一种过饱和氯化钾固井水泥浆的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种石油钻井固井用水泥浆，具体涉及一种过饱和氯化钾固井水泥 浆。
【背景技术】
[0002] 盐层固井一直以来都是工程界的一大难题，至今仍然无法完全解决。盐层固井的 复杂性主要表现在以下四个方面：一是在钻井过程中，盐层会发生溶解，发生塑性变形和蠕 动流动，近而形成不规则井眼，提高顶替效率较为困难；二是盐在不同浓度、不同温度环境 下，对水泥浆性能的影响复杂，采用普通水泥浆固井，会造成水泥浆中水向盐层流动，井壁 易发生膨胀造成井径扩大或失稳，同时使盐层夹缝中泥页岩含水量增加，密度下降，沿井眼 周围产生微裂缝，因而泥页岩强度降低，进一步产生严重的井眼不稳定问题；三是固井抗盐 添加剂产品较少，盐膏层固井水泥浆配方设计存在一定困难，实际固井中针对不同盐岩层， 需要不同配方和特点的水泥浆体系来进行固井；四是针对含钾石岩以及含石岩、石膏以及 芒硝的粉质泥岩地层固井，普通固井水泥浆与地层的胶结质量差，盐层蠕变，套管承受非均 质载荷，使套管变形或被挤毁。
[0003] 为提高长段含石岩、石膏以及芒硝的粉质泥岩地层的固井质量，开发出一种能够 与此类地层形成良好胶结的水泥浆显得非常重要。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种与盐膏层具有良好胶结性能，并具有优异的抗盐污和抗 钙侵能力的过饱和氯化钾固井水泥浆。该水泥浆能有效封固含钾石岩以及含石岩、石膏以 及芒硝的粉质泥岩地层，水泥石具有较高抗压强度和防窜性能能够有效延长油气井使用寿 命，保证复杂盐膏层井段套管地层的有效封固；有效解决了常规水泥浆在复杂盐膏层胶结 性能差、胶凝强度发展缓慢、早期强度低、不能有效抵御因盐层地层蠕变引起的外挤力导致 厚壁套管变形的问题。
[0005] 本发明提供的过饱和氯化钾固井水泥浆，它包括以下组份：高抗硫G级水泥、抗盐 降失水剂、防腐剂、缓凝剂、水、氯化钾、增强防窜剂和膨胀剂。
[0006] 上述固井水泥浆中，所述固井水泥浆中还包括加重剂。
[0007] 上述固井水泥浆中，其组成组分可为1)和2)中任一种：
[0008] 1)高抗硫G级水泥、加重剂、抗盐降失水剂、防腐剂、缓凝剂、水、氯化钾、增强防窜 剂和膨胀剂；
[0009] 2)高抗硫G级水泥、抗盐降失水剂、防腐剂、缓凝剂、水、氯化钾、增强防窜剂和膨 胀剂。
[0010] 上述固井水泥浆中，各组分所占重量份如下：
[0011] 尚抗硫G级水泥：100份
[0012] 加重剂：0?200份
[0013] 抗盐降失水剂：5?15份
[0014] 防腐剂：6?15份
[0015] 缓凝剂：0.2?2份
[0016] 水：35 ?60 份
[0017] 氯化钾：15?55份
[0018] 增强防窜剂：0.2?1份
[0019] 膨胀剂：0.25?1份。
[0020] 上述固井水泥浆具体可为下述1)-10)中任一种：
[0021] 1)由下述重量份的组分组成：
[0022] 高抗硫G级水泥：100份，加重剂：0?150份，抗盐降失水剂：8?14份，防腐剂： 8?12份，缓凝剂：0.2?0.9份，水：35?47份，氯化钾：19?27份，增强防窜剂：0.5份， 膨胀剂：〇. 5份；
[0023] 2)由下述重量份的组分组成：
[0024] 高抗硫G级水泥：100份，加重剂：0?80份，抗盐降失水剂：8?11份，防腐剂： 8?10份，缓凝剂：0.2?0.6份，水：35?42份，氯化钾：19?23份，增强防窜剂：0.5份， 膨胀剂：〇. 5份；
[0025] 3)由下述重量份的组分组成：
[0026] 高抗硫G级水泥：100份，加重剂：15?118份，抗盐降失水剂：10?13份，防腐 剂：10?12份，缓凝剂：0.4?0.8份，水：38?45份，氯化钾：21?25份，增强防窜剂：0.5 份，膨胀剂：0.5份；
[0027] 4)由下述重量份的组分组成：
[0028] 高抗硫G级水泥：100份，加重剂：52?150份，抗盐降失水剂：11?14份，防腐 剂：8?10份，缓凝剂：0. 6?0. 9份，水：42?47份，氯化钾：23?27份，增强防窜剂：0. 5 份，膨胀剂：0.5份；
[0029] 5)由下述重量份的组分组成：
[0030] 高抗硫G级水泥：100份，加重剂：0份，抗盐降失水剂：8份，防腐剂：8份，缓凝剂： 0. 2份，水：35份，氯化钾：19份，增强防窜剂：0. 5份，膨胀剂，0. 5份；
[0031] 6)由下述重量份的组分组成：
[0032] 高抗硫G级水泥：100份，加重剂：15份，抗盐降失水剂：10份，防腐剂：10份，缓凝 剂：〇. 4份，水：38份，氯化钾，21份，增强防窜剂：0. 5份，膨胀剂：0. 5份；
[0033] 7)由下述重量份的组分组成：
[0034] 高抗硫G级水泥：100份，加重剂：52份，抗盐降失水剂：11份，防腐剂：12份，缓凝 剂：〇. 6份，水：42份，氯化钾：23份，增强防窜剂：0. 5份，膨胀剂：0. 5份；
[0035] 8)由下述重量份的组分组成：
[0036] 高抗硫G级水泥：100份，加重剂：80份，抗盐降失水剂：13份，防腐剂：12份，缓凝 剂：〇. 8份，水：45份，氯化钾：25份，增强防窜剂：0. 5份，膨胀剂：0. 5份；
[0037] 9)由下述重量份的组分组成：
[0038] 高抗硫G级水泥：100份，加重剂：118份，抗盐降失水剂：14份，防腐剂：12份，缓 凝剂：〇. 9份，水：47份，氯化钾：27份，增强防窜剂：0. 5份，膨胀剂：0. 5份；
[0039] 10)由下述重量份的组分组成：
[0040] 高抗硫G级水泥：100份，加重剂：150份，抗盐降失水剂：14份，防腐剂：12份，缓 凝剂：〇. 9份，水：47份，氯化钾：27份，增强防窜剂：0. 5份，膨胀剂：0. 5份。
[0041] 上述固井水泥浆中，所述加重剂为赤铁矿；所述赤铁矿的粒径为200目?1200目， 密度为4. 8?5. lg/cm3;可通过使用较少量的加重剂，获得所要求密度的水泥浆，有利于水 泥浆流动性的调节，也有利于提高水泥石的早期强度。
[0042] 上述固井水泥浆中，所述抗盐降失水剂为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共聚物）、丙烯酰胺-2-丙烯酰胺-2-甲 基丙磺酸共聚物（AM-AMPS共聚物）和丙烯酰胺-丙稀酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共 聚物（AMPS/AM/AA三元共聚物）中的任一种；N，N-二甲基丙烯酰胺（NNDMA)可引入不易水 解基团，可增强耐高温性能；AMPS耐温耐盐能力强，聚合活性高。AMPS/AM/AA三元共聚物具 有热稳定性好，降滤失能力和抗温抗盐能力强，可很好地处理多种类型的水泥浆；
[0043] 所述共聚物的分子量为10万?250万；
[0044] 上述固井水泥浆中，所述防腐剂为活性二氧化硅与水的混合物，所述混合物为悬 浊液，所述活性二氧化硅是指活性在95%以上的无定形二氧化硅，通过将二氧化硅干燥、分 散后与水按照1 :1的比例混合，高速搅拌后制得。
[0045] 所述活性二氧化硅与水的质量比为1 :1 ;
[0046] 所述活性二氧化娃颗粒粒径为0. 01?5 ym，利用纳米SiO2表面多介孔结构和超 强的吸附能力以及奇异的理化特性，一方面能够有效降低水泥石渗透率，另一方面能够有 效增强水泥石抗压强度，掺入水泥浆中具有很好的防腐效果，可有效降低对厚壁套管的腐 蚀。
[0047] 上述固井水泥浆，所述缓凝剂为酒石酸钾钠、硼酸和有机磷酸盐中的至少一种，所 述有机磷酸盐可为羟基乙叉二磷酸、羟基乙叉二磷酸钠或羟基乙叉二磷酸钙中的任一种， 所述缓凝剂用于调节水泥浆的稠化时间，在抗盐降失水剂、膨化剂的综合作用下，当水化反 应达到一定程度时，使水泥浆迅速过渡到凝结期，此时水泥浆稠度迅速上升，稠化曲线几乎 呈直角，达到水泥浆的"直角稠化"理想状态。
[0048] 上述固井水泥浆中，氯化钾的加入具有稳定井壁，提高井壁强度的作用：主要表现 在，第一，氯化钾具有良好的粘土膨胀性抑制性，可防止含有泥页岩盐膏层发生膨胀造成井 径扩大或失稳的作用；第二，加入水后，形成的过饱和氯化钾溶液易使近井筒地带地层发生 脱水，孔隙压力降低，有利于增加地层强度和近井筒有效应力。同时，过饱和氯化钾还可有 助于水泥浆抵抗盐膏层中芒硝，石膏，钠、钾、镁等石盐的影响。
[0049] 上述固井水泥浆中，所述水为去离子水或自来水。
[0050] 上述固井水泥浆中，所述增强防窜剂为三乙醇胺、二乙醇胺和三异丙醇胺中的任 一种与氯化钾按质量比为10 :1的比例混合而成的混合物。三乙醇胺又名三羟乙基胺，是一 种无氯有机促凝剂，呈碱性，常用作水泥早强剂；三异丙醇胺主要用于水泥外加剂，用以提 高球磨效率、降低能耗、增加水泥强度，其后期强度优于三乙醇胺。二乙醇胺又名双羟乙基 胺，主要用作酸性气体吸收剂。任用其中一种与氯化钾混合使用，均具有很好的增强防窜性 能。
[0051] 上述固井水泥浆中，所述膨胀剂为金属氧化物；
[0052] 所述金属氧化物为氧化镁、氧化钙、氧化铁和氧化锌中的至少一种；
[0053] 所述膨胀剂的粒径可为10?26 y m。
[0054] 上述固井水泥浆中，利用过饱和溶液性质的不稳定性及具有介稳状态的性质，在 硅酸盐水泥中按配比加入抗盐降失水剂、缓凝剂、增强防窜剂、膨胀剂、加重剂（可不加）、 水、氯化钾，使该过饱和氯化钾固井水泥浆体系具有以下优点：
[0055] (1)过饱和氯化钾水泥浆具有稳定井壁，提高井壁强度的作用；主要体现在两个 方面①氯化钾具有良好的粘土膨胀性抑制性，防止含有泥页岩盐膏层发生膨胀造成井径扩 大或失稳；②过饱和氯化钾溶液易使近井筒地带地层发生脱水，孔隙压力降低，有利于增加 地层强度和近井筒有效应力。
[0056] (2)过饱和氯化钾有助于水泥浆抵抗盐膏层中芒硝，石膏，钠、钾、镁等石盐的影 响；
[0057] (3)通过优选水泥浆添加剂材料，水泥浆稠化时间可控，且温度变化对稠化时间的 影响呈线性规律变化；
[0058] (4)氯化钾具有较高的溶解度，过饱和氯化钾水泥浆高密度的实现更容易，水泥浆