一種海上油井用低溫速凝灌漿材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，具體設(shè)及一種應(yīng)用于海上油井固井的低溫速凝灌漿材 料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 盡管深水油氣資源具有儲量規(guī)模大、產(chǎn)能高和回報(bào)高等特點(diǎn)，吸引了全世界的關(guān) 注，但是，石油工作者必須面對深水油氣勘探和鉆采過程中存在的高成本、高技術(shù)和高風(fēng)險(xiǎn) 等特點(diǎn)。深水鉆井是指在水深超過2000ftW09m)海域進(jìn)行的鉆井作業(yè)，作業(yè)費(fèi)用高，因此 深水固井技術(shù)成為深水油氣資源高效、經(jīng)濟(jì)、安全開采的前提條件和重要保障。目前，深水 作業(yè)區(qū)(海洋)的鉆井水深已超過3000m。海水深度的增加，導(dǎo)致海水溫度逐步降低。當(dāng)水 深達(dá)到2000m時(shí)，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，與海水溫度直接接觸的海床地層溫度也很低。在低溫環(huán)境下，水泥漿的流變 性、抗壓強(qiáng)度和膠凝強(qiáng)度發(fā)展均受到影響。深水低溫會造成常規(guī)水泥漿凝結(jié)時(shí)間延長，在短 時(shí)間內(nèi)難W形成有效強(qiáng)度；水泥石強(qiáng)度發(fā)展緩慢不僅會增加候凝時(shí)間，而且由于淺層流的 存在，會造成嚴(yán)重的淺層水、氣竄，甚至導(dǎo)致固井失敗和其他復(fù)雜情況。因此，深水低溫、窄 安全作業(yè)窗口、淺層流等難題制約了深水固井技術(shù)的發(fā)展。
[0003] 面對深水固井中存在的挑戰(zhàn)，研究者提出了相應(yīng)的解決方案，從固井設(shè)備到水泥 漿體系都進(jìn)行了變革和創(chuàng)新。W水泥漿體系為例，快凝石膏水泥漿體系、PSD水泥漿技術(shù)、高 侶水泥、娃酸鹽水泥W及充氣水泥漿技術(shù)等技術(shù)體系的建立，提高了深水水泥漿固井質(zhì)量， 延長了油氣井壽命。BJ公司和斯倫貝謝等公司針對深水低溫與淺層流，開發(fā)出了相應(yīng)的水 泥漿體系。W斯倫貝謝為例，斯倫貝謝公司開發(fā)的Deep化ete水泥漿結(jié)合了CemCrete系列 水泥漿的顆粒級配技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和DeepCEM添加劑增強(qiáng)水泥漿低溫性能的特性，是一種能夠控 制水竄、氣竄的水泥漿體系，適用于深水易漏失地層，也適合可能存在氣竄或水竄危險(xiǎn)的固 井作業(yè)。De巧化ete水泥漿的密度調(diào)節(jié)范圍為1. 0~1. 7g/cm3,混合水鹽度從淡水到37% 鹽水，溫度范圍0~55°C。具有良好的低溫性能：低溫早凝，候凝時(shí)間短；低溫下膠凝強(qiáng)度 發(fā)展快，防竄性能好；低溫下良好的流變性能；低密度水泥漿具有與常規(guī)密度水泥漿一樣 的抗壓強(qiáng)度。無論是斯倫貝謝的De巧化ete水泥漿體系，還是BJ公司的AFCS體系，在深水 固井作業(yè)中都取得了很好效果，既克服了深水低溫問題，也解決了淺層竄流問題。上述泥漿 體系主要是基于粉體顆粒技術(shù)而建立起來的。從材料結(jié)構(gòu)創(chuàng)新入手，解決深水固井中的難 題，未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠在低溫條件下使用能保持較好流動(dòng)性 及早期強(qiáng)度高的海上油井用灌漿材料，本發(fā)明同時(shí)提供其制備方法。 陽〇化]為解決上述問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是： 一種海上油井用低溫速凝灌漿材料，采用多種無機(jī)、有機(jī)材料混合而成，具體包括如下 重量份數(shù)的原料：凝膠材料2000重量份，無機(jī)礦物活性材料950-965重量份，緩凝劑25~35 重量份，防凍組分5~10重量份，高效減水劑3~5重量份，消泡劑0. 1~0. 3重量份； 所述凝膠材料為快硬硫侶酸鹽水泥和油井水泥，所述快硬硫侶酸鹽水泥和油井水泥的 質(zhì)量比為5:5~8:2 ; 所述無機(jī)礦物活性材料為礦粉、氧化侶或微娃粉。所述礦粉為粉煤灰、礦渣粉或其混 合物，其中，粉煤灰為I級粉煤灰或II級粉煤灰，所述礦渣為S95W上級別的礦渣粉，符合 GB1596的規(guī)定。
[0006] 優(yōu)選的，所述局效減水劑為聚簇酸局效減水劑、糞系局效減水劑或脂肪族局效減 水劑；更優(yōu)的，所述高效減水劑為粉劑。
[0007] 優(yōu)選的，所述緩凝劑為葡萄糖酸鋼或無機(jī)酸鹽，所述無機(jī)酸鹽優(yōu)選酒石酸鋼或= 聚憐酸鋼。
[0008] 本發(fā)明防凍組分為亞硝酸鋼或硝酸巧。
[0009] 本發(fā)明同時(shí)提供所述灌漿材料的制備方法，具體為，取所述重量份的原料混合，與 水按照0. 35-0. 45水膠比攬拌均勻，即得。
[0010] 本發(fā)明的有益效果在于： (1) 快硬硫侶酸鹽水泥和油井水泥通過一定比例混合，作為凝膠材料，可有效支撐漿體 材料強(qiáng)度要求，快硬硫侶酸鹽水泥和油井水泥屬于特種水泥，選用本發(fā)明的配比凝結(jié)時(shí)間 較短，早期強(qiáng)度較高； (2) 所述無機(jī)礦物活性材料激發(fā)水泥早期強(qiáng)度，調(diào)解膠凝材料密度，滿足施工過程中密 度要求，能夠大幅降低泌水性，與水泥水化產(chǎn)物能夠達(dá)到很好填充效果； (3) 復(fù)合緩凝組分能夠有效保證攬拌后的物料2~3小時(shí)流動(dòng)性； (4) 防凍組分能夠有效降低漿體材料低溫防凍效果； (5) 所述消泡劑為保證漿體密實(shí)性，減少漿體表面浮沫，采用市售的水泥消泡劑即可； (6) 所述高效減水劑為粉劑聚簇酸高效減水劑或粉劑糞系減水劑，能夠提供較高減水 效果，保證早期強(qiáng)度及稠度要求； (7) 本發(fā)明的灌漿材料采用凈漿，不含砂子，在用于海上油井時(shí)，加入沙子后流速不易 達(dá)到要求，而且填充性能、密實(shí)性差，密度過高沒法調(diào)整密度達(dá)到和地層接近的要求，因此 本發(fā)明經(jīng)過多次試驗(yàn)避免了砂子的使用，卻更好的適應(yīng)了海上油井用的特殊要求； (8) 本發(fā)明的灌漿材料流動(dòng)相保持在2-3小時(shí)，避免由于凝結(jié)時(shí)間延長，在短時(shí)間內(nèi)難 W形成有效強(qiáng)度；2-3小時(shí)內(nèi)良好的流動(dòng)性可W實(shí)現(xiàn)灌漿材料在空間內(nèi)的均勻灌注，更適 用于海上油井低溫條件下使用； (9) 避免了膨脹劑和可再分散膠粉的使用，簡化原料組成和制備過程。
[0011] 本發(fā)明的灌漿材料適合固井低溫環(huán)境下施工，特別是深井溫度在0~5°c下使用，漿 體能夠保持較好流動(dòng)性及早期強(qiáng)度高，化強(qiáng)度可達(dá)12MPa，漿體飽滿無收縮，后期強(qiáng)度高， 28d抗壓強(qiáng)度大于50MPa，抗折強(qiáng)度大于1IMPa，漿體密度控制在1. 70~1. 80g/cm3之間，有效 保證固井施工時(shí)間及井下注漿環(huán)境參數(shù)要求。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施 例中的【具體實(shí)施方式】，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述 的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保 護(hù)的范圍。 陽〇1引實(shí)驗(yàn)例1 按照下述配合比例稱量原材料，市售快硬硫侶酸鹽水泥1000重量份，油井水泥1000重 量份，礦粉965重量份，=聚憐酸鋼25重量份，亞硝酸鋼5重量份，消泡劑0. 1重量份，聚簇 酸高效減水劑粉劑4重量份。
[0014] 所述市售快硬硫侶酸鹽水泥選用唐山北極熊特種水泥有限公司。
[0015] 將實(shí)施例1的灌漿材料原料與水按照0. 38~0. 40水膠比攬拌均勻，即得。
[0016] 實(shí)驗(yàn)例2、3 實(shí)施例2和3的原料及重量配比見表1。
[0017] 實(shí)施例3所述微娃粉選用甘肅=遠(yuǎn)娃材料有限公司。 陽01引將實(shí)施例2和實(shí)施例3的原料按配比混合，與水按照0. 38~0. 40水膠比攬拌均勻， 即得灌漿材料。
[0019] 實(shí)驗(yàn)例 將實(shí)施例1-3所得的灌漿材料在環(huán)境溫度sr測試，檢測方法為計(jì)算錐形漏斗流完時(shí) 間，具體為灌漿材料加水后在恒速攬拌器中W10000轉(zhuǎn)/分鐘攬拌Imin，然后利用流動(dòng)度測 試儀測試漿體流動(dòng)性，設(shè)備及檢測方法參見TB/T3192-2008附錄A流動(dòng)度試驗(yàn)，恒速攬拌器 為沈陽航空航天大學(xué)應(yīng)用技術(shù)研究所制造。經(jīng)檢測其性能指標(biāo)見表2。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種海上油井用低溫速凝灌漿材料，其特征在于，其包括如下重量份原料：凝膠材 料2000重量份，無機(jī)礦物活性材料950-965重量份，緩凝劑25~35重量份，防凍組分5~10 重量份，高效減水劑3~5重量份，消泡劑0. 1~0. 3重量份；所述凝膠材料為快硬硫鋁酸鹽水 泥和油井水泥，所述快硬硫鋁酸鹽水泥和油井水泥的質(zhì)量比為5:5~8:2 ;所述無機(jī)礦物活 性材料為礦粉、氧化鋁或微硅粉。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上油井用低溫速凝灌漿材料，其特征在于，所述緩凝劑為 葡萄糖酸鈉和無機(jī)酸。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上油井用低溫速凝灌漿材料，其特征在于，所述高效減水 劑為聚羧酸高效減水劑、萘系高效減水劑或脂肪族高效減水劑。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的海上油井用低溫速凝灌漿材料，其特征在于，所述高效減水 劑為粉劑。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上油井用低溫速凝灌漿材料，其特征在于，所述防凍組分 為：亞硝酸鈉或硝酸鈣。6. -種權(quán)利要求1所述的灌漿材料的制備方法，其特征在于，取所述重量份的原料混 合，與水按照〇. 35-0. 45水膠比攪拌均勻，即得。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種海上油井用低溫速凝灌漿材料，其包括如下重量份數(shù)的原料：凝膠材料2000重量份，無機(jī)礦物活性材料950-965重量份，緩凝劑25~35重量份，防凍組分5~10重量份，高效減水劑3~5重量份，消泡劑0.1~0.3重量份；所述凝膠材料為快硬硫鋁酸鹽水泥和油井水泥，所述快硬硫鋁酸鹽水泥和油井水泥的質(zhì)量比為5:5~8:2；本發(fā)明還提供其制備方法。本發(fā)明的灌漿材料適合固井低溫環(huán)境下施工，漿體能夠保持較好流動(dòng)性及早期強(qiáng)度高，漿體飽滿無收縮，后期強(qiáng)度高，有效保證固井施工時(shí)間及井下注漿環(huán)境參數(shù)要求。
【IPC分類】C09K8/467, C04B28/06
【公開號】CN105199692
【申請?zhí)枴緾N201510581335
【發(fā)明人】王永杰, 郭曉磊, 高勇利, 蘇亞楠, 苗林, 呂二帥, 趙軍
【申請人】河北鐵園科技發(fā)展有限公司
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年9月14日