一種用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿。以重量份計，上述水泥漿的成分為：耐高溫水泥100份、高溫穩(wěn)定劑30-40份、調(diào)凝劑0.5-1.2份、油井水泥降失水劑2.5-4.5份、抗沉降劑0.02-0.15份、消泡劑0.02-0.15份、水45-100份。本發(fā)明所提供的耐高溫固井水泥漿能夠有效解決目前固井水泥漿體系在高溫下存在的強度下降快、滲透率上升快等問題，能夠提高熱穩(wěn)定性，減少竄槽和套損的可能性，使油井能長期封固，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
【專利說明】一種用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿，屬于石油開采技術(shù)領(lǐng) 域。

【背景技術(shù)】
[0002] 世界上已探明石油儲量約一半為稠油，我國稠油資源也相當(dāng)豐富，遼河、勝利、吐 哈、克拉瑪依等油田都已發(fā)現(xiàn)大量稠油油藏，產(chǎn)量接近各油田產(chǎn)能的10%?15%，其中遼河 油田稠油年產(chǎn)量占其全年油氣總產(chǎn)量的60%以上。另外，從我國陸地油氣資源分布格局來 看，東部老區(qū)作為國內(nèi)石油資源主力產(chǎn)區(qū)，淺層和中深層的勘探程度較高，深層及超深層探 明程度很低，具有很大石油資源潛力；中部地區(qū)是天然氣富集區(qū)，有超過一半的天然氣資源 量在深部地層；西部地區(qū)是國內(nèi)石油產(chǎn)量的主要戰(zhàn)略接替區(qū)，但其近70%油氣資源埋藏在 深部地層。
[0003] 因此，合理有效地開發(fā)稠油資源及深層資源對我國油氣產(chǎn)量接替及能源安全具有 重要意義。
[0004] 目前稠油開采主要采用注蒸汽的方式，如蒸汽驅(qū)、蒸汽吞吐、蒸汽輔助重力泄油 等。因此，稠油熱采井與深井超深井的共同特點是井筒溫度高，如蒸汽吞吐井注汽溫度達到 250°C?350°C、蒸汽驅(qū)開采井局部井溫也在200°C左右、4500m以上的深井溫度在150°C以 上。如此高的溫度必然對固井過程及固井質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響，因而需要選擇適合的水泥 漿體系以滿足耐高溫的要求。
[0005] 目前，稠油熱采井固井絕大部分使用G級加砂水泥漿體系，水泥為普通的波特蘭 水泥，屬硅酸鹽水泥。室內(nèi)實驗研究表明，150°C為該水泥漿體系衰退點，即超過該溫度，水 泥石強度迅速下降；超過200°C后，水泥石強度趨于穩(wěn)定，但不到4MPa。另外，熱采井現(xiàn)場應(yīng) 用表明，在熱采期間，井下套管及水泥環(huán)要承受高達200°C以上的高溫，并且溫度在高低之 間循環(huán)更替，造成水泥石在高溫條件下產(chǎn)生強度衰退、滲透率增大，在循環(huán)熱應(yīng)力下導(dǎo)致第 一、二界面膠結(jié)質(zhì)量下降，從而引起層間封隔失效，形成套損和竄槽，最終導(dǎo)致油井生產(chǎn)周 期縮短、成本增加。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提出一種用于注蒸汽熱采井的耐 高溫固井水泥漿，通過采用該水泥漿可以減慢高溫情況下水泥漿體系強度衰減的速度和滲 透率上升的速度，提高熱穩(wěn)定性，減少竄槽和套損的可能性，使油井長期封固，從而提高生 產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
[0007] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)：
[0008] -種用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿，以重量份計，所采用的水泥漿的成 分為：耐高溫水泥100份、高溫穩(wěn)定劑30-40份、調(diào)凝劑0. 5-1. 2份、油井水泥降失水劑 2. 5-4. 5份、抗沉降劑0. 02-0. 15份、消泡劑0. 02-0. 15份、水45-100份；
[0009] 所采用的耐高溫水泥為鋁酸鹽水泥；所采用的高溫穩(wěn)定劑為超細礦渣微粉；所采 用的調(diào)凝劑為無機鹽類硼酸型調(diào)凝劑；所采用的油井水泥降失水劑為AMPS共聚物類降失 水劑；所采用的抗沉降劑為聚合物類抗沉降劑；所采用的消泡劑為高分子聚醚類消泡劑。 [0010] 所述無機鹽類硼酸型調(diào)凝劑可以是由硼酸、硼酸鈉、酒石酸、葡萄糖酸鈉等多種調(diào) 凝劑復(fù)配而成。
[0011] 在上述的用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿中，優(yōu)選的，以重量份計，所采用 的鋁酸鹽水泥的主要成分為Al20352-77份、Ca040-48份、Si020 . 5-6份、Fe2030. 5-2. 5份、總 堿以當(dāng)量氧化鈉（Na20+0. 658K20)計不高于0. 4份。
[0012] 在上述的用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿中，優(yōu)選的，所采用的鋁酸鹽水 泥中A1203含量至少在52%以上、Si02含量小于6%、勃氏比表面積為300m 2/kg-400m2/kg，更 優(yōu)選的，所述錯酸鹽水泥為CA70水泥和/或CA50系列的A900型水泥，該水泥具有快硬、高 強、耐高溫的特點。
[0013] 在上述的用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿中，優(yōu)選的，以重量份計，所采 用的超細礦渣微粉的主要成分為Si0227-40份、Ca033-43份、Mg06-10份、Al20 310-15份、 Fe203l-2 份、Μη00· 5-2 份、S03 小于 4 份、Ti02l-2 份。
[0014] 在上述的用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿中，優(yōu)選的，所采用的超細礦渣 微粉的比表面積> 450m2/kg，粒度范圍為500目-1500目；更優(yōu)選的，所述超細礦渣微粉為 四川宏升石油技術(shù)開發(fā)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的HS-KZS型高溫穩(wěn)定劑。
[0015] 在上述的用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿中，優(yōu)選的，所采用的調(diào)凝劑為 四川宏升石油技術(shù)開發(fā)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的HS-204SR型調(diào)凝劑，它是一種精細合成的無 機鹽類硼酸型的調(diào)凝劑，在鋁酸鹽水泥中添加了該類調(diào)凝劑后，可使水泥漿降低對水質(zhì)的 要求，擁有較寬的使用溫度范圍，水泥漿稠化時間易調(diào)整，且對調(diào)凝劑加量不敏感。
[0016] 在上述的用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿中，優(yōu)選的，所采用的油井水泥 降失水劑主要是由AMPS、低分子酰胺、多羥基羧酸聚合改性而成，20目篩余物小于7%。
[0017] 在上述的用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿中，優(yōu)選的，所采用的油井水泥 降失水劑為衛(wèi)輝市化工有限公司生產(chǎn)的G33S型油井水泥降失水劑。
[0018] 在上述的用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿中，優(yōu)選的，所采用的聚合物類 抗沉降劑為美國雪佛龍菲利普斯化工有限公司鉆井特殊化學(xué)品公司生產(chǎn)的HE400型抗沉 降劑。該抗沉降劑為白色粉末，比重為1.44g/cm3,可適用于淡水、鹽水和海水水泥漿，能在 高溫下保持穩(wěn)定，在油井水泥中加入該抗沉降劑，可以有效發(fā)揮抗沉降、降失水、懸浮穩(wěn)定 的效果，尤其在高溫條件下，其抗沉降性能發(fā)揮更好。
[0019] 在上述的用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿中，優(yōu)選的，所采用的高分子聚 醚類消泡劑為衛(wèi)輝市化工有限公司生產(chǎn)的XP-1型消泡劑。該消泡劑的外觀為無色或淡黃 色粘稠液體，與其它外加劑相容性好，消泡迅速，能夠抗酸堿，耐高溫，加入到水泥漿中后， 能有效抑泡、消泡、防氣竄，且對水泥漿其它性能無不利影響。
[0020] 本發(fā)明還提供了一種上述的用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿的制備方法， 包括如下步驟：
[0021] 步驟一，以重量份計，向100重量份鋁酸鹽水泥中加入30-40重量份的超細礦渣微 粉和2. 5-4. 5重量份的油井水泥降失水劑，攪拌得混合物；
[0022] 步驟二，以重量計，將0. 5-1. 2重量份的無機鹽類硼酸型調(diào)凝劑和0. 06-0. 15重量 份的聚合物類抗沉降劑混入45-100重量份水中，得混合液；
[0023] 步驟三，將所得的混合物和混合液混合配成水泥漿，密度控制在1. 60-1. 90g/cm3, 初凝時間在60-300min內(nèi)可調(diào)，混合物和混合液的混合重量比為1 : (0. 3-0. 8)，有出泡現(xiàn)象 時可加入0. 02-0. 15重量份的消泡劑，即得上述用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿。
[0024] 本發(fā)明還提供了一種上述的用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿的應(yīng)用，所采 用的水泥漿用于注蒸汽熱采井、深井或超深井的固井作業(yè)。
[0025] 本發(fā)明的突出效果為：
[0026] 1、本發(fā)明提供的耐高溫固井水泥漿在低溫下（45°C?75°C)不用加速凝劑便能 實現(xiàn)早強，且強度較高，能夠滿足高溫固井快速凝結(jié)的要求，確保凝固過程中不出現(xiàn)環(huán)空竄 流。
[0027] 2、本發(fā)明提供的耐高溫固井水泥漿常溫下形成的水泥石在315°C高溫下強度衰減 小，維持較高水平，熱穩(wěn)定性能優(yōu)良，能夠提高高溫下井身質(zhì)量，確保井筒的完整性及層間 有效封隔。
[0028] 3、本發(fā)明提供的耐高溫固井水泥漿適用于注蒸汽熱采井、深井超深井等超高溫 井，在20(TC?315°C下強度保持較高，并且循環(huán)多輪次高低溫環(huán)境下，其強度幾乎不衰退， 甚至有小幅增加，能夠較好地解決循環(huán)熱應(yīng)力對井筒產(chǎn)生的影響，大大延長油井壽命，有力 降低生產(chǎn)成本。
[0029] 4、本發(fā)明提供的耐高溫固井水泥漿流變性能良好、失水量小、密度和稠化時間可 調(diào)，能夠滿足各種井深下施工要求。
[0030] 綜上所述，本發(fā)明能夠有效解決目前固井水泥漿體系在高溫下存在的強度下降 快、滲透率上升快等問題，提高熱穩(wěn)定性，減少竄槽和套損的可能性，使油井能長期封固，提 高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

【具體實施方式】
[0031] 以下便結(jié)合實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳述，以使本發(fā)明技術(shù) 方案更易于理解、掌握。
[0032] 實施例1
[0033] 本實施例提供了一種用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿，其使用CA-50系列 A900型鋁酸鹽水泥、HS-KZS型超細礦渣微粉作為高溫穩(wěn)定劑、型號為G33S的油井降失水 齊U、型號為HS-204SR的調(diào)凝劑、型號為HE400的抗沉降劑和型號為XP-1的消泡劑來配置密 度為1.85g/cm3的耐高溫固井水泥漿。以重量份計，該耐高溫固井水泥漿具有以下成分組 成：A900鋁酸鹽水泥100份、HS-KZS型超細礦渣微粉30份、G33S的油井降失水劑2. 8份、 HS-204SR調(diào)凝劑0. 6份、HE400抗沉降劑0. 06份、XP-1消泡劑0. 10份、清水55份。
[0034] 該耐高溫固井水泥漿是通過以下步驟制備的：
[0035] 1、添加耐高溫改性外加劑和降失水劑：向100份鋁酸鹽水泥中加入30份的 HS-KZS型超細礦渣微粉和2. 8份的G33S的油井降失水劑，得到水泥干灰混合物；
[0036] 2、添加調(diào)凝劑及抗沉降劑：將0. 6份的HS-204SR調(diào)凝劑、0. 06份的HE400抗沉降 劑和0. 10份的XP-1消泡劑混入55份的水中，得混合液；
[0037] 3、混配水泥漿：將以上所配得的水泥干灰混合物和混合液按照1 : 0. 55的重量比 混配成密度為1. 85g/cm3的水泥漿。
[0038] 制備得到上述耐高溫固井水泥漿后，在恒溫水浴鍋中進行養(yǎng)護(養(yǎng)護溫度分別為 45°C、60°C、75°C，養(yǎng)護時間為7天，養(yǎng)護壓力為0. IMPa)，養(yǎng)護完成后，取試樣在高溫高壓養(yǎng) 護釜中養(yǎng)護兩輪次(初始溫度為27°C ±3°C，用4-6h升溫至315°C，養(yǎng)護壓力大于或等于 20. 7MPa)，每輪次7天。測試每一階段試樣強度，測試條件為50°C X 3. 5MPa，耐高溫性能測 試結(jié)果如表1所示。
[0039] 表1耐高溫固井水泥漿配方高低溫下的強度對比結(jié)果
[0040]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿，其特征在于：以重量份計，該水泥漿 的成分為：耐高溫水泥100份、高溫穩(wěn)定劑30-40份、調(diào)凝劑0. 5-1. 2份、油井水泥降失水劑 2. 5-4. 5份、抗沉降劑0. 02-0. 15份、消泡劑0. 02-0. 15份、水45-100份； 所述耐高溫水泥為鋁酸鹽水泥； 所述高溫穩(wěn)定劑為超細礦渣微粉； 所述調(diào)凝劑為無機鹽類硼酸型調(diào)凝劑； 所述油井水泥降失水劑為AMPS共聚物類降失水劑； 所述抗沉降劑為聚合物類抗沉降劑； 所述消泡劑為高分子聚醚類消泡劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿，其特征在于：以 重量份計，所述鋁酸鹽水泥的主要成分為Al20352-77份、Ca040-48份、Si0 20 . 5-6份、 Fe2030. 5-2. 5份、總堿以當(dāng)量氧化鈉計不高于0. 4份。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿，其特征在于：所述 鋁酸鹽水泥A1203含量至少在52%以上、Si02含量小于6%、勃氏比表面積300m 2/kg-400m2/ kg，優(yōu)選的，所述鋁酸鹽水泥為CA70水泥和/或CA50系列的A900型水泥。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿，其特征在于： 以重量份計，所述超細礦渣微粉的主要成分為Si0227-40份、Ca033-43份、Mg06-10份、 Al20310-15 份、Fe203l-2 份、MnOO. 5-2 份、S03 小于 4 份、Ti02l-2 份。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿，其特征在于： 所述超細礦渣微粉的比表面積> 450m2/kg、玻璃體含量大于85%、燒失量小于3%、粒度范圍 為500目-1500目；優(yōu)選地，所述超細礦渣微粉為四川宏升石油技術(shù)開發(fā)有限責(zé)任公司生產(chǎn) 的HS-KZS型高溫穩(wěn)定劑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿，其特征在于：所述 調(diào)凝劑為四川宏升石油技術(shù)開發(fā)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的HS-204SR型調(diào)凝劑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿，其特征在于：所述 油井水泥降失水劑是由AMPS、低分子酰胺、多羥基羧酸聚合改性而成，20目篩余物小于7%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿，其特征在于： 所述油井水泥降失水劑為衛(wèi)輝市化工有限公司生產(chǎn)的G33S型油井水泥降失水劑。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿，其特征在于：所述 聚合物類抗沉降劑為美國雪佛龍菲利普斯化工有限公司鉆井特殊化學(xué)品公司生產(chǎn)的HE400 型抗沉降劑。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿，其特征在于：所述 高分子聚醚類消泡劑為衛(wèi)輝市化工有限公司生產(chǎn)的XP-1型消泡劑。
11. 一種權(quán)利要求1-10任一項所述的用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿的制備 方法，其包括如下步驟： 步驟一，以重量份計，向100重量份鋁酸鹽水泥中加入30-40重量份的超細礦渣微粉和 2. 5-4. 5重量份的油井水泥降失水劑，攪拌得混合物； 步驟二，以重量份計，將0. 5-1. 2重量份的無機鹽類硼酸型調(diào)凝劑和0. 02-0. 15重量份 的聚合物類抗沉降劑混入45-100重量份水中，得混合液； 步驟三，將所得的混合物和混合液混合配成水泥漿，密度控制在1. 60-1. 90g/cm3,初 凝時間為60-300min，混合物和混合液的混合重量比為1 : (0. 3-0. 8)，有出泡現(xiàn)象時加入 0. 02-0. 15重量份的消泡劑，即得所述注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿。
12. -種權(quán)利要求1-10任一項所述的用于注蒸汽熱采井的耐高溫固井水泥漿的應(yīng)用， 所述水泥漿用于注蒸汽熱采井的固井作業(yè)。
【文檔編號】C09K8/487GK104059622SQ201310589553
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】吳東魁, 吳爽, 宋學(xué)義, 肖云峰, 杜昌雷, 楊書港, 劉明濤, 蒲秀云, 張海明, 張祥成, 王文明, 王俊英, 趙小強 申請人:中國石油天然氣股份有限公司