份、緩凝劑0.15份和消泡劑0.151.2份混合攪拌均勻，成為液混物料。然后將干混物料與液混物料混拌均勻，配置成密度為1.21.7g/cm3的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿。在固井現(xiàn)場，首先將液混物料混合均勻，然后加入干混物料混合均勻，制成深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿。深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿具有早期強(qiáng)度高，強(qiáng)度長期穩(wěn)定性好，靜膠凝過渡時間短，體系穩(wěn)定等優(yōu)點。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果1、本發(fā)明的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿在低溫下強(qiáng)度發(fā)展快，24小時最高可達(dá)到14.7MPa，即使在4t:時仍有較高的早期強(qiáng)度。2、本發(fā)明的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿，克服了普通低密度水泥漿的穩(wěn)定性差的問題，具有良好的懸浮穩(wěn)定性，水泥石的上下密度差小于0.05g/cm3。3.本發(fā)明的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿，采用緊密堆積設(shè)計理念，滲透率低，水泥石長期穩(wěn)定性好，靜膠凝強(qiáng)度發(fā)展快，具有優(yōu)良的防氣竄能力。4、本發(fā)明的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿，具有流變性好、失水小、稠化時間易于調(diào)節(jié)，方便現(xiàn)場施工。本發(fā)明的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿，解決了深水表層低溫的固井技術(shù)難題，節(jié)約油井鉆井時間，有利于提高固井質(zhì)量，為深水油氣開采提供技術(shù)支持。具體實施例方式實施例1:密度為1.7g/cm3的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿各組分按重量份計。低溫早強(qiáng)水泥100份。在100重量份的低溫早強(qiáng)水泥中礦物含量及重量份為Si02，10份；A1203，35份；Fe203，2份；CaO，43份；S03，10份。低溫增強(qiáng)材料20份。低溫增強(qiáng)材料是超細(xì)粉末礦渣，在100重量份的超細(xì)粉末礦渣中含下列成分及重量份Si02，38份；A1203，12份；Fe203，2.5份；CaO，42.5份；MgO，5份。超細(xì)粉末礦渣的粒徑范圍為45微米。低密度減輕材料10份。低密度減輕材料采用的是空心玻璃微珠。早強(qiáng)劑2.5份。早強(qiáng)劑采用的是天津中油渤星工程科技有限公司生產(chǎn)的CA903S促凝早強(qiáng)劑。減阻劑0.5份。減阻劑采用的是甲醛和丙酮縮聚物(FDN)。降失水劑2.5份。降失水劑采用的是聚乙烯醇。緩凝劑1.2份。緩凝劑采用的是檸檬酸。消泡劑，0.15份。消泡劑采用的是2-辛醇或磷酸三丁酯。海水，57份。實施例2:密度為1.5g/cm3的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿各組分按重量份計。低溫早強(qiáng)水泥100份。在100重量份的低溫早強(qiáng)水泥中礦物含量及重量份為Si02，8份；A1203，37份；Fe203，2份；CaO，38份；S03，15份。低溫增強(qiáng)材料25份。低溫增強(qiáng)材料是超細(xì)粉末礦渣，在100重量份的超細(xì)粉末礦渣中含下列成分及重量份Si02，35份；A1203，14份；Fe203，1.5份；Ca0，40份；MgO，9.5份。超細(xì)粉末礦渣的粒徑范圍在4590微米之間。低密度減輕材料25份；低密度減輕材料采用的是合成鈉硼微珠，粒度在10-80ym之間，合成鈉硼微珠由3M公司生產(chǎn)。早強(qiáng)劑4份。早強(qiáng)劑采用的無水偏硅酸鈉。減阻劑1.5份。減阻劑采用的是丙烯酸_馬來酸共聚物。降失水劑5份。降失水劑采用的是2-丙烯酰胺基-2_甲基丙磺酸(AMPS共聚物)。緩凝劑1.2份。緩凝劑采用的是檸檬酸。消泡劑，0.2份。消泡劑采用的是聚乙二醇醚。淡水，67份。實施例3:密度為1.4g/cm3的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿各組分按重量份計。低溫早強(qiáng)水泥IOO份，在IOO重量份的低溫早強(qiáng)水泥中礦物含量及重量份為Si02，5份；A1203，34份；Fe203，3份；CaO，44份；S03，14份。低溫增強(qiáng)材料25份；低溫增強(qiáng)材料是超細(xì)粉末礦渣，在100重量份的超細(xì)粉末礦渣中含下列成分及重量份Si02，33份；A1203，15份；Fe203，3份；CaO，42份；MgO，7份。超細(xì)粉末礦渣的粒徑范圍在4590微米之間。低密度減輕材料35份。低密度減輕材料采用的是空心玻璃微珠。早強(qiáng)劑3份。早強(qiáng)劑采用是天津中油渤星工程科技有限公司生產(chǎn)的CA903S促凝早強(qiáng)劑。減阻劑2.5份。減阻劑采用的是丙烯酸_丙烯酸酯_磺酸鹽共聚物。降失水劑6份。降失水劑采用的是聚丙烯酰胺。緩凝劑1份。緩凝劑采用的是羥基亞乙基二膦酸鈉。消泡劑0.2份。消泡劑采用的是聚乙二醇醚。海水，75份。實施例4:密度為1.2g/cm3的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿各組分按重量份計。低溫早強(qiáng)水泥100份。在100重量份的低溫早強(qiáng)水泥中礦物含量及重量份為Si02，6份；A1203，36份；Fe203，1.5份；CaO，43份；S03，13.5份。低溫增強(qiáng)材料10份；低溫增強(qiáng)材料是超細(xì)粉末礦渣，在100重量份的超細(xì)粉末礦渣中含下列成分及重量份Si02，39份；A1203，10份；Fe203，2份；CaO，40份；MgO，9份。超細(xì)粉末礦渣的粒徑范圍在6090微米之間。低密度減輕材料65份。低密度減輕材料采用的是空心玻璃微珠。早強(qiáng)劑3份。早強(qiáng)劑采用的是無水偏硅酸鈉。減阻劑3份。減阻劑采用的是丙烯酸_馬來酸共聚物。降失水劑3份。降失水劑采用的是乙基纖維素。緩凝劑0.8份。緩凝劑采用的是羥基亞乙基二膦酸鉀。消泡劑，0.2份。消泡劑采用的是2-辛醇或磷酸三丁酯。海水，95份。實施例5:密度為1.7g/cm3的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿各組分按重量份計。低溫早強(qiáng)水泥100份。在100重量份的低溫早強(qiáng)水泥中礦物含量及重量份為Si02，3份；A1203，34份；Fe203，3份；CaO，45份；S03，15份。低溫增強(qiáng)材料20份。低溫增強(qiáng)材料是超細(xì)粉末礦渣，在100重量份的超細(xì)粉末礦渣中含下列成分及重量份Si02，32份；A1203，16份；Fe203，1份；CaO，45份；MgO，6份。超細(xì)6粉末礦渣的粒徑范圍為45微米。低密度減輕材料10份。低密度減輕材料采用的是空心玻璃微珠。早強(qiáng)劑2.5份無水偏硅酸鈉。減阻劑1.5份。減阻劑采用的是烯酸_馬來酸共聚物。降失水劑2份。降失水劑采用的是羧甲基纖維素。緩凝劑1.2份。緩凝劑采用的是乙二胺四亞甲基膦酸鹽。消泡劑，0.15份。消泡劑采用的是2-辛醇或磷酸三丁酯。增韌劑2份。增韌劑采用的是聚醋酸乙烯酯。海水，57份。實施例6:密度為1.5g/cm3的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿各組分按重量份計。低溫早強(qiáng)水泥100份。在100重量份的低溫早強(qiáng)水泥中礦物含量及重量份為Si02，9份；A1203，32份；Fe203，2份；CaO，43份；S03，14份。低溫增強(qiáng)材料30份。低溫增強(qiáng)材料是超細(xì)粉末礦渣，在100重量份的超細(xì)粉末礦渣中含下列成分及重量份Si02，38份；A1203，10份；Fe203，3份；CaO，45份；MgO，4份。超細(xì)粉末礦渣的粒徑范圍在1100微米之間。低密度減輕材料27份；低密度減輕材料采用的是合成鈉硼微珠，粒度在10-80之間，合成鈉硼微珠由3M公司生產(chǎn)。早強(qiáng)劑4份。早強(qiáng)劑采用的是天津中油渤星工程科技有限公司生產(chǎn)的CA903S促凝早強(qiáng)劑。減阻劑1.5份。減阻劑采用的是甲醛和丙酮的縮聚物(FDN)。降失水劑5份。降失水劑采用的是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS共聚物)。緩凝劑1.2份。緩凝劑采用的是檸檬酸。消泡劑，0.2份。消泡劑采用的是聚乙二醇醚。增韌劑5份。增韌劑采用的是苯乙烯_丁二烯共聚物。淡水，67份。實施例7:密度為1.4g/cm3的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿各組分按重量份計。低溫早強(qiáng)水泥IOO份，在IOO重量份的低溫早強(qiáng)水泥中礦物含量及重量份為Si02，8份；A1203，36份；Fe203，2份；CaO，41份；S03，13份。低溫增強(qiáng)材料15份；低溫增強(qiáng)材料是超細(xì)粉末礦渣，在100重量份的超細(xì)粉末礦渣中含下列成分及重量份Si02，37份；A1203，9份；Fe203，1份；CaO，43份；MgO，10份。超細(xì)粉末礦渣的粒徑范圍在580微米之間。低密度減輕材料30份。低密度減輕材料采用的是合成鈉硼微珠，粒度在10-80m之間，合成鈉硼微珠由3M公司生產(chǎn)。早強(qiáng)劑2份。早強(qiáng)劑采用的是無水偏硅酸鈉。減阻劑2.5份。減阻劑采用的是丙烯酸_馬來酸共聚物。降失水劑2份。降失水劑采用的是聚乙烯醇。緩凝劑1份。緩凝劑采用的是檸檬酸。消泡劑0.2份。消泡劑采用的是聚乙二醇醚。增韌劑3份。增韌劑采用的是碳纖維。淡水，75份。實施例8:密度為1.2g/cm3的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿各組分按重量份計。低溫早強(qiáng)水泥100份。在100重量份的低溫早強(qiáng)水泥中礦物含量及重量份為Si02，6份；A1203，36份；Fe203，1.5份；CaO，43份；S03，13.5份。低溫增強(qiáng)材料10份；低溫增強(qiáng)材料是超細(xì)粉末礦渣，在100重量份的超細(xì)粉末礦渣中含下列成分及重量份Si02，39份；A1203，10份；Fe203，2份；CaO，40份；MgO，9份。超細(xì)粉末礦渣的粒徑范圍在6090微米之間。低密度減輕材料65份。低密度減輕材料采用的是空心玻璃微珠。早強(qiáng)劑2份。早強(qiáng)劑采用的是無水偏硅酸鈉。減阻劑3份。減阻劑采用的是丙烯酸_馬來酸共聚物。降失水劑4份。降失水劑采用的是2-丙烯酰胺基-2_甲基丙磺酸(AMPS共聚物)。緩凝劑0.8份。緩凝劑采用的是羥基亞乙基二膦酸鉀。增韌劑3份。增韌劑采用的是尼龍纖維。消泡劑0.2份。消泡劑采用的是2-辛醇或磷酸三丁酯。海水，95份。八個實施例的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿的性能測試結(jié)果列表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>測試的試驗條件為溫度4t:，壓力30MPa。權(quán)利要求一種深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿，其特征是各組分重量份為低溫早強(qiáng)水泥100份；低溫增強(qiáng)材料10～30份；低密度減輕材料10～80份；早強(qiáng)劑2.5～8份；減阻劑0.5～4份；降失水劑2.5～8份；緩凝劑0.1～5份；消泡劑0.15～1.2份；水57～95份。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿，其特征是所述的低溫早強(qiáng)水泥為100重量份低溫早強(qiáng)水泥中礦物含量及重量份為Si02，313份^1203，3038份；Fe203，13份；CaO，3845份；S03，815份。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿，其特征是所述的低溫增強(qiáng)材料為超細(xì)粉末礦渣，100重量份的超細(xì)粉末礦渣中含下列成分及重量份Si02，3240份；A1203，816份；Fe203，13份；CaO，3445份；MgO，310份，超細(xì)粉末礦渣的粒徑范圍在1100微米之間。4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿，其特征是所述的低密度減輕材料為空心玻璃微珠或合成鈉硼微珠。5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿，其特征是所述的早強(qiáng)劑是無水偏硅酸鈉或CA903S促凝早強(qiáng)劑。6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿，其特征是所述的降失水劑為聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、改性纖維素或2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS共聚物)；改性纖維素為甲基纖維素、乙基纖維素或羧甲基纖維素。7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿，其特征是所述的減阻劑為甲醛和丙酮的縮聚物(FDN)或羧酸鹽類，羧酸鹽類包括丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸鹽共聚物或丙烯酸_馬來酸共聚物。8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿，其特征是其中所述的緩凝劑為檸檬酸或有機(jī)磷酸鹽類，有機(jī)磷酸鹽類為羥基亞乙基二膦酸鈉、羥基亞乙基二膦酸鉀或乙二胺四亞甲基膦酸鹽。9.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿，其特征是所述的消泡劑為聚乙二醇醚或2-辛醇或磷酸三丁酯。10.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿，其特征是加入1.56重量份的油井水泥增韌劑，所述的油井水泥增韌劑是纖維材料或有機(jī)聚合膠乳，有機(jī)聚合膠乳為聚醋酸乙烯酯、聚苯乙烯、苯乙烯_丁二烯共聚物，纖維材料是碳纖維或尼龍纖維。11.根據(jù)權(quán)利要求IO所述的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿，其特征是所述的尼龍纖維纖維束直徑為0.0050.05mm，長度為39mm，纖維的平均抗拉強(qiáng)度為540760MPa。全文摘要本發(fā)明涉及石油鉆井工程中固井用的深水低溫低密早強(qiáng)固井水泥漿低溫早強(qiáng)水泥100份、低溫增強(qiáng)材料10～30份、低密度減輕材料10～80份、減阻劑0.5～4份、降失水劑2.5～8份、緩凝劑0.1～5份、消泡劑0.15～1.2份、早強(qiáng)劑2.5～8份，水57～95份，能配置密度為1.2～1.7g/cm3的水泥漿。該水泥漿體系具有早期強(qiáng)度(24小時)最高可達(dá)到14.7MPa，強(qiáng)度長期穩(wěn)定性好，靜膠凝過渡時間短，體系穩(wěn)定等優(yōu)點，為提高深水固井質(zhì)量提供技術(shù)保障。文檔編號C09K8/487GK101747880SQ200910243240公開日2010年6月23日申請日期2009年12月29日優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日發(fā)明者劉愛萍,呂光明,孫富全,屈建省,席方柱,王翀,譚文禮,高永會申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司;中國石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院