抗鉀鹽高密度固井水泥漿及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于高壓油氣井以及高壓鉀鹽井固井施工的抗鉀鹽高密度固井水泥漿；由如下質(zhì)量百分比的原料制備而來(lái)，嘉華G級(jí)水泥29-58%、加重劑12-56%、活性微納米硅1.8-3.5%、80目石英砂10-20%、抗鹽分散劑1-2%，抗鹽降失水劑1.8-4%，抗鹽緩凝劑0.3-1.0%；其中加重劑為250目與1200目赤鐵礦的混合物，抗鹽分散劑為甲醛/丙酮共聚物，抗鹽降失水劑為N，N-二甲基丙烯酰胺和馬來(lái)酸酐聚合物，緩凝劑為酮酸與有機(jī)磷酸鹽復(fù)合物；該固井水泥漿密度為2.0-2.6g/cm3，流動(dòng)度19-21cm，API失水≤50ml，流變性能n≥0.5，K≤2。
【專利說(shuō)明】抗鉀鹽高密度固井水泥漿及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料工程領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于高壓油氣井以及高壓鉀鹽井固井施工的抗鉀鹽高密度固井水泥漿。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著油氣資源的日益枯竭，勘探開(kāi)發(fā)面臨著向地球深部找油和向異常高壓地層開(kāi)進(jìn)的趨勢(shì)，高溫超壓是這類地層的普遍特點(diǎn)。例如貴州赤水地區(qū)官渡構(gòu)造石炭系茅口組一直是受關(guān)注含氣層位，但是該地區(qū)多次鉆探嘗試都未能鉆達(dá)目的層，主要的瓶頸就是嘉陵江組的超高壓氣層及鹽水層不能克服，該地層壓穩(wěn)極為困難，尤其是固井時(shí)缺乏高密度水泥漿。同時(shí)由于湖北松滋地區(qū)高壓鉀鹽井開(kāi)發(fā)，固井需要抗鉀鹽能力強(qiáng)、高密度的水泥漿，因此必須開(kāi)發(fā)相應(yīng)抗鉀鹽高密度固井水泥漿以滿足固井部門(mén)作業(yè)需要。
[0003]近年來(lái)國(guó)內(nèi)對(duì)高密度水泥漿也做了大量研究，目前均利用緊密堆積理論與顆粒級(jí)配原理來(lái)設(shè)計(jì)高密度水泥漿。到目前為止，中國(guó)石化工程技術(shù)研究院利用MicroMAX作為加重材料，通過(guò)合理調(diào)配加重劑和加重顆粒的粒度優(yōu)化，開(kāi)發(fā)出了密度2.6-3.0g/cm3的超高密度水泥漿，并在官深I(lǐng)井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。
[0004]目前的高密度水泥漿主要存在幾個(gè)難點(diǎn)，主要是水泥漿流動(dòng)性較差，抗壓強(qiáng)度低，個(gè)別加重劑(例如Micromax)價(jià)格昂貴，超高密度水泥漿必須進(jìn)行復(fù)配等；使用重晶石為加重材料配制的高密度水泥漿同樣存在著強(qiáng)度發(fā)展慢、體系不穩(wěn)定等難點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于滿足高壓油氣井及高壓鉀鹽井固井需要，提供一種抗鉀鹽高密度固井水泥漿。技術(shù)方案如 下:
[0006]抗鉀鹽高密度固井水泥漿，由如下質(zhì)量百分比的原料制備而來(lái)，嘉華G級(jí)水泥29-58%、加重劑12-56%、活性微納米硅1.8-3.5%、80目石英砂10_20%、抗鹽分散劑1_2%，抗鹽降失水劑1.8-4%，抗鹽緩凝劑0.3-1.0%，其中配漿水為氯化鉀半飽和鹽水，Cl-含量為16-18萬(wàn)mg/1 ;所述的加重劑為250目與1200目赤鐵礦的混合物，其中250目赤鐵礦:1200目赤鐵礦的質(zhì)量比為3:1。
[0007]上述方案中，所述的抗鹽分散劑為甲醛/丙酮共聚物，其中甲醛和丙酮的質(zhì)量比為 7:3。
[0008]上述方案中，所述抗鹽降失水劑為N，N- 二甲基丙烯酰胺/馬來(lái)酸酐聚合物，其中N，N- 二甲基丙烯酰胺/馬來(lái)酸酐的質(zhì)量比為6:4。
[0009]上述方案中，所述緩凝劑為酮酸與有機(jī)磷酸鹽復(fù)合物，其中酮酸與有機(jī)磷酸鹽質(zhì)量比為1:19。
[0010]上述方案中，所述的抗鉀鹽高密度固井水泥漿的制備方法，包含以下步驟:
[0011]原料中固體原料在混配前先配料，并充分混拌均勻；然后將配漿水與液體外加劑配料后加入攪拌杯混合，并保持4000r/min 土 200r/min的轉(zhuǎn)速,使外加劑在配衆(zhòng)水中完全分散；最后，將固體原料混拌料加人攪拌杯中，然后在12000r/min±500r/min的轉(zhuǎn)速下繼續(xù)攪拌35s出料；所述的固體原料為嘉華G級(jí)水泥、加重劑、活性微納米硅和80目石英砂，液體外加劑為抗鹽分散劑、抗鹽降失水劑和抗鹽緩凝劑。
[0012]上述方案中，所述的抗鹽分散劑為甲醛/丙酮共聚物，其中甲醛和丙酮的質(zhì)量比為 7:3。
[0013]上述方案中，所述的抗鹽降失水劑為N，N-二甲基丙烯酰胺和馬來(lái)酸酐聚合物，其中N，N-二甲基丙烯酰胺和馬來(lái)酸酐的質(zhì)量比為6:4。
[0014]上述方案中，所述的緩凝劑為酮酸與有機(jī)磷酸鹽復(fù)合物，其中酮酸與有機(jī)磷酸鹽質(zhì)量比為1:19。
[0015]本發(fā)明提供的抗鉀鹽高密度固井水泥漿密度為2.0-2.6g/cm3，流動(dòng)度19_21cm，API失水≤50ml,在115°C *80MPa*40min條件下的稠化時(shí)間為250_500min，流變性能n ≥ 0.5，K ≤ 2。
[0016]本發(fā)明所述的抗鹽高密度固井水泥漿具有以下優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用效果:
[0017]1、所用加重劑為不同目數(shù)赤鐵礦復(fù)配制得，現(xiàn)場(chǎng)操作簡(jiǎn)單。
[0018]2、實(shí)現(xiàn)高密度一次加重，并且漿體流動(dòng)性能好。
[0019]3、水泥漿穩(wěn)定性好，通過(guò)優(yōu)選材料及顆粒級(jí)配，水泥漿漿體均勻，不易分層。
[0020]4、水泥石強(qiáng)度高，24小時(shí)抗壓強(qiáng)度≥18MPa，48小時(shí)抗壓強(qiáng)度≥23MPa。
[0021]5、流變性能好，115°C *80MPa條件下六速旋轉(zhuǎn)粘度接近常規(guī)密度水泥漿。
[0022]6、稠化時(shí)間可調(diào)節(jié)，根據(jù)固井現(xiàn)場(chǎng)需要，調(diào)整外加劑特別是緩凝劑的加量，使水泥漿稠化時(shí)間滿足固井要求。
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例1:
[0024]抗鉀鹽高密度水泥漿的質(zhì)量百分比組成:嘉華G級(jí)水泥58%、加重劑12%、活性微納米硅3.5%、80目石英砂20%、抗鹽分散劑2%、抗鹽降失水劑4%、抗鹽緩凝劑0.5%、氯化鉀半飽和鹽水。
[0025]制備過(guò)程:原料中固體材料在混配前先配料，然后充分混拌均勻；然后將配漿水與液體外加劑配料加入攪拌杯混合，并保持4000r/min 土 200r/min的轉(zhuǎn)速,使外加劑在配衆(zhòng)水中完全分散；然后，將固體材料混拌料加人攪拌杯中，然后在12000r/min±500r/min的轉(zhuǎn)速下繼續(xù)攪拌35s出料。
[0026]實(shí)施例2:
[0027]抗鉀鹽高密度水泥漿的質(zhì)量百分比組成:嘉華G級(jí)水泥33%、加重劑50%、活性微納米硅2%、80目石英砂11.6%、抗鹽分散劑1%、抗鹽降失水劑2%、抗鹽緩凝劑0.4%、氯化鉀半飽和鹽水。
[0028]制備過(guò)程參照實(shí)施例1。
[0029]實(shí)施例3:
[0030]抗鉀鹽高密度水泥漿的質(zhì)量百分比組成:嘉華G級(jí)水泥29%、加重劑56%、活性微納米硅1.8%、80目石英砂10%、抗鹽分散劑1%、抗鹽降失水劑1.8%、抗鹽緩凝劑0.4%、氯化鉀半飽和鹽水。[0031]制備過(guò)程參照實(shí)施例1。
[0032]實(shí)例抗1、2、3抗鉀鹽高密度水泥漿性能見(jiàn)下表:
[0033]
【權(quán)利要求】
1.一種抗鉀鹽高密度固井水泥漿，其特征在于由如下質(zhì)量百分比的原料制備而來(lái)，嘉華G級(jí)水泥29-58%、加重劑12-56%、活性微納米硅1.8-3.5%、80目石英砂10_20%、抗鹽分散劑1_2%、抗鹽降失水劑1.8-4%、抗鹽緩凝劑0.3-1.0%，其中配漿水為氯化鉀半飽和鹽水，Cl—含量為16-18萬(wàn)mg/1 ;所述的加重劑為250目與1200目赤鐵礦的混合物，其中250目赤鐵礦:1200目赤鐵礦的質(zhì)量比為3:1。
2.如權(quán)利要求1所述的抗鉀鹽高密度固井水泥漿，其特征在于所述的抗鹽分散劑為甲醛/丙酮共聚物，其中甲醛和丙酮的質(zhì)量比為7:3。
3.如權(quán)利要求1所述的抗鉀鹽高密度固井水泥漿，其特征在于所述的抗鹽降失水劑為N，N-二甲基丙烯酰胺/馬來(lái)酸酐聚合物，其中N，N-二甲基丙烯酰胺和馬來(lái)酸酐的質(zhì)量比為 6:4。
4.如權(quán)利要求1所述的抗鉀鹽高密度固井水泥漿，其特征在于所述的緩凝劑為酮酸與有機(jī)磷酸鹽復(fù)合物，其中酮酸與有機(jī)磷酸鹽質(zhì)量比為1:19。
5.如權(quán)利要求1所述的抗鉀鹽高密度固井水泥漿的制備方法，其特征在于包含以下步驟: 原料中固體原料在混配前先配料，并充分混拌均勻；然后將配漿水與液體外加劑配料后加入攪拌杯混合，并保持4000r/min 土 200r/min的轉(zhuǎn)速,使外加劑在配衆(zhòng)水中完全分散；最后，將固體原料混拌料加人攪拌 杯中，然后在12000r/min 土 500r/min的轉(zhuǎn)速下繼續(xù)攪拌35s出料；所述的固體原料為嘉華G級(jí)水泥、加重劑、活性微納米硅和80目石英砂；所述的液體外加劑為抗鹽分散劑、抗鹽降失水劑和抗鹽緩凝劑。
6.如權(quán)利要求5所述的抗鉀鹽高密度固井水泥漿的制備方法，其特征在于所述的抗鹽分散劑為甲醛/丙酮共聚物，其中甲醛和丙酮的質(zhì)量比為7:3。
7.如權(quán)利要求5所述的抗鉀鹽高密度固井水泥漿的制備方法，其特征在于所述的抗鹽降失水劑為N，N- 二甲基丙烯酰胺/馬來(lái)酸酐聚合物，其中N，N- 二甲基丙烯酰胺和馬來(lái)酸酐的質(zhì)量比為6:4。
8.如權(quán)利要求5所述的抗鉀鹽高密度固井水泥漿的制備方法，其特征在于所述的緩凝劑為酮酸與有機(jī)磷酸鹽復(fù)合物，其中酮酸與有機(jī)磷酸鹽質(zhì)量比為1:19。
【文檔編號(hào)】C09K8/487GK103450862SQ201310335768
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月2日
【發(fā)明者】袁正堂, 宋金初, 彭博, 陳智源, 羅渠華, 鄧先進(jìn), 李麓, 向楠, 趙禎, 謝玄峰 申請(qǐng)人:中石化江漢石油工程有限公司鉆井一公司