一种海上油井用低温速凝灌浆材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于建筑材料领域，具体设及一种应用于海上油井固井的低溫速凝灌浆材 料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 尽管深水油气资源具有储量规模大、产能高和回报高等特点，吸引了全世界的关 注，但是，石油工作者必须面对深水油气勘探和钻采过程中存在的高成本、高技术和高风险 等特点。深水钻井是指在水深超过2000ftW09m)海域进行的钻井作业，作业费用高，因此 深水固井技术成为深水油气资源高效、经济、安全开采的前提条件和重要保障。目前，深水 作业区(海洋)的钻井水深已超过3000m。海水深度的增加，导致海水溫度逐步降低。当水 深达到2000m时，水溫可低到4°C左右，甚至更低，例如在北海水域800m水深溫度就已降 到-2°C。因此，与海水溫度直接接触的海床地层溫度也很低。在低溫环境下，水泥浆的流变 性、抗压强度和胶凝强度发展均受到影响。深水低溫会造成常规水泥浆凝结时间延长，在短 时间内难W形成有效强度；水泥石强度发展缓慢不仅会增加候凝时间，而且由于浅层流的 存在，会造成严重的浅层水、气窜，甚至导致固井失败和其他复杂情况。因此，深水低溫、窄 安全作业窗口、浅层流等难题制约了深水固井技术的发展。
[0003] 面对深水固井中存在的挑战，研究者提出了相应的解决方案，从固井设备到水泥 浆体系都进行了变革和创新。W水泥浆体系为例，快凝石膏水泥浆体系、PSD水泥浆技术、高 侣水泥、娃酸盐水泥W及充气水泥浆技术等技术体系的建立，提高了深水水泥浆固井质量， 延长了油气井寿命。BJ公司和斯伦贝谢等公司针对深水低溫与浅层流，开发出了相应的水 泥浆体系。W斯伦贝谢为例，斯伦贝谢公司开发的Deep化ete水泥浆结合了CemCrete系列 水泥浆的颗粒级配技术优点和DeepCEM添加剂增强水泥浆低溫性能的特性，是一种能够控 制水窜、气窜的水泥浆体系，适用于深水易漏失地层，也适合可能存在气窜或水窜危险的固 井作业。De巧化ete水泥浆的密度调节范围为1. 0~1. 7g/cm3,混合水盐度从淡水到37% 盐水，溫度范围0~55°C。具有良好的低溫性能：低溫早凝，候凝时间短；低溫下胶凝强度 发展快，防窜性能好；低溫下良好的流变性能；低密度水泥浆具有与常规密度水泥浆一样 的抗压强度。无论是斯伦贝谢的De巧化ete水泥浆体系，还是BJ公司的AFCS体系，在深水 固井作业中都取得了很好效果，既克服了深水低溫问题，也解决了浅层窜流问题。上述泥浆 体系主要是基于粉体颗粒技术而建立起来的。从材料结构创新入手，解决深水固井中的难 题，未见报道。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种能够在低溫条件下使用能保持较好流动性 及早期强度高的海上油井用灌浆材料，本发明同时提供其制备方法。 阳〇化]为解决上述问题，本发明采取的技术方案是： 一种海上油井用低溫速凝灌浆材料，采用多种无机、有机材料混合而成，具体包括如下 重量份数的原料：凝胶材料2000重量份，无机矿物活性材料950-965重量份，缓凝剂25~35 重量份，防冻组分5~10重量份，高效减水剂3~5重量份，消泡剂0. 1~0. 3重量份； 所述凝胶材料为快硬硫侣酸盐水泥和油井水泥，所述快硬硫侣酸盐水泥和油井水泥的 质量比为5:5~8:2 ; 所述无机矿物活性材料为矿粉、氧化侣或微娃粉。所述矿粉为粉煤灰、矿渣粉或其混 合物，其中，粉煤灰为I级粉煤灰或II级粉煤灰，所述矿渣为S95W上级别的矿渣粉，符合 GB1596的规定。
[0006] 优选的，所述局效减水剂为聚簇酸局效减水剂、糞系局效减水剂或脂肪族局效减 水剂；更优的，所述高效减水剂为粉剂。
[0007] 优选的，所述缓凝剂为葡萄糖酸钢或无机酸盐，所述无机酸盐优选酒石酸钢或= 聚憐酸钢。
[0008] 本发明防冻组分为亚硝酸钢或硝酸巧。
[0009] 本发明同时提供所述灌浆材料的制备方法，具体为，取所述重量份的原料混合，与 水按照0. 35-0. 45水胶比揽拌均匀，即得。
[0010] 本发明的有益效果在于： (1) 快硬硫侣酸盐水泥和油井水泥通过一定比例混合，作为凝胶材料，可有效支撑浆体 材料强度要求，快硬硫侣酸盐水泥和油井水泥属于特种水泥，选用本发明的配比凝结时间 较短，早期强度较高； (2) 所述无机矿物活性材料激发水泥早期强度，调解胶凝材料密度，满足施工过程中密 度要求，能够大幅降低泌水性，与水泥水化产物能够达到很好填充效果； (3) 复合缓凝组分能够有效保证揽拌后的物料2~3小时流动性； (4) 防冻组分能够有效降低浆体材料低溫防冻效果； (5) 所述消泡剂为保证浆体密实性，减少浆体表面浮沫，采用市售的水泥消泡剂即可； (6) 所述高效减水剂为粉剂聚簇酸高效减水剂或粉剂糞系减水剂，能够提供较高减水 效果，保证早期强度及稠度要求； (7) 本发明的灌浆材料采用净浆，不含砂子，在用于海上油井时，加入沙子后流速不易 达到要求，而且填充性能、密实性差，密度过高没法调整密度达到和地层接近的要求，因此 本发明经过多次试验避免了砂子的使用，却更好的适应了海上油井用的特殊要求； (8) 本发明的灌浆材料流动相保持在2-3小时，避免由于凝结时间延长，在短时间内难 W形成有效强度；2-3小时内良好的流动性可W实现灌浆材料在空间内的均匀灌注，更适 用于海上油井低溫条件下使用； (9) 避免了膨胀剂和可再分散胶粉的使用，简化原料组成和制备过程。
[0011] 本发明的灌浆材料适合固井低溫环境下施工，特别是深井溫度在0~5°c下使用，浆 体能够保持较好流动性及早期强度高，化强度可达12MPa，浆体饱满无收缩，后期强度高， 28d抗压强度大于50MPa，抗折强度大于1IMPa，浆体密度控制在1. 70~1. 80g/cm3之间，有效 保证固井施工时间及井下注浆环境参数要求。
【具体实施方式】
[0012] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施 例中的【具体实施方式】，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述 的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领 域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保 护的范围。 阳〇1引实验例1 按照下述配合比例称量原材料，市售快硬硫侣酸盐水泥1000重量份，油井水泥1000重 量份，矿粉965重量份，=聚憐酸钢25重量份，亚硝酸钢5重量份，消泡剂0. 1重量份，聚簇 酸高效减水剂粉剂4重量份。
[0014] 所述市售快硬硫侣酸盐水泥选用唐山北极熊特种水泥有限公司。
[0015] 将实施例1的灌浆材料原料与水按照0. 38~0. 40水胶比揽拌均匀，即得。
[0016] 实验例2、3 实施例2和3的原料及重量配比见表1。
[0017] 实施例3所述微娃粉选用甘肃=远娃材料有限公司。 阳01引将实施例2和实施例3的原料按配比混合，与水按照0. 38~0. 40水胶比揽拌均匀， 即得灌浆材料。
[0019] 实验例 将实施例1-3所得的灌浆材料在环境溫度sr测试，检测方法为计算锥形漏斗流完时 间，具体为灌浆材料加水后在恒速揽拌器中W10000转/分钟揽拌Imin，然后利用流动度测 试仪测试浆体流动性，设备及检测方法参见TB/T3192-2008附录A流动度试验，恒速揽拌器 为沈阳航空航天大学应用技术研究所制造。经检测其性能指标见表2。
【主权项】
1. 一种海上油井用低温速凝灌浆材料，其特征在于，其包括如下重量份原料：凝胶材 料2000重量份，无机矿物活性材料950-965重量份，缓凝剂25~35重量份，防冻组分5~10 重量份，高效减水剂3~5重量份，消泡剂0. 1~0. 3重量份；所述凝胶材料为快硬硫铝酸盐水 泥和油井水泥，所述快硬硫铝酸盐水泥和油井水泥的质量比为5:5~8:2 ;所述无机矿物活 性材料为矿粉、氧化铝或微硅粉。2. 根据权利要求1所述的海上油井用低温速凝灌浆材料，其特征在于，所述缓凝剂为 葡萄糖酸钠和无机酸。3. 根据权利要求1所述的海上油井用低温速凝灌浆材料，其特征在于，所述高效减水 剂为聚羧酸高效减水剂、萘系高效减水剂或脂肪族高效减水剂。4. 根据权利要求3所述的海上油井用低温速凝灌浆材料，其特征在于，所述高效减水 剂为粉剂。5. 根据权利要求1所述的海上油井用低温速凝灌浆材料，其特征在于，所述防冻组分 为：亚硝酸钠或硝酸钙。6. -种权利要求1所述的灌浆材料的制备方法，其特征在于，取所述重量份的原料混 合，与水按照〇. 35-0. 45水胶比搅拌均匀，即得。
【专利摘要】本发明涉及一种海上油井用低温速凝灌浆材料，其包括如下重量份数的原料：凝胶材料2000重量份，无机矿物活性材料950-965重量份，缓凝剂25~35重量份，防冻组分5~10重量份，高效减水剂3~5重量份，消泡剂0.1~0.3重量份；所述凝胶材料为快硬硫铝酸盐水泥和油井水泥，所述快硬硫铝酸盐水泥和油井水泥的质量比为5:5~8:2；本发明还提供其制备方法。本发明的灌浆材料适合固井低温环境下施工，浆体能够保持较好流动性及早期强度高，浆体饱满无收缩，后期强度高，有效保证固井施工时间及井下注浆环境参数要求。
【IPC分类】C09K8/467, C04B28/06
【公开号】CN105199692
【申请号】CN201510581335
【发明人】王永杰, 郭晓磊, 高勇利, 苏亚楠, 苗林, 吕二帅, 赵军
【申请人】河北铁园科技发展有限公司
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月14日