一種小井眼單通道固井用低粘柔性水泥漿的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種小井眼單通道固井用低粘柔性水泥漿。所述固井用低粘柔性水泥漿包括下述質(zhì)量配比的組份：水泥100份；水37.0～56.0份；降濾失劑3.5～5.0份；彈性乳液1.0～2.0份；分散劑0.5～2.0份；孔隙支撐劑6.0～9.0份；抑泡消泡劑0.5～1.0份。本發(fā)明水泥漿具有較低的失水和較高的穩(wěn)定性，稠化時間可調(diào)，膠凝強度發(fā)展時間快，自由液為零，抗侵污性能好等特點。本發(fā)明水泥漿凝固以后的水泥石滲透率得到了有效的降低，具有較好防腐蝕和防氣竄效果。其防腐效果比普通水泥石提高80倍以上，壁面剪切效果提高30%以上，抗竄能力提高40%以上。
【專利說明】一種小井眼單通道固井用低粘柔性水泥漿
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石油固井工程領域的一種固井水泥漿，具體涉及一種小井眼單通道固井用低粘柔性水泥漿。
【背景技術】
[0002]在油田開發(fā)的中后期，開采未被開發(fā)的儲量難度越來越大，采用常規(guī)的鉆完井模式開采的話，投入高，風險大，經(jīng)濟效益不高。此外，針對一些邊際油田和那些單井產(chǎn)量不高的區(qū)塊，也不適宜采用常規(guī)的鉆完井模式。小井眼單通道井將小井眼鉆井技術與單通道井技術相結合，采用小的井眼尺寸，簡化的井身結構設計和生產(chǎn)管柱設計，完井作業(yè)不占用鉆機時間，能夠最大限度地降低鉆完井費用。同時根據(jù)調(diào)研的國外成功開發(fā)經(jīng)驗，小井眼單通道井技術可用于開發(fā)煤層 氣、頁巖氣資源，因此單通道井可為非常規(guī)油氣資源的開發(fā)提供重要的技術基礎
[0003]小井眼井指的是70%的井深直徑小于Φ 177.8mm的井，其主要特點就是井徑較常規(guī)井小，環(huán)空間隙?。粏瓮ǖ谰且环N用油管代替套管，并對油管實施固井和射孔的一種油氣生產(chǎn)井鉆完井方式。小井眼井與單通道井的主要區(qū)別在于二者井身結構的不同，小井眼井與常規(guī)井的井身結構相同，完井后存在兩個流通通道，一個是用于油氣生產(chǎn)的油管，一個是用于壓井用的油管與套管的環(huán)形空間；而單通道井只有一個用于油氣生產(chǎn)的油管通道，油管與地層(或套管)之間直接用水泥環(huán)封死。因此，單通道井也可能是小井眼井鉆井后完井，但也可能是常規(guī)井鉆井后完井。
[0004]當小井眼井采用單通道完井時，其固井難點主要在于三個方面:一是小井眼環(huán)空間隙小，摩阻壓耗大；二是套管居中難，合理設計扶正器是個難點；三是水泥漿頂替效率低。表現(xiàn)在固井水泥漿方面則是:一是對水泥漿體系的流變性要求較高，好的流變性能能減小頂替時的摩阻壓耗，防止壓漏地層，同時提高頂替效率；二是需要水泥漿在高壓差下具有很好的穩(wěn)定性能，防止水泥漿快速失水和脫水；三是小井眼水泥環(huán)薄，需滿足水泥石的抗壓和抗折強度要求，要求水泥漿具有很好的柔韌性。這一系列問題都對小井眼固井水泥漿體系提出了挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種小井眼單通道固井用低粘柔性水泥漿。
[0006]本發(fā)明所提供的一種小井眼單通道固井用低粘柔性水泥漿，其包括下述質(zhì)量配比的組份:
[0007]水泥100份；水37.0~56.0份；降濾失劑3.5~5.0份；彈性乳液1.0~2.0份；
[0008]分散劑0.5~2.0份；孔隙支撐劑6.0~9.0份；抑泡消泡劑0.5~1.0份。
[0009]上述的低粘柔性水泥漿中，所述低粘柔性水泥漿還包括下述組份中的至少一種:
[0010]緩凝劑、膨脹劑、減輕劑、增強劑和硅粉。
[0011]上述的低粘柔性水泥漿中，所述緩凝劑、膨脹劑、減輕劑、增強劑和硅粉的添加量如下，以所述水泥的添加量為100份計，均為質(zhì)量份:
[0012]所述緩凝劑的添加量為0.1~1.2份；
[0013]所述膨脹劑的添加量為0.5~2.0份；
[0014]所述減輕劑的添加量為8.0~12.0份；
[0015]所述增強劑的添加量為10.0~30.0份；
[0016]所述娃粉的添加量為30.0~35.0份。
[0017]所述低粘柔性水泥漿具體可為下述I) -3)中任一種:
[0018]1)由下述質(zhì)量配比的組份組成:
[0019]水泥100份；7jC 37.0~56.0份；降濾失劑3.5~5.0份；彈性乳液1.0~2.0份；
[0020]分散劑0.5~2.0份；孔隙支撐劑6.0~9.0份；抑泡消泡劑0.5~1.0份；
[0021]緩凝劑0.1~1.2份；膨脹劑0.5~2.0份；或
[0022]水泥100份；7jC 37.5份；降濾失劑3.75份；彈性乳液1.25份；
[0023]分散劑1.5份；孔隙支撐劑6.25份；抑泡消泡劑0.625份；
[0024]緩凝劑0.125份;膨脹劑0.5份；
[0025]2)由下述質(zhì)量配比的組份組成:
[0026]水泥100份；水37.0~56.0份;降濾失劑3.5~5.0份；彈性乳液1.0~2.0份；
[0027]分散劑0.5~2.0份；孔隙支撐劑6.0~9.0份；抑泡消泡劑0.5~1.0份；
[0028]減輕劑8.0~12.0份；增強劑10.0~30.0份；或
[0029]水泥100份；7jC 56.0份；降濾失劑5.0份；彈性乳液2.0份；
[0030]分散劑0.5份；孔隙支撐劑6.0份；抑泡消泡劑1.0份；
[0031]減輕劑10.0份；增強劑12.0份；
[0032]3)由下述質(zhì)量配比的組份組成:
[0033]水泥100份；7jC 37.0~56.0份;降濾失劑3.5~5.0份；彈性乳液1.0~2.0份；
[0034]分散劑0.5~2.0份；孔隙支撐劑6.0~9.0份；抑泡消泡劑0.5~1.0份；
[0035]緩凝劑0.1~1.2份;硅粉30.0~35.0份；或
[0036]水泥100份冰41.3份；降濾失劑5.0份；彈性乳液1.7份；
[0037]分散劑2.0份；孔隙支撐劑8.3份；抑泡消泡劑0.83份；
[0038]緩凝劑1.13份;硅粉35.0份。
[0039]上述的低粘柔性水泥漿中，所述水泥可為D級油井水泥；
[0040]所述水為淡水；
[0041]所述降濾失劑為N，N- 二甲基丙烯酰胺(NNDMA)、丙烯酸_2_丙烯酰胺_2_甲基丙磺酸共聚物(AA/AMPS)和丙烯酰胺-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物(AM/AMPS)中至少一種，其相對分子量為10萬~250萬。
[0042]所述彈性乳液為丁苯膠乳，其中丁苯膠乳有效含量達到50~55%，丁苯膠乳具有降濾失、抗氣竄、降低水泥石滲透率等功能；
[0043]所述分散劑為甲醛與丙酮的縮聚物，所述甲醛與所述丙酮的摩爾比為1:2 ；
[0044]所述孔隙支撐劑為購自荊州嘉華科技股份有限公司的產(chǎn)品，產(chǎn)品代碼為MX ；
[0045]所述抑泡消泡劑為購自荊州嘉華科技股份有限公司的產(chǎn)品，產(chǎn)品代碼為X66L。
[0046]上述的低粘柔性水泥漿中，所述緩凝劑可為檸檬酸、硼酸和有機磷酸鹽中至少一種，所述有機磷酸鹽可為乙二胺四甲叉膦酸鈉或乙二胺四甲叉膦酸鈣；
[0047]所述膨脹劑為堿土金屬氧化物，以生成氫氧化物為膨脹源；
[0048]所述減輕劑為漂珠，具體可采用來源于電廠的廢棄物，是一種空心、密閉、壁薄、粒細的玻璃球體；
[0049]所述增強劑由超細礦渣和微硅粉組成，所述超細礦渣的粒徑為15 μ m,所述微硅粉的粒徑為5 μ m。
[0050]可按照下述方法配制本發(fā)明的水泥漿:按比例稱取所需原料，將固體材料與水泥混合備用，將濕混的外加劑與水混合均勻，在低剪切速率(3000rpm以下)下加入干混材料，即得到本發(fā)明的水泥漿。
[0051]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0052]I)解決了小井眼井對水泥漿體系的流變性要求，在室溫(27°C )到90°C的范圍內(nèi)，在六速旋轉(zhuǎn)粘度計上300 r/min的讀數(shù)均在205以內(nèi)，滿足施工要求；
[0053]2)本發(fā)明水泥漿具有較低的失水和較高的穩(wěn)定性，稠化時間可調(diào)，膠凝強度發(fā)展時間快，自由液為零，抗侵污性能好等特點。
[0054]3)本發(fā)明水泥漿凝固以后的水泥石滲透率得到了有效的降低，具有較好防腐蝕和防氣竄效果。其防腐效果比普通水泥石提高80倍以上，壁面剪切效果提高30%以上，抗竄能力提高40%以上。
【具體實施方式】
[0055]下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。
[0056]下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。
[0057]下述實施例中所使用的孔隙支撐劑購自荊州嘉華科技股份有限公司，產(chǎn)品代碼為MX,具體制備工藝為:將活性(主要指無定形二氧化硅)的二氧化硅(Si02 )微粒(平均粒徑為
0.15 μ m左右)通過特殊的處理工藝與水混合形成懸池液。
[0058]下述實施例中所使用的抑泡消泡劑購自荊州嘉華科技股份有限公司，產(chǎn)品代碼為X66L，具體制備工藝為:將疏水處理后的Si02氣溶膠與二甲基硅油進行混合中，經(jīng)一定溫度、一定時間處理得到。
[0059]下述實施例中所使用的分散劑為甲醛與丙酮按照摩爾比為1:2得到的縮聚物。
[0060]實施例1、低粘柔性水泥漿
[0061 ] 水泥漿配方:D級油井水泥+37.5%淡水+6.25%孔隙支撐劑+3.75%降失水劑(丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物，相對分子量為100萬~200萬)+0.625%抑泡消泡劑+1.25%彈性乳液(丁苯膠乳，其中丁苯膠乳的有效含量為50%) +1.5%分散劑+0.125%緩凝劑(檸檬酸)+0.5%膨脹劑(氧化鈉)，上述各組分的百分比是指占水泥重量的百分比。
[0062]本實施例配制得到的低粘柔性水泥漿的密度為1.90g/cm3。
[0063]實施例2、低粘柔性水泥漿
[0064]水泥漿配方:D級油井水泥+56%淡水+12%增強劑(由粒徑為15 μ m的超細礦渣和粒徑為5 μ m的微硅粉組成)+6%孔隙支撐劑+10%漂珠+5%降失水劑(丙烯酰胺-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚 物，相對分子量為150萬~200萬)+1%抑泡消泡劑+2%彈性乳液(丁苯膠乳，其中丁苯膠乳的有效含量為55%)+0.5%分散劑(氧化鎂)，上述各組分的百分比是指占水泥重量的百分比。
[0065]本實施例配制得到的低粘柔性水泥漿的密度為1.50g/cm3。
[0066]實施例3、低粘柔性水泥漿
[0067]水泥漿配方:D級油井水泥+41.3%淡水+8.3%孔隙支撐劑+5%降失水劑(N，N- 二甲基丙烯酰胺)+0.83%抑泡消泡劑+1.7%彈性乳液(丁苯膠乳，其中丁苯膠乳的有效含量為55%) +2%分散劑(氧化鈉)+1.13%緩凝劑(硼酸)+35%硅粉，上述各組分的百分比是指占水泥重量的百分比。
[0068]本實施例配制得到的低粘柔性水泥漿的密度為1.90g/cm3。
[0069]對比例1、指標水泥漿
[0070]G級油井水泥+40%淡水+3.75%降失水劑+0.625%消泡劑+1.5%分散劑+0.1%緩凝劑，上述各組分的百分比是指占水泥重量的百分比。
[0071]本對比例配制得到的水泥漿的密度為1.90g/cm3。
[0072]實施例1-3制備的低粘柔性水泥漿和對比例I制備的水泥漿的基本性能如表1中所示，特殊性能如表2中所示。
[0073]各性能的測試方法如下:
[0074]①水泥漿密度、自由水、失水、流變、稠化時間以及抗壓強度和凝膠強度發(fā)展時間試驗按照IS010426-2003標準進行。
[0075]②滲透性能評價方法:制備水泥石巖取芯后，依據(jù)SY/T5345-2007滲透率測試標準進行實驗測試與計算；
[0076]③水泥石抗沖擊強度測定儀器為XJJY-50液晶顯示簡支梁沖擊試驗機，測試標準主要參考國家標準GB/T1043《硬質(zhì)塑料簡支梁沖擊試驗方法》)。
[0077]表1水泥漿基本性能
[0078]
【權利要求】
1.一種小井眼單通道固井用低粘柔性水泥漿，其包括下述質(zhì)量配比的組份: 水泥100份冰37.0~56.0份；降濾失劑3.5~5.0份；彈性乳液1.0~2.0份； 分散劑0.5~2.0份；孔隙支撐劑6.0~9.0份；抑泡消泡劑0.5~1.0份。
2.根據(jù)權利要求1所述的低粘柔性水泥漿，其特征在于:所述低粘柔性水泥漿還包括下述組份中的至少一種: 緩凝劑、膨脹劑、減輕劑、增強劑和硅粉。
3.根據(jù)權利要求2所述的低粘柔性水泥漿，其特征在于:所述緩凝劑、膨脹劑、減輕劑、增強劑和硅粉的添加量如下，均為質(zhì)量份: 所述緩凝劑的添加量為0.1~1.2份； 所述膨脹劑的添加量為0.5~2.0份； 所述減輕劑的添加量為8.0~12.0份； 所述增強劑的 添加量為10.0~30.0份； 所述硅粉的添加量為30.0~35.0份。
4.根據(jù)權利要求3所述的低粘柔性水泥漿，其特征在于:所述低粘柔性水泥漿為下述I) -3)中任一種: O由下述質(zhì)量配比的組份組成: 水泥100份冰37.0~56.0份；降濾失劑3.5~5.0份；彈性乳液1.0~2.0份； 分散劑0.5~2.0份；孔隙支撐劑6.0~9.0份；抑泡消泡劑0.5~1.0份； 緩凝劑0.1~1.2份；膨脹劑0.5~2.0份； 2)由下述質(zhì)量配比的組份組成: 水泥100份冰37.0~56.0份；降濾失劑3.5~5.0份；彈性乳液1.0~2.0份； 分散劑0.5~2.0份；孔隙支撐劑6.0~9.0份；抑泡消泡劑0.5~1.0份； 減輕劑8.0~12.0份；增強劑10.0~30.0份; 3)由下述質(zhì)量配比的組份組成: 水泥100份冰37.0~56.0份；降濾失劑3.5~5.0份；彈性乳液1.0~2.0份； 分散劑0.5~2.0份；孔隙支撐劑6.0~9.0份；抑泡消泡劑0.5~1.0份； 緩凝劑0.1~1.2份;硅粉30.0~35.0份。
5.根據(jù)權利要求1-4中任一項所述的低粘柔性水泥漿，其特征在于:所述水泥為D級油井水泥； 所述水為淡水； 所述降濾失劑為丙烯酰胺-丙烯酸鈉共聚物和/或丙烯酰胺-AMPS共聚物； 所述彈性乳液為丁苯膠乳； 所述分散劑為甲醛與丙酮的縮聚物，所述甲醛與所述丙酮的摩爾比為1:2。
6.根據(jù)權利要求2-5中任一項所述的低粘柔性水泥漿，其特征在于:所述緩凝劑為檸檬酸、硼酸和有機磷酸鹽中至少一種，所述有機磷酸鹽為乙二胺四甲叉膦酸鈉或乙二胺四甲叉膦酸鈣； 所述膨脹劑為堿土金屬氧化物； 所述減輕劑為漂珠； 所述增強劑由超細礦渣和微硅粉組成。
【文檔編號】C09K8/473GK103923628SQ201410155551
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月17日 優(yōu)先權日:2014年4月17日
【發(fā)明者】耿亞楠, 許明標, 劉書杰, 周建良, 王曉亮, 金勇 , 朱磊 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油研究總院, 長江大學