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防窜固井水泥浆.pdf

  • 上传人:没水****6
  • 文档编号:8606195
  • 上传时间:2020-09-14
  • 格式:PDF
  • 页数:8
  • 大小:390.99KB
  • 摘要
    申请专利号:

    CN201210033701.6

    申请日:

    20120215

    公开号:

    CN102604614A

    公开日:

    20120725

    当前法律状态:

    有效性:

    有效

    法律详情:

    IPC分类号:

    C09K8/487

    主分类号:

    C09K8/487

    申请人:

    成都欧美科石油科技股份有限公司

    发明人:

    曹智,潘军,李勇

    地址:

    610000 四川省成都市高新区世纪城南路216号D6栋501室

    优先权:

    CN201210033701A

    专利代理机构:

    成都行之专利代理事务所(普通合伙)

    代理人:

    谭新民

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    内容摘要

    本发明公开一种防窜固井水泥浆,包括如下组分及相应的重量份数组成:以水泥的质量为基准,水泥100份,抗盐缓凝剂0.2~3.5份,消泡剂0.1~0.2份,高温强度稳定剂6~30份,水28~80份,防窜剂4.5~18份;所述缓凝剂为丙烯酰胺为分子主链的高分子聚合物,所述消泡剂为聚醚类,所述高温稳定剂为微硅或纯度大于95%的无定型二氧化硅;所述防窜剂为用丙烯酸改性的酮醛树脂。该固井水泥浆的综合性能相比现有技术更加优良,尤其是该水泥浆防窜能力强。

    权利要求书

    1. 防窜固井水泥浆,其特征在于,包括如下组分及相应的重量份数组成:以水泥的质量为基准,水泥100份,抗盐缓凝剂0.2~3.5份,消泡剂0.1~0.2份,高温强度稳定剂6~30份,水28~80份,防窜剂4.5~18份;所述缓凝剂为丙烯酰胺为分子主链的高分子聚合物,所述消泡剂为聚醚类,所述高温稳定剂为微硅或纯度大于95%的无定型二氧化硅;所述防窜剂为用丙烯酸改性后的酮醛树脂,并且所述改性后的酮醛树脂的分子量范围是30万-80万道尔顿。 2.如权利要求1所述的防窜固井水泥浆,其特征在于,所述防窜剂为用丙烯酸改性后的酮醛树脂制备成的胶粒状颗粒。 3.如权利要求1所述的防窜固井水泥浆,其特征在于,所述防窜剂为用丙烯酸改性后的酮醛树脂制备成的胶粒状颗粒,所述胶粒状颗粒的直径为0.03~0.8mm。 4.如权利要求3所述的防窜固井水泥浆,其特征在于,所述防窜剂由下列原料及相应的重量份数制备得到:水35~40份,甲醛20~60份;丙酮12~33份;丙烯酸4~15份;亚硫酸钠8~19份,过硫酸铵1~5份。 5.如权利要求3所述的防窜固井水泥浆,其特征在于,所述防窜剂的制备方法是:首先按水35~40份,甲醛20~60份;丙酮12~33份;丙烯酸4~15份;亚硫酸钠8~19份;过硫酸铵1~5份的组分及重量份数进行称量;其次,将水、甲醛、亚硫酸钠投入反应釜中,加热使反应釜升温至45~55℃,并控制温度使甲醛、亚硫酸钠在45~55℃的条件下反应4~6小时,在反应过程滴加丙酮;滴加完毕后,加热使反应釜升温至90~95℃,再加入丙烯酸,滴加过硫酸铵,滴加完毕后,使其在90~95℃的条件下维持1.8~2.2小时,反应釜出料并制备成胶粒状颗粒,即制备得到所述防窜剂,所述胶粒状颗粒的直径为0.03~0.8mm。 6.如权利要求5所述的防窜固井水泥浆,其特征在于,所述防窜剂的制备方法中,所述反应釜出料后制备成胶粒状颗粒的步骤是:反应釜出料冷却形成胶冻状物质,在使用前将所述胶冻状物质倒入搅拌仪中搅拌至块状并加入水混合,混合后,过剪切泵约3~5次,即制备得到胶粒状颗粒直径0.03~0.8mm的防窜剂。 7.如权利要求1-6任一项所述的防窜固井水泥浆,其特征在于,还包括密度调节剂,所述密度调节剂为减轻剂或加重剂;所述减轻剂为漂珠或粉煤灰,并且所述减轻剂的添加量按重量份数计为0~80份;所述加重剂为重晶石或铁矿粉,并且所述加重剂的添加量按重量份数计为0~140份。 8.如权利要求1-6任一项所述的防窜固井水泥浆,其特征在于,还包括分散剂,所述分散剂为醛酮缩合物或萘系分散剂,所述分散剂的添加量按重量份数计为0.5~2份。 9.如权利要求1-6任一项所述的防窜固井水泥浆,其特征在于,还包括填充剂,所述填充剂为超细微粒材料,并且所述填充剂的添加量按重量份数计为2~8份。

    说明书

    技术领域

    本发明属于石油天然气钻井工程技术油田化学领域,具体的,涉及防窜固井水泥浆。

    背景技术

    在石油天然气勘探开发钻井中,在井眼中下入套管并在套管与井眼的环空间注入水泥,这一过程叫做固井。固井质量的好坏直接决定着后续油气开采是否顺利和开采时间的长短。固井时环空水泥浆对于地层中流体、气体的阻挡作用直接关系着固井水泥环是否能有效封隔不同压力系统的地层,且直接关系着固井质量的好坏,所以目前对于固井水泥浆的防窜作用越来越重视,固井水泥浆的防窜性能已成为固井领域的世界性研究课题。

    随着国内油气勘探开发的深入,陆续发现了四川普光气田、元坝气田、龙岗气田、罗家寨气田等新兴油气田,这些油气田的勘探开发钻井深度深、井底温度高、目的层气层活跃,对于固井作业提出了较多的难题,不仅仅要求固井水泥浆要满足高温深井固井需要,且要求水泥浆具有较强的防窜作用,防止固井时出现气窜、油窜、水窜影响固井质量或安全隐患。如果在固井时水泥浆防窜能力不强,气体、流体窜入环空水泥浆中,水泥浆凝固后就会形成气体、流体的运移通道,各个地层的压力将会窜通导致后期开采地层压力不足,更为严重的是气体形成气窜通道后窜入地面将会引起井喷等严重安全事故,所以固井水泥浆防窜性能的好坏不仅关系着固井工程质量,还对于整个石油行业安全稳定的发展具有重要作用。

    目前固井水泥浆的防气窜性能主要采用两种技术手段来解决,一是加入气体补偿性油井水泥外加剂即发气型添加剂,当加入该类产品后油井水泥浆随着井底温度升高激活发气型产品产生气体来提高水泥浆的压力损失,以此阻挡外部流体、气体侵入水泥浆中而达到防窜的作用;二是加入非渗透材料如胶乳到水泥浆中,胶乳具有不渗透特性,可以提高对流体、气体的阻挡能力,从而防止发生气窜。发气型防窜水泥浆基本局限于低温浅井中应用,由于发气时间难以掌控,高温深井固井作业中一般不采用该防窜措施,胶乳类非渗透防窜水泥浆由于胶乳必须有配套胶乳稳定剂及其它外加剂才能使用,对外加剂的配伍性要求高,且胶乳防窜水泥浆受温度、剪切、陈化时间影响较大,在施工时受外在影响较多,现场操作不便且容易造成固井事故,在川东北地区曾有三起胶乳水泥浆因为陈化时间问题造成固井事故。

    发明内容

    本发明所要解决的技术问题还在于提供一种防窜固井水泥浆,该固井水泥浆使用的防窜剂不仅可以大大提高固井水泥浆的防窜能力,而且可以起到降失水剂的作用,降低水泥浆失水量;该固井水泥浆的综合性能相比现有技术更加优良,并且强度发展快,防窜能力强。

    本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:防窜固井水泥浆,包括如下组分及相应的重量份数组成:以水泥的质量为基准,水泥100份,抗盐缓凝剂0.2~3.5份,消泡剂0.1~0.2份,高温强度稳定剂6~30份,水28~80份,防窜剂4.5~18份;所述缓凝剂为丙烯酰胺为分子主链的高分子聚合物,所述消泡剂为聚醚类;所述高温稳定剂为微硅或纯度大于95%的无定型二氧化硅;所述防窜剂为用丙烯酸改性的酮醛树脂,并且所述改性后的酮醛树脂的分子量范围是30万-80万道尔顿。

    所述防窜剂为丙烯酸改性后的酮醛树脂制备成的胶粒状颗粒。

    所述防窜剂为丙烯酸改性后的酮醛树脂制备成的胶粒状颗粒,所述胶粒状颗粒的直径为0.03~0.8mm。所述胶粒状颗粒是指具有弹性的球状颗粒物质,本文中也称为弹性胶粒。防窜剂采用酮醛树脂这种高分子树脂类物质作为原料,再用丙烯酸进行改进,增加酮醛树脂的水溶性,并经过剪切造粒后形成细小的弹性胶粒,在水泥中有压差存在时弹性胶粒迅速聚集形成滤饼,同时弹性胶粒由于其润滑滚承作用可以提高水泥浆流变性,降低水泥浆摩阻且凝固前长时间具有较强的静液柱压力,实现对油气层的压稳,同时该弹性胶粒的存在还可以提高抗流体侵入能力。因此该防窜剂不仅具有固井水泥浆的防窜能力,而且还具有一定的降失水功能。

    进一步的技术方案,所述防窜剂由下列原料及相应的重量份数制备得到:水35~40份,甲醛20~60份;丙酮12~33份;丙烯酸4~15份;亚硫酸钠8~19份,过硫酸铵1~5份。

    进一步的技术方案,所述防窜剂的制备方法是:首先按水35~40份,甲醛20~60份;丙酮12~33份;丙烯酸4~15份;亚硫酸钠8~19份;过硫酸铵1~5份的组分及重量份数进行称量;其次,将水、甲醛、亚硫酸钠投入反应釜中,加热使反应釜升温至45~55℃,并控制温度使甲醛、亚硫酸钠在45~55℃的条件下反应4~6小时,在反应过程滴加丙酮;滴加完毕后,加热使反应釜升温至90~95℃,再加入丙烯酸,滴加过硫酸铵,滴加完毕后,使其在90~95℃的条件下维持1.8~2.2小时,反应釜出料并制备成胶粒状颗粒,即制备得到所述防窜剂,该防窜剂不仅具有防窜能力,也具有降失水作用,所述胶粒状颗粒的直径为0.03~0.8mm。

    进一步的技术方案,所述防窜剂的制备方法中,所述反应釜出料后制备成胶粒状颗粒的步骤是:反应釜出料冷却形成胶冻状物质,在使用前将所述胶冻状物质倒入搅拌仪中搅拌至块状并加入水混合,混合后,过剪切泵约3~5次,使得防窜剂变成胶粒状颗粒悬浮于水中,即制备得到胶粒状颗粒直径0.03~0.8mm的防窜剂。

    进一步的技术方案,本发明防窜固井水泥浆还包括密度调节剂,所述密度调节剂为减轻剂或加重剂;所述减轻剂为漂珠或粉煤灰,并且所述减轻剂的添加量按重量份数计为0~80份;所述加重剂为重晶石或铁矿粉,并且所述加重剂的添加量按重量份数计为0~140份。

    进一步的技术方案,本发明防窜固井水泥浆还包括分散剂,所述分散剂为醛酮缩合物或萘系分散剂,所述分散剂的添加量按重量份数计为0.5~2份。

    进一步的技术方案,本发明防窜固井水泥浆还包括填充剂,所述填充剂为超细微粒材料,并且所述填充剂的添加量按重量份数计为2~8份。所述填充剂超细微粒材料可以采用硅粉。

    综上所述,本发明与现有技术相比,具有如下优点: 

    1、本发明方法使用的防窜剂通过改性生成的高分子树脂经过剪切造粒后形成细小的弹性胶粒,在水泥中有压差存在时弹性胶粒迅速聚集形成滤饼,同时弹性胶粒由于其润滑滚承作用可以提高水泥浆流变性,降低水泥浆摩阻且凝固前长时间具有较强的静液柱压力,实现对油气层的压稳,同时该胶粒的存在还可以提高抗流体侵入能力。因此该防窜剂不仅具有固井水泥浆的防窜能力,而且还具有一定的降失水功能。

    2、本发明的防窜固井水泥浆在高温下使用时性能优良,因此具有较好的抗高温能力。本发明制备得到的防窜剂在高温下弹性胶粒基本呈惰性,对温度、压力的变化不敏感,高温下水泥浆性能稳定。

    3、本发明的防窜固井水泥浆使用密度广,能根据需要调配出低密度、高密度、常规密度多个防窜水泥浆体系,因此可以满足各种固井要求。

    具体实施方式

    下面结合实施例,对本发明作进一步的详细说明,但本发明的实施方式不限于此。

    1、磺化丙酮甲醛丙烯酸缩合物防窜剂的制备。

    准备原料:水35~40份,甲醛20~60份;丙酮12~33份;丙烯酸4~15份;亚硫酸钠8~19份,过硫酸铵1~5份。

    制备方法:首先按水35~40份,甲醛20~60份;丙酮12~33份;丙烯酸4~15份;亚硫酸钠8~19份;过硫酸铵1~5份的组分及重量份数进行称量;其次,将水、甲醛、亚硫酸钠投入反应釜中,加热使反应釜升温至45~55℃,并控制温度使甲醛、亚硫酸钠在45~55℃的条件下反应4~6小时,在反应过程滴加丙酮;滴加完毕后,加热使反应釜升温至90~95℃,再加入丙烯酸,滴加过硫酸铵,滴加完毕后,使其在90~95℃的条件下维持1.8~2.2小时,反应釜出料并制备成胶粒状颗粒,即制备得到所述防窜剂,该防窜剂即丙烯酸改性后的酮醛树脂,不仅具有防窜能力,也具有降失水作用,所述胶粒状颗粒的直径为0.03~0.8mm。

    经测定,本发明制备得到的改性酮醛树脂的分子量范围是30万-80万道尔顿。

    反应釜出料冷却形成胶冻状物质,将所述胶冻状物质倒入搅拌仪中搅拌至块状并加入水混合,混合后,过剪切泵约3~5次,使得防窜剂变成胶粒状颗粒悬浮于水中,即制备得到胶粒状颗粒直径0.03~0.8mm的防窜剂。

    本方法制备得到的改性酮醛树脂防窜剂用于下文中实施例1-实施例7的实验。

    2、本发明含有改性的酮醛树脂防窜剂的固井水泥浆和现有技术固井井水泥浆的性能比较。

    对比例1:一种常规密度固井水泥浆,各组分的重量百分比以100%的G级水泥为基准,各种添加剂占G级水泥重量的百分比为:30%高温强度稳定剂、1.2%抗盐缓凝剂、8%油井水泥降失水剂、3%油井水泥防窜剂、0.2%消泡剂、44%自来水。所述油井水泥降失水剂是指市场销售的普通降失水剂,这种普通降失水剂的成分为AMPS和AA聚合物。所述油井水泥防窜剂为发气型防窜剂,由改性纤维、活性二氧化硅、碳酸钙粉末和氧化钙粉末混合制成。所述高温稳定剂为微硅或纯度大于95%的无定型二氧化硅,所述抗盐缓凝剂为丙烯酰胺聚合物,所述消泡剂为聚醚类。

    将所述原料混合、并搅拌在一起,即制备得到固井水泥浆,测定水泥浆的相关性能,见表1和表2。

    对比例2:一种高密度(2.20g/cm3)固井水泥浆,各组分的重量百分比以100%的G级水泥为基准,各种添加剂占G级水泥重量的百分比为:95%重晶石加重剂、30%高温强度稳定剂、1.5%抗盐缓凝剂、4.5%油井水泥降失水剂、3%油井水泥防窜剂、0.15%消泡剂、36%自来水。所述油井水泥降失水剂是指市场销售的普通降失水剂,这种普通降失水剂的成分AMPS和AA聚合物。所述油井水泥防窜剂为发气型防窜剂,由改性纤维、活性二氧化硅、碳酸钙粉末和氧化钙粉末混合制成。所述高温稳定剂为微硅或纯度大于95%的无定型二氧化硅,所述抗盐缓凝剂为丙烯酰胺聚合物,所述消泡剂为聚醚类。

    将所述原料混合、并搅拌在一起,即制备得到固井水泥浆,测定水泥浆的相关性能,见表1和表2。

    由于本发明的防窜剂为胶粒状颗粒,所以本发明制备的防气窜固井水泥浆,也称为胶粒型防气窜固井水泥浆。

    实施例1:本发明提供一种低密度胶粒型防气窜固井水泥浆,各组分的重量百分比以100%的G级水泥为基准,各种添加剂占G级水泥重量的百分比为:50%减轻剂、25%高温强度稳定剂、17%本发明制备的丙烯酸改性酮醛树脂防窜剂、1.35%抗盐缓凝剂、0.2%消泡剂、70%自来水。所述高温稳定剂为微硅或纯度大于95%的无定型二氧化硅,所述抗盐缓凝剂为丙烯酰胺聚合物,所述消泡剂为聚醚类。

    将所述原料混合、并搅拌在一起,即制备得到固井水泥浆,测定水泥浆的相关性能,见表1和表2。

    实施例2:本发明提供一种常规密度胶粒型防气窜固井水泥浆,各组分的重量百分比以100%的G级水泥为基准,各种添加剂占G级水泥重量的百分比为:30%高温强度稳定剂、8%本发明制备的改性酮醛树脂防窜剂、1.2%抗盐缓凝剂、0.2%消泡剂、44%自来水。所述高温稳定剂为微硅或纯度大于95%的无定型二氧化硅,所述抗盐缓凝剂为丙烯酰胺聚合物,所述消泡剂为聚醚类。将所述原料混合、并搅拌在一起,即制备得到固井水泥浆,测定水泥浆的相关性能,见表1和表2。

    实施例3:本发明提供一种高密度(2.20g/cm3)胶粒型防气窜固井水泥浆,各组分的重量百分比以100%的G级水泥为基准,各种添加剂占G级水泥重量的百分比为:95%加重剂、30%高温强度稳定剂、4.5%本发明制备的改性酮醛树脂防窜剂、1.5%抗盐缓凝剂、0.15%消泡剂、36%自来水。所述高温稳定剂为微硅或纯度大于95%的无定型二氧化硅,所述抗盐缓凝剂为丙烯酰胺聚合物,所述消泡剂为聚醚类。将所述原料混合、并搅拌在一起,即制备得到固井水泥浆,测定水泥浆的相关性能,见表1和表2。

    实施例4:本发明提供一种高密度(2.40g/cm3)胶粒型防气窜固井水泥浆,各组分的重量百分比以100%的G级水泥为基准,各种添加剂占G级水泥重量的百分比为:125%加重剂、15%高温强度稳定剂、3.5%本发明制备的改性酮醛树脂防窜剂、1.3%抗盐缓凝剂、0.15%消泡剂、32%自来水。所述高温稳定剂为微硅或纯度大于95%的无定型二氧化硅,所述抗盐缓凝剂为丙烯酰胺聚合物,所述消泡剂为聚醚类。将所述原料混合、并搅拌在一起,即制备得到固井水泥浆,测定水泥浆的相关性能,见表1和表2。

    实施例5:本发明一种高密度(2.50g/cm3)胶粒型防气窜固井水泥浆,各组分的重量百分比以100%的G级水泥为基准,各种添加剂占G级水泥重量的百分比为:135%加重剂、6%高温强度稳定剂、3.0%本发明制备改性酮醛树脂防窜剂、1.6%抗盐缓凝剂、0.15%消泡剂、30%自来水。所述高温稳定剂为微硅或纯度大于95%的无定型二氧化硅,所述抗盐缓凝剂为丙烯酰胺聚合物,所述消泡剂为聚醚类。将所述原料混合、并搅拌在一起,即制备得到固井水泥浆,测定水泥浆的相关性能,见表1和表2。

    表1 水泥浆API性能

    表2 水泥浆防窜能力评价

    序号 SPN 静胶凝强度发展过渡时间(48~240Pa,min) 气侵危险时间(min) 气侵阻力值(KPa) 终凝时体积收缩率(%) 实施例1 2.1 23 184 13.6 0.34 实施例2 1.9 21 166 14.8 0.17 实施例3 1.9 18 132 16.9 0.14 实施例4 1.8 18 108 17.3 0.13 实施例5 1.6 16 99 20.1 0.09 对比例1 3.4 40 253 9.8 0.63 对比例2 2.9 37 199 11.2 0.52

    表2中各参数的含义:静胶凝强度发展过渡时间即从48Pa到240Pa的过渡时间,静胶凝强度发展过渡时间越短,水泥在凝结过程中失重时间愈短,其防止失重引起流体上窜的能力越强。气侵危险时间越短即防气窜能力也越强;气侵阻力值越大说明水泥浆对于抵抗流体侵入水泥浆的能力更强,即防气窜能力也越强。终凝时体积收缩越小说明水泥凝固后形成微间隙或通道的机率越小,留给流体上窜的空间就相对较少,防窜能力越强。

    从表1、表2看出,从实施例2和对比例1的对比数据可以看出,本发明实施例2的SPN值小于对比例1,静胶凝强度发展过渡时间小于对比例1,气侵危险时间小于对比例1,气侵阻力值大于对比例1,终凝时体积收缩率大于对比例。因此,本发明含有改性酮醛树脂防窜剂的固井水泥浆比对比例具有更强的防窜能力。从实施例2、实施例3和对比例1、对比例2的数据中可以看出,在不加降失水剂的条件下,本发明提供的水泥浆失水量小,说明本发明制备得到的防窜剂有一定的降失水功能。③本发明实施例制备得到的改性酮醛树脂防窜剂的防窜固井水泥浆在高温条件下各个密度点的水泥浆综合性能优良,强度发展快,防窜能力强,能满足现场施工要求。

    实施例6:本发明提供一种低密度胶粒型防气窜固井水泥浆,各组分的重量百分比以100%的G级水泥为基准,各种添加剂占G级水泥重量的百分比为:50%减轻剂、25%高温强度稳定剂、17%本发明制备的改性酮醛树脂防窜剂、1.35%抗盐缓凝剂、0.2%消泡剂、70%自来水、0.5%醛酮缩合物分散剂、填充剂2%。所述高温稳定剂为微硅或纯度大于95%的无定型二氧化硅,所述抗盐缓凝剂为丙烯酰胺聚合物,所述消泡剂为聚醚类,所述填充剂为超细微粒材料。所述自来水也可以为淡水或海水。

    将所述原料混合、并搅拌在一起,即制备得到本发明固井水泥浆。

    实施例7:本发明提供一种低密度胶粒型防气窜固井水泥浆,各组分的重量百分比以100%的G级水泥为基准,各种添加剂占G级水泥重量的百分比为:50%减轻剂、25%高温强度稳定剂、17%本发明制备的改性酮醛树脂防窜剂、1.35%抗盐缓凝剂、0.2%消泡剂、70%自来水、2%萘系分散剂、填充剂8%。所述高温稳定剂为微硅或纯度大于95%的无定型二氧化硅,所述抗盐缓凝剂为丙烯酰胺聚合物,所述消泡剂为聚醚类,所述填充剂为超细微粒材料。

    将所述原料混合、并搅拌在一起,即制备得到本发明固井水泥浆。

    如上所述,便可较好地实现本发明。

    关 键  词:
    防窜固 井水 泥浆
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