一种小井眼单通道固井用低粘柔性水泥浆的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种小井眼单通道固井用低粘柔性水泥浆。所述固井用低粘柔性水泥浆包括下述质量配比的组份：水泥100份；水37.0～56.0份；降滤失剂3.5～5.0份；弹性乳液1.0～2.0份；分散剂0.5～2.0份；孔隙支撑剂6.0～9.0份；抑泡消泡剂0.5～1.0份。本发明水泥浆具有较低的失水和较高的稳定性，稠化时间可调，胶凝强度发展时间快，自由液为零，抗侵污性能好等特点。本发明水泥浆凝固以后的水泥石渗透率得到了有效的降低，具有较好防腐蚀和防气窜效果。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，抗窜能力提高40%以上。
【专利说明】一种小井眼单通道固井用低粘柔性水泥浆
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种石油固井工程领域的一种固井水泥浆，具体涉及一种小井眼单通道固井用低粘柔性水泥浆。
【背景技术】
[0002]在油田开发的中后期，开采未被开发的储量难度越来越大，采用常规的钻完井模式开采的话，投入高，风险大，经济效益不高。此外，针对一些边际油田和那些单井产量不高的区块，也不适宜采用常规的钻完井模式。小井眼单通道井将小井眼钻井技术与单通道井技术相结合，采用小的井眼尺寸，简化的井身结构设计和生产管柱设计，完井作业不占用钻机时间，能够最大限度地降低钻完井费用。同时根据调研的国外成功开发经验，小井眼单通道井技术可用于开发煤层 气、页岩气资源，因此单通道井可为非常规油气资源的开发提供重要的技术基础
[0003]小井眼井指的是70%的井深直径小于Φ 177.8mm的井，其主要特点就是井径较常规井小，环空间隙小；单通道井是一种用油管代替套管，并对油管实施固井和射孔的一种油气生产井钻完井方式。小井眼井与单通道井的主要区别在于二者井身结构的不同，小井眼井与常规井的井身结构相同，完井后存在两个流通通道，一个是用于油气生产的油管，一个是用于压井用的油管与套管的环形空间；而单通道井只有一个用于油气生产的油管通道，油管与地层(或套管)之间直接用水泥环封死。因此，单通道井也可能是小井眼井钻井后完井，但也可能是常规井钻井后完井。
[0004]当小井眼井采用单通道完井时，其固井难点主要在于三个方面:一是小井眼环空间隙小，摩阻压耗大；二是套管居中难，合理设计扶正器是个难点；三是水泥浆顶替效率低。表现在固井水泥浆方面则是:一是对水泥浆体系的流变性要求较高，好的流变性能能减小顶替时的摩阻压耗，防止压漏地层，同时提高顶替效率；二是需要水泥浆在高压差下具有很好的稳定性能，防止水泥浆快速失水和脱水；三是小井眼水泥环薄，需满足水泥石的抗压和抗折强度要求，要求水泥浆具有很好的柔韧性。这一系列问题都对小井眼固井水泥浆体系提出了挑战。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种小井眼单通道固井用低粘柔性水泥浆。
[0006]本发明所提供的一种小井眼单通道固井用低粘柔性水泥浆，其包括下述质量配比的组份:
[0007]水泥100份；水37.0~56.0份；降滤失剂3.5~5.0份；弹性乳液1.0~2.0份；
[0008]分散剂0.5~2.0份；孔隙支撑剂6.0~9.0份；抑泡消泡剂0.5~1.0份。
[0009]上述的低粘柔性水泥浆中，所述低粘柔性水泥浆还包括下述组份中的至少一种:
[0010]缓凝剂、膨胀剂、减轻剂、增强剂和硅粉。
[0011]上述的低粘柔性水泥浆中，所述缓凝剂、膨胀剂、减轻剂、增强剂和硅粉的添加量如下，以所述水泥的添加量为100份计，均为质量份:
[0012]所述缓凝剂的添加量为0.1~1.2份；
[0013]所述膨胀剂的添加量为0.5~2.0份；
[0014]所述减轻剂的添加量为8.0~12.0份；
[0015]所述增强剂的添加量为10.0~30.0份；
[0016]所述娃粉的添加量为30.0~35.0份。
[0017]所述低粘柔性水泥浆具体可为下述I) -3)中任一种:
[0018]1)由下述质量配比的组份组成:
[0019]水泥100份；7jC 37.0~56.0份；降滤失剂3.5~5.0份；弹性乳液1.0~2.0份；
[0020]分散剂0.5~2.0份；孔隙支撑剂6.0~9.0份；抑泡消泡剂0.5~1.0份；
[0021]缓凝剂0.1~1.2份；膨胀剂0.5~2.0份；或
[0022]水泥100份；7jC 37.5份；降滤失剂3.75份；弹性乳液1.25份；
[0023]分散剂1.5份；孔隙支撑剂6.25份；抑泡消泡剂0.625份；
[0024]缓凝剂0.125份;膨胀剂0.5份；
[0025]2)由下述质量配比的组份组成:
[0026]水泥100份；水37.0~56.0份;降滤失剂3.5~5.0份；弹性乳液1.0~2.0份；
[0027]分散剂0.5~2.0份；孔隙支撑剂6.0~9.0份；抑泡消泡剂0.5~1.0份；
[0028]减轻剂8.0~12.0份；增强剂10.0~30.0份；或
[0029]水泥100份；7jC 56.0份；降滤失剂5.0份；弹性乳液2.0份；
[0030]分散剂0.5份；孔隙支撑剂6.0份；抑泡消泡剂1.0份；
[0031]减轻剂10.0份；增强剂12.0份；
[0032]3)由下述质量配比的组份组成:
[0033]水泥100份；7jC 37.0~56.0份;降滤失剂3.5~5.0份；弹性乳液1.0~2.0份；
[0034]分散剂0.5~2.0份；孔隙支撑剂6.0~9.0份；抑泡消泡剂0.5~1.0份；
[0035]缓凝剂0.1~1.2份;硅粉30.0~35.0份；或
[0036]水泥100份冰41.3份；降滤失剂5.0份；弹性乳液1.7份；
[0037]分散剂2.0份；孔隙支撑剂8.3份；抑泡消泡剂0.83份；
[0038]缓凝剂1.13份;硅粉35.0份。
[0039]上述的低粘柔性水泥浆中，所述水泥可为D级油井水泥；
[0040]所述水为淡水；
[0041]所述降滤失剂为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)中至少一种，其相对分子量为10万~250万。
[0042]所述弹性乳液为丁苯胶乳，其中丁苯胶乳有效含量达到50~55%，丁苯胶乳具有降滤失、抗气窜、降低水泥石渗透率等功能；
[0043]所述分散剂为甲醛与丙酮的缩聚物，所述甲醛与所述丙酮的摩尔比为1:2 ；
[0044]所述孔隙支撑剂为购自荆州嘉华科技股份有限公司的产品，产品代码为MX ；
[0045]所述抑泡消泡剂为购自荆州嘉华科技股份有限公司的产品，产品代码为X66L。
[0046]上述的低粘柔性水泥浆中，所述缓凝剂可为柠檬酸、硼酸和有机磷酸盐中至少一种，所述有机磷酸盐可为乙二胺四甲叉膦酸钠或乙二胺四甲叉膦酸钙；
[0047]所述膨胀剂为碱土金属氧化物，以生成氢氧化物为膨胀源；
[0048]所述减轻剂为漂珠，具体可采用来源于电厂的废弃物，是一种空心、密闭、壁薄、粒细的玻璃球体；
[0049]所述增强剂由超细矿渣和微硅粉组成，所述超细矿渣的粒径为15 μ m,所述微硅粉的粒径为5 μ m。
[0050]可按照下述方法配制本发明的水泥浆:按比例称取所需原料，将固体材料与水泥混合备用，将湿混的外加剂与水混合均匀，在低剪切速率(3000rpm以下)下加入干混材料，即得到本发明的水泥浆。
[0051]本发明具有如下有益效果:
[0052]I)解决了小井眼井对水泥浆体系的流变性要求，在室温(27°C )到90°C的范围内，在六速旋转粘度计上300 r/min的读数均在205以内，满足施工要求；
[0053]2)本发明水泥浆具有较低的失水和较高的稳定性，稠化时间可调，胶凝强度发展时间快，自由液为零，抗侵污性能好等特点。
[0054]3)本发明水泥浆凝固以后的水泥石渗透率得到了有效的降低，具有较好防腐蚀和防气窜效果。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，抗窜能力提高40%以上。
【具体实施方式】
[0055]下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
[0056]下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0057]下述实施例中所使用的孔隙支撑剂购自荆州嘉华科技股份有限公司，产品代码为MX,具体制备工艺为:将活性(主要指无定形二氧化硅)的二氧化硅(Si02 )微粒(平均粒径为
0.15 μ m左右)通过特殊的处理工艺与水混合形成悬池液。
[0058]下述实施例中所使用的抑泡消泡剂购自荆州嘉华科技股份有限公司，产品代码为X66L，具体制备工艺为:将疏水处理后的Si02气溶胶与二甲基硅油进行混合中，经一定温度、一定时间处理得到。
[0059]下述实施例中所使用的分散剂为甲醛与丙酮按照摩尔比为1:2得到的缩聚物。
[0060]实施例1、低粘柔性水泥浆
[0061 ] 水泥浆配方:D级油井水泥+37.5%淡水+6.25%孔隙支撑剂+3.75%降失水剂(丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物，相对分子量为100万~200万)+0.625%抑泡消泡剂+1.25%弹性乳液(丁苯胶乳，其中丁苯胶乳的有效含量为50%) +1.5%分散剂+0.125%缓凝剂(柠檬酸)+0.5%膨胀剂(氧化钠)，上述各组分的百分比是指占水泥重量的百分比。
[0062]本实施例配制得到的低粘柔性水泥浆的密度为1.90g/cm3。
[0063]实施例2、低粘柔性水泥浆
[0064]水泥浆配方:D级油井水泥+56%淡水+12%增强剂(由粒径为15 μ m的超细矿渣和粒径为5 μ m的微硅粉组成)+6%孔隙支撑剂+10%漂珠+5%降失水剂(丙烯酰胺-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚 物，相对分子量为150万~200万)+1%抑泡消泡剂+2%弹性乳液(丁苯胶乳，其中丁苯胶乳的有效含量为55%)+0.5%分散剂(氧化镁)，上述各组分的百分比是指占水泥重量的百分比。
[0065]本实施例配制得到的低粘柔性水泥浆的密度为1.50g/cm3。
[0066]实施例3、低粘柔性水泥浆
[0067]水泥浆配方:D级油井水泥+41.3%淡水+8.3%孔隙支撑剂+5%降失水剂(N，N- 二甲基丙烯酰胺)+0.83%抑泡消泡剂+1.7%弹性乳液(丁苯胶乳，其中丁苯胶乳的有效含量为55%) +2%分散剂(氧化钠)+1.13%缓凝剂(硼酸)+35%硅粉，上述各组分的百分比是指占水泥重量的百分比。
[0068]本实施例配制得到的低粘柔性水泥浆的密度为1.90g/cm3。
[0069]对比例1、指标水泥浆
[0070]G级油井水泥+40%淡水+3.75%降失水剂+0.625%消泡剂+1.5%分散剂+0.1%缓凝剂，上述各组分的百分比是指占水泥重量的百分比。
[0071]本对比例配制得到的水泥浆的密度为1.90g/cm3。
[0072]实施例1-3制备的低粘柔性水泥浆和对比例I制备的水泥浆的基本性能如表1中所示，特殊性能如表2中所示。
[0073]各性能的测试方法如下:
[0074]①水泥浆密度、自由水、失水、流变、稠化时间以及抗压强度和凝胶强度发展时间试验按照IS010426-2003标准进行。
[0075]②渗透性能评价方法:制备水泥石岩取芯后，依据SY/T5345-2007渗透率测试标准进行实验测试与计算；
[0076]③水泥石抗冲击强度测定仪器为XJJY-50液晶显示简支梁冲击试验机，测试标准主要参考国家标准GB/T1043《硬质塑料简支梁冲击试验方法》)。
[0077]表1水泥浆基本性能
[0078]
【权利要求】
1.一种小井眼单通道固井用低粘柔性水泥浆，其包括下述质量配比的组份: 水泥100份冰37.0~56.0份；降滤失剂3.5~5.0份；弹性乳液1.0~2.0份； 分散剂0.5~2.0份；孔隙支撑剂6.0~9.0份；抑泡消泡剂0.5~1.0份。
2.根据权利要求1所述的低粘柔性水泥浆，其特征在于:所述低粘柔性水泥浆还包括下述组份中的至少一种: 缓凝剂、膨胀剂、减轻剂、增强剂和硅粉。
3.根据权利要求2所述的低粘柔性水泥浆，其特征在于:所述缓凝剂、膨胀剂、减轻剂、增强剂和硅粉的添加量如下，均为质量份: 所述缓凝剂的添加量为0.1~1.2份； 所述膨胀剂的添加量为0.5~2.0份； 所述减轻剂的添加量为8.0~12.0份； 所述增强剂的 添加量为10.0~30.0份； 所述硅粉的添加量为30.0~35.0份。
4.根据权利要求3所述的低粘柔性水泥浆，其特征在于:所述低粘柔性水泥浆为下述I) -3)中任一种: O由下述质量配比的组份组成: 水泥100份冰37.0~56.0份；降滤失剂3.5~5.0份；弹性乳液1.0~2.0份； 分散剂0.5~2.0份；孔隙支撑剂6.0~9.0份；抑泡消泡剂0.5~1.0份； 缓凝剂0.1~1.2份；膨胀剂0.5~2.0份； 2)由下述质量配比的组份组成: 水泥100份冰37.0~56.0份；降滤失剂3.5~5.0份；弹性乳液1.0~2.0份； 分散剂0.5~2.0份；孔隙支撑剂6.0~9.0份；抑泡消泡剂0.5~1.0份； 减轻剂8.0~12.0份；增强剂10.0~30.0份; 3)由下述质量配比的组份组成: 水泥100份冰37.0~56.0份；降滤失剂3.5~5.0份；弹性乳液1.0~2.0份； 分散剂0.5~2.0份；孔隙支撑剂6.0~9.0份；抑泡消泡剂0.5~1.0份； 缓凝剂0.1~1.2份;硅粉30.0~35.0份。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的低粘柔性水泥浆，其特征在于:所述水泥为D级油井水泥； 所述水为淡水； 所述降滤失剂为丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物和/或丙烯酰胺-AMPS共聚物； 所述弹性乳液为丁苯胶乳； 所述分散剂为甲醛与丙酮的缩聚物，所述甲醛与所述丙酮的摩尔比为1:2。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的低粘柔性水泥浆，其特征在于:所述缓凝剂为柠檬酸、硼酸和有机磷酸盐中至少一种，所述有机磷酸盐为乙二胺四甲叉膦酸钠或乙二胺四甲叉膦酸钙； 所述膨胀剂为碱土金属氧化物； 所述减轻剂为漂珠； 所述增强剂由超细矿渣和微硅粉组成。
【文档编号】C09K8/473GK103923628SQ201410155551
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月17日 优先权日:2014年4月17日
【发明者】耿亚楠, 许明标, 刘书杰, 周建良, 王晓亮, 金勇 , 朱磊 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油研究总院, 长江大学