一種新型高溫固井工作液體系及組成的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種深井、超深井高溫固井的水泥漿體系，尤其涉及一種耐高溫的新 型水泥漿體系及組成，特別適用于深井、超深井、高溫固井作業(yè)。
【背景技術(shù)】
[0002] 固井就是將水泥注入井壁和套管之間環(huán)形空間的過程。固井的主要目的是封隔地 下油氣水層，防止上下串通，為油氣生產(chǎn)建立長(zhǎng)期、穩(wěn)定、安全的通道。目前我國(guó)國(guó)內(nèi)剩余油 氣資源40%以上分布在深層，近五年來發(fā)現(xiàn)的大型油氣田中深層的占72. 7%。深層油氣資 源勘探開發(fā)已成為我國(guó)油氣發(fā)展的一個(gè)重要領(lǐng)域，固井將面臨著突出的深井、超深井高溫 固井問題。
[0003] 深井、超深井由于井底溫度、壓力高，固井面臨著突出的高溫高壓?jiǎn)栴}。油井水泥 在高溫條件下（溫度超過ll〇°C)存在著強(qiáng)度衰退、滲透率急劇增大現(xiàn)象，常采用在油井水 泥中摻入30~40%硅砂來減弱水泥石高溫強(qiáng)度衰退問題，然而當(dāng)面臨著更高溫度時(shí)，油井 水泥+30~40%硅砂體系仍會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度衰退，甚至開裂現(xiàn)象，致使地層封隔失效，嚴(yán)重影響 油氣井生產(chǎn)和安全。
[0004] 在深井、超深井由于井底溫度、壓力高，油井水泥在高溫高壓條件下水化速率非常 快，為了保障注水泥施工安全，需要在水泥中加入大量?jī)r(jià)格昂貴的高溫緩凝劑等外加劑來 延長(zhǎng)水泥漿的稠化時(shí)間，這使得高溫固井水泥漿成本較高。
[0005] 隨著我國(guó)加快深部油氣資源的勘探開發(fā)，高溫深井、超深井固井將面臨著更嚴(yán)峻 的挑戰(zhàn)。針對(duì)深井、超深井日益突出的高溫高壓?jiǎn)栴}，發(fā)展新的耐高溫固井材料，研發(fā)低成 本耐高溫固井工作液體系，形成新的高溫固井技術(shù)，就顯得十分迫切和重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有油井水泥高溫下強(qiáng)度衰退的缺點(diǎn)、水泥漿成本較 高的不足，提供了一種新型高溫固井工作液體系及組成。該高溫固井工作液主要由金屬 氧化物、堿金屬硅酸鹽、高溫降失水劑、高溫緩凝劑、分散劑和水組成，能夠制備出密度為 1. 70g/cm3~1. 85g/cm3的高溫固井工作液，適用溫度范圍為100°C~250°C。該新型高溫 固井工作液體系具有非常突出的高溫穩(wěn)定性好、靜膠凝強(qiáng)度發(fā)展快和成本較低等優(yōu)點(diǎn)，其 它各項(xiàng)性能指標(biāo)都完全滿足現(xiàn)場(chǎng)高溫固井要求，具有現(xiàn)場(chǎng)施工簡(jiǎn)單和大幅度降低高溫固井 成本的優(yōu)勢(shì)。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本申請(qǐng)的新型高溫固井工作液體系，按照質(zhì)量份數(shù)其組成 為：
[0008] Si02 23 ~47 份；
[0009] A1203 1. 2 ~12 份；
[0010] CaO 15 ~36 份；
[0011] Xa0b 0.50 ~5. 5 份；
[0012] 堿金屬硅酸鹽 0.35~4. 9份；
[0013] 高溫降失水劑 1.3~2. 6份；
[0014] 高溫緩凝劑 0? 04~0? 35份；
[0015] 分散劑 0.05~0.8份；
[0016] 水 25 ~38 份。
[0017] 所述的Si02S-種固體粉末，晶型為六方晶系，密度介于2. 40~2. 70g/cm3,粒徑 介于8. 5~60ym。
[0018] 所述的A1203為一種固體粉末，晶型為a-A1 203，密度介于3. 70~3. 90g/cm3,粒徑 介于5. 5~25ym〇
[0019] 所述的CaO是由碳酸鈣礦石在900~1100°C高溫煅燒制得，冷卻后粉碎而成，為一 種白色固體粉末，密度介于3. 10~3. 25g/cm3,粒徑介于12~35ym。
[0020] 所述Xa0b為固體氧化物粉末，其中X為Mg、Zr、Ti、Ba元素中的一種，原子數(shù)a的 個(gè)數(shù)介于1~2,原子數(shù)b的個(gè)數(shù)介于1~3,粒徑介于0. 035~1. 2ym。
[0021] 所述的堿金屬硅酸鹽可以是硅酸鉀、硅酸鋰、硅酸鈉中的一種或幾種。
[0022] 所述的高溫降失水劑可以是2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS)與N，N-二甲基丙 烯酰胺（DMAA)聚合物，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS)與丙烯酰胺（AM)、丙烯酸（AA) 聚合物，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS)與丙烯酰胺（AM)、馬來酸酐（MA)、N，N-二甲 基丙烯酰胺（DMAA)聚合物，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS)與N，N-二甲基丙烯酰胺 (DMAA)、丙烯酰胺（AM)、富馬酸（FA)聚合物，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS)與乙烯基 吡咯烷酮（VP)、丙烯酰胺（AM)、丙烯酸（AA)聚合物中的一種。
[0023] 所述的高溫緩凝劑可以是2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS)與丙烯酸（AA)共 聚物、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS)與衣康酸（IA)共聚物、酒石酸、木質(zhì)素磺酸鹽中 的一種或幾種。
[0024] 所述的分散劑可以是磺化甲醛-丙酮縮聚物分散劑、木質(zhì)素磺酸鹽、聚苯乙烯磺 酸鹽中的一種。
[0025] 所述的配制高溫固井工作液的用水可以是淡水、海水或礦化度水。
[0026] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：（1)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種可通過不同金屬氧化物優(yōu)化組合，能夠充 分利用油氣井深井、超深井的高溫高壓環(huán)境下發(fā)生水熱合成反應(yīng)，生成具有高溫力學(xué)性能 穩(wěn)定性的托貝莫來石和硬硅鈣石，有效解決了高溫水泥石強(qiáng)度衰退難題，達(dá)到油氣井高溫 固井目的。（2)本發(fā)明的高溫固井工作液只有在一定的高溫高壓條件下才會(huì)發(fā)生水熱合成 反應(yīng)，充分利用了深井、超深井的高溫高壓環(huán)境，將目前深井、超深井固井所面臨的高溫高 壓不利因素轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣麠l件。（3)與目前高溫固井所用的油井水泥加硅砂體系相比，本發(fā) 明的高溫固井工作液體系在相同稠化時(shí)間下高溫緩凝劑的用量大幅度減少，降低了高溫固 井成本。（4)生產(chǎn)1噸本發(fā)明高溫固井工作液體系的材料約排放0. 20~0. 35噸C02，而生 產(chǎn)1噸油井水泥要排放0. 80~0. 90噸C02，因此，本發(fā)明高溫固井工作液體系的應(yīng)用有利 于減少C02排放量，減小環(huán)境污染。
[0027]本發(fā)明提供了一種技術(shù)可靠、現(xiàn)場(chǎng)施工方便、成本低，能滿足深井、超深井高溫高 壓固井作業(yè)的固井工作液體系，填補(bǔ)了高溫固井空白。隨著我國(guó)加快深層油氣資源開采，本 發(fā)明的高溫固井工作液體系有著十分廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0028] 圖1是本發(fā)明的高溫固井工作液體系在200°C、75MPa條件下，采用增壓稠化儀測(cè) 試漿體的稠化時(shí)間圖。
[0029] 圖2是本發(fā)明的高溫固井工作液體系在250°C、90MPa條件下，發(fā)生水熱反應(yīng)生成 硬硅鈣石和托貝莫來石的微觀結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 實(shí)驗(yàn)方法：按標(biāo)準(zhǔn)GB/T19139-2003 "油井水泥試驗(yàn)方法"制備高溫低密度水泥 漿，參考標(biāo)準(zhǔn)SY/T6544-2003 "油井水泥漿性能要求"、SY/T6466-2000 "油井水泥石抗高 溫性能評(píng)價(jià)方法"測(cè)試高溫固井工作液的各項(xiàng)性能。
[0031] 實(shí)施例1 :高溫固井工作液體系的組成
[0032] -種高溫固井工作液體系可由以下物質(zhì)組成，各物質(zhì)的質(zhì)量份數(shù)具體為：37. 7份 Si02、3. 79 份Al203、22. 36 份Ca0、l. 52 份Zr02、3. 84 份硅酸鋰、1. 6 份高溫降失水劑、0. 07 份 高溫緩凝劑、〇. 12份分散劑、29份水。
[0033] 實(shí)施例2 :高溫固井工作液體系的漿體性能測(cè)試
[0034] 以實(shí)施例1高溫固井工作液體系為測(cè)試對(duì)象，先將配漿的高溫固井工作液體系所 需的固體干灰組份和液體水組份各自稱量好并混勾，然后按標(biāo)準(zhǔn)GB/T19139-2003"油井水 泥試驗(yàn)方法"制備漿體，測(cè)試漿體性能和靜膠凝強(qiáng)度發(fā)展，試驗(yàn)結(jié)果見表1、表2。
[0035] 表1高溫固井工作液體系的槳體性能
[0036]
[0039] 實(shí)施例3 :高溫固井工作液體系的抗壓強(qiáng)度測(cè)試
[0040] 以實(shí)施例1高溫固井工作液體系為測(cè)試對(duì)象，先將配漿的高溫固井工作液體系所 需的固體干灰組份和液體水組份各自稱量好并混勾，然后按標(biāo)準(zhǔn)GB/T19139-2003 "油井 水泥試驗(yàn)方法"制備漿體，先在預(yù)設(shè)定的高溫高壓條件下稠化60分鐘，使?jié){體溫度達(dá)到均 衡，然后將漿體冷卻至頂部的循環(huán)溫度，緩慢釋放壓力并取出漿杯，將漿體倒入養(yǎng)護(hù)模具中 進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，測(cè)定抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果見表3。
[0041] 表3高溫固井工作液體系的抗壓強(qiáng)度性能
[0042]
[0043] 當(dāng)然，以上所述僅是本發(fā)明的一種實(shí)施方式而已，應(yīng)當(dāng)指出本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾 均屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種新型高溫固井工作液體系，其特征在于各組份以及重量比例如下：2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫固井工作液體系，其特征在于所述的SiO2為一種固體粉 末，晶型為六方晶系，密度介于2. 40~2. 70g/cm3,粒徑介于8. 5~60ym。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫固井工作液體系，其特征在于所述的Al203為一種固體 粉末，晶型為a-Al2O3，密度介于3. 70~3. 90g/cm3,粒徑介于5. 5~25ym。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫固井工作液體系，其特征在于所述的CaO是由碳酸鈣礦 石在900~IKKTC高溫煅燒制得，冷卻后粉碎而成，為一種白色固體粉末，密度介于3. 10~ 3. 25g/cm3,粒徑介于 12 ~35ym。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫固井工作液體系，其特征在于所述XaOb為固體氧化物粉 末，其中X為Mg、Zr、Ti、Ba元素中的一種，原子數(shù)a的個(gè)數(shù)介于1~2,原子數(shù)b的個(gè)數(shù)介 于1~3,粒徑介于0? 035~L2ym。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫固井工作液體系，其特征在于所述的堿金屬硅酸鹽可以 是硅酸鉀、硅酸鋰、硅酸鈉中的一種或幾種。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫固井工作液體系，其特征在于所述的高溫降失水劑可以 是2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS)與N，N-二甲基丙烯酰胺（DMA)聚合物，2-丙烯酰 胺-2-甲基丙磺酸（AMPS)與丙烯酰胺（AM)、丙烯酸（AA)聚合物，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺 酸（AMPS)與丙烯酰胺（AM)、馬來酸酐（M)、N，N-二甲基丙烯酰胺（DMA)聚合物，2-丙烯 酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS)與N，N-二甲基丙烯酰胺（DMA)、丙烯酰胺（AM)、富馬酸（FA) 聚合物，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS)與乙烯基吡咯烷酮（VP)、丙烯酰胺（AM)、丙烯 酸（AA)聚合物中的一種。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫固井工作液體系，其特征在于所述的高溫緩凝劑可以是 2_丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS)與丙烯酸（AA)共聚物、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 (AMPS)與衣康酸（IA)共聚物、酒石酸、木質(zhì)素磺酸鹽中的一種或幾種。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫固井工作液體系，其特征在于所述的分散劑可以是磺化 甲醛-丙酮縮聚物分散劑、木質(zhì)素磺酸鹽、聚苯乙烯磺酸鹽中的一種。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫固井工作液體系，其特征在于所述的配制高溫固井工 作液的用水可以是淡水、海水或礦化度水。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種新型高溫固井工作液體系及組成，主要解決油井水泥高溫下強(qiáng)度衰退、水泥漿成本高等問題，適用于深井、超深井等高溫固井。該新型固井工作液體系各組份以及重量比例為：23～47份SiO2、1.2～12份Al2O3、15～36份CaO、0.50～5.5份XaOb、0.35～4.9份堿金屬硅酸鹽、1.3～2.6份高溫降失水劑、0.04～0.35份高溫緩凝劑、0.05～0.8份分散劑、25～38份水。工作液密度為1.70g/cm3～1.85g/cm3，適用于100～250℃范圍高溫固井作業(yè)，具有靜膠凝強(qiáng)度發(fā)展快、抗壓強(qiáng)度高、高溫穩(wěn)定性好優(yōu)點(diǎn)，可大幅度降低高溫固井成本，應(yīng)用前景廣闊。
【IPC分類】C09K8/487, C04B28/18
【公開號(hào)】CN105038744
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510334046
【發(fā)明人】王成文, 孟凡昌, 徐偉祥, 王瑞和
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油大學(xué)(華東)
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年6月16日