低温井固井用水泥浆及其制备方法与流程

1.本发明涉及石油天然气固井，具体涉及一种低温井固井用水泥浆；本发明还涉及一种低温井固井用水泥浆的制备方法，属于低温井固井技术领域。


背景技术：

2.目前固井中使用的油井水泥为硅酸盐油井水泥，存在的突出问题是水泥浆凝结时间长，强度发展慢，尤其是在60℃以下的低温浅层井条件下，由于井浅、地温低，油井水泥强度发展缓慢，候凝时间长，增加了钻井成本，并易造成环空窜流，影响固井质量和作业安全。水泥浆在正常要求的候凝时间内，难以形成足够高的强度，不能满足生产开采的需要。通常添加氯化钙作为早强剂，但是对水泥浆的流变性影响较大，拌浆困难，不利于泵送。
3.固井时，通过钻井液循环将井眼及环空清洗干净后，先将先导隔离液注入套管串，然后注入固井水泥浆达到固井设计量，先导隔离液将钻井液与固井水泥浆隔离开。降失水剂是固井水泥浆中的重要成分，多年来针对低温条件下固井问题，各国研究人员对降失水剂等外加剂及先导隔离液进行深入的研究，开发出了许多新型的隔离液和外加剂，取得了丰硕的研究成果，使低温固井技术得到较大发展。
4.目前常用固井用水泥浆中降失水剂的共同缺陷在于：一、常用于油井水泥降失水剂的是各种纤维素醚类，包括梭甲基纤维素(cmc)、羟乙基纤维素(hec)、羧甲基羟乙基纤维素(cmhec)等。纤维素醚类高分子具有良好的降失水性能，但这些纤维素材料的加入，使水泥浆增稠，在加量较高时水泥浆拌浆困难，甚至难以泵送，且此类材料有较强的缓凝作用，延缓水泥石的强度发育。
5.二、目前市面上降失水剂着力解决高温条件下水泥浆性能，缺乏低温条件下水泥浆性能评价。
6.三、降失水剂运抵施工现场后，通常先进行配水，再做实验，实验指标满足则进行配浆固井。但是在现场有时由于其它因素，出现配浆固井推迟，在现场的等待时间稍长，降失水剂的性能会发生变化，严重时容易导致固井失败。因此实际配浆时，需要对降失水剂的性能进行复核，如果复核指标达不到要求，则会遭到弃用。大多数情况下，延误超过一周即会遭到弃用，造成浪费和生产成本的提高。


技术实现要素：

7.本发明的首要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种低温井固井用水泥浆，能够适应60℃以下的低温井环境，泵送性能好，侯凝时间短，强度发育快，施工安全性好。
8.为解决以上技术问题，本发明的一种低温井固井用水泥浆，所述固井用水泥浆包括如下原料组分及重量含量，g级油井水泥：800份、降失水剂：4.8
‑
12份、氯化钙：16
‑
24份、微硅粉：32
‑
40份、分散剂usz：2.4份和去离子水：352份；其中降失水剂包括如下原料组分及重量含量，去离子水：100份、聚乙烯醇pva1788：6
‑
8份、交联剂戊二醛：10
‑
13份和甲醛：1
‑
1.5份。
9.作为本发明的优选方案，所述固井用水泥浆包括如下原料组分及重量含量，g级油井水泥：800份、降失水剂：4.8份、氯化钙：16份、微硅粉：32份、分散剂usz：2.4份和去离子水：352份；其中降失水剂包括如下原料组分及重量含量，去离子水：100份、聚乙烯醇pva1788：6份、交联剂戊二醛：10份和甲醛：1份。
10.作为本发明的优选方案，所述固井用水泥浆包括如下原料组分及重量含量，g级油井水泥：800份、降失水剂：8份、氯化钙：20份、微硅粉：36份、分散剂usz：2.4份和去离子水：352份；其中降失水剂包括如下原料组分及重量含量，去离子水：100份、聚乙烯醇pva1788：7份、交联剂戊二醛：11份和甲醛：1.2份。
11.作为本发明的优选方案，所述固井用水泥浆包括如下原料组分及重量含量，g级油井水泥：800份、降失水剂：12份、氯化钙：24份、微硅粉：40份、分散剂usz：2.4份和去离子水：352份；其中降失水剂包括如下原料组分及重量含量，去离子水：100份、聚乙烯醇pva1788：8份、交联剂戊二醛：13份和甲醛：1.5份。
12.相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：1、微硅粉是使水泥浆具体较好的流变性，便于泵送；氯化钙具有提高低温条件下水泥石早期强度的作用，聚乙烯醇pva1788会使水泥浆增稠，使用分散剂usz解决水泥浆增稠的现象。2、戊二醛和甲醛作为交联剂，与聚乙烯醇pva1788发生交联反应后，形成降失水剂。3、戊二醛的两端都有醛基官能团可以作为交联剂，交联过程为戊二醛与聚乙烯醇可以发生分子间和分子内的两种交联反应，在酸的催化作用下，聚乙烯醇的羟基与戊二醛的羰基连结，产生缩醛反应，生成水与聚乙烯醇缩醛。4、戊二醛为聚乙烯醇分子提供了交联点，聚乙烯醇在戊二醛的羰基碳上进行交联，从而改变自己的结构。5、该降失水剂能与氯化钙的配伍性好，水泥浆的流变性能好；早期强度高，在30℃下24h抗压强度能够达到15mpa以上。
13.本发明的另一个目的在于克服现有技术中的不足，提供一种低温井固井用水泥浆的制备方法，制得的固井水泥浆能够适应60℃以下的低温井环境，泵送性能好，侯凝时间短，强度发育快，施工安全性好。
14.为解决以上技术问题，本发明的一种低温井固井用水泥浆的制备方法，依次包括如下步骤：
⑴
将4.8
‑
12份降失水剂和2.4份分散剂usz倒入352份去离子水中搅拌均匀；
⑵
将800份g级油井水泥、16
‑
24份氯化钙和32
‑
40份微硅粉进行干粉混合；
⑶
将步骤
⑵
的混合干粉放入步骤
⑴
的溶液中搅拌均匀，得到低温井固井用水泥浆；其中降失水剂的制备方法依次包括如下步骤：
①
将6
‑
8份聚乙烯醇pva1788溶于100份去离子水中配置成聚乙烯醇水溶液；
②
在聚乙烯醇水溶液中加入10
‑
13份交联剂戊二醛，搅拌20
‑
30分钟，边搅拌边升温至50
‑
60℃；
③
以浓盐酸调节ph值至4
‑
5之间，继续搅拌1小时，在酸性条件下进行化学反应；
④
用naoh溶液调节ph值在7
‑
8后冷却至室温，再加入1
‑
1.5份甲醛溶液，混合均匀后得到降失水剂。
15.作为本发明的优选方案，其中部分原料的重量含量如下，降失水剂：4.8份、氯化钙：16份、微硅粉：32份、聚乙烯醇pva1788：6份、交联剂戊二醛：10份和甲醛：1份。
16.作为本发明的优选方案，其中部分原料的重量含量如下，降失水剂：8份、氯化钙：20份、微硅粉：36份、聚乙烯醇pva1788：7份、交联剂戊二醛：11份和甲醛：1.2份。
17.作为本发明的优选方案，其中部分原料的重量含量如下，降失水剂：12份、氯化钙：24份、微硅粉：40份、聚乙烯醇pva1788：8份、交联剂戊二醛：13份和甲醛：1.5份。
18.相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：1、微硅粉是使水泥浆具体较好的流变性，便于泵送；氯化钙具有提高低温条件下水泥石早期强度的作用，聚乙烯醇pva1788会使水泥浆增稠，使用分散剂usz解决水泥浆增稠的现象。2、戊二醛和甲醛作为交联剂，与聚乙烯醇pva1788发生交联反应后，形成降失水剂。3、戊二醛的两端都有醛基官能团可以作为交联剂，交联过程为戊二醛与聚乙烯醇可以发生分子间和分子内的两种交联反应，在酸的催化作用下，聚乙烯醇的羟基与戊二醛的羰基连结，产生缩醛反应，生成水与聚乙烯醇缩醛；温度为55℃时交联度最好。4、戊二醛为聚乙烯醇分子提供了交联点，聚乙烯醇在戊二醛的羰基碳上进行交联，从而改变自己的结构。5、为防止体系出现“暴聚”现象影响交联效果，本发明在酸性环境下进行交联反应，可以加快交联反应的反应速率，缩短反应时间。6、交联反应后采用naoh中和交联反应中剩余的酸，把溶液调整成中性，有利于现在安全使用；再加入少量甲醛，既有起交联作用的醛基，又可以消毒杀菌。7、该降失水剂能与氯化钙的配伍性好，水泥浆的流变性能好；早期强度高，在30℃下24h抗压强度能够达到15mpa以上。
附图说明
19.图1为本发明中实施例三的固井用水泥浆的失水量曲线图。
20.图2为本发明实施例一在60℃下的稠化过程曲线。
21.图3为本发明实施例三降失水剂配水后延误配浆的失水量测试结果图。
具体实施方式
22.实施例一本发明低温井固井用水泥浆的制备方法，依次包括如下步骤：
⑴
将4.8份降失水剂和2.4份分散剂usz倒入352份去离子水中搅拌均匀；
⑵
将800份g级油井水泥、16份氯化钙和32份微硅粉进行干粉混合；
⑶
将步骤
⑵
的混合干粉放入步骤
⑴
的溶液中搅拌均匀，得到低温井固井用水泥浆。
23.其中降失水剂的制备方法依次包括如下步骤：
①
将6份聚乙烯醇pva1788溶于100份去离子水中配置成聚乙烯醇水溶液；
②
在聚乙烯醇水溶液中加入10份交联剂戊二醛，搅拌20分钟，边搅拌边升温至50℃；
③
用37%浓盐城调节ph值至4，继续搅拌1小时，在酸性条件下进行化学反应；
④
用naoh溶液调节ph值至7后冷却至室温，再加入1份甲醛溶液，混合均匀后得到降失水剂。
24.实施例二本发明低温井固井用水泥浆的制备方法，依次包括如下步骤：
⑴
将8份降失水剂和2.4份分散剂usz倒入352份去离子水中搅拌均匀；
⑵
将800份g级油井水泥、20份氯化钙和36份微硅粉进行干粉混合；
⑶
将步骤
⑵
的混合干粉放入步骤
⑴
的溶液中搅拌均匀，得到低温井固井用水泥浆。
25.其中降失水剂的制备方法依次包括如下步骤：
①
将7份聚乙烯醇pva1788溶于100份去离子水中配置成聚乙烯醇水溶液；
②
在聚乙烯醇水溶液中加入11份交联剂戊二醛，搅拌25分钟，边搅拌边升温至55℃；
③
用37%浓盐城调节ph值至4.5，继续搅拌1小时，在酸性条
件下进行化学反应；
④
用naoh溶液调节ph值至7.5后冷却至室温，再加入1.2份甲醛溶液，混合均匀后得到降失水剂。
26.实施例三本发明低温井固井用水泥浆的制备方法，依次包括如下步骤：
⑴
将12份降失水剂和2.4份分散剂usz倒入352份去离子水中搅拌均匀；
⑵
将800份g级油井水泥、24份氯化钙和40份微硅粉进行干粉混合；
⑶
将步骤
⑵
的混合干粉放入步骤
⑴
的溶液中搅拌均匀，得到低温井固井用水泥浆。
27.其中降失水剂的制备方法依次包括如下步骤：
①
将8份聚乙烯醇pva1788溶于100份去离子水中配置成聚乙烯醇水溶液；
②
在聚乙烯醇水溶液中加入13份交联剂戊二醛，搅拌30分钟，边搅拌边升温至60℃；
③
用37%浓盐城调节ph值至5，继续搅拌1小时，在酸性条件下进行化学反应；
④
用naoh溶液调节ph值在8后冷却至室温，再加入1.5份甲醛溶液，混合均匀后得到降失水剂。
28.一、分别测试实施例一至三中固井用水泥浆在25℃和60℃时的api失水量，总测试时间为30分钟，测试结果如表1所示：。
29.可见失水量均低于90ml/(30min、7mpa)，远低于要求固井水泥浆失水量小于150ml/(30min、7mpa)的要求。
30.二、考察本发明固井用水泥浆的失水速度：实施例三的固井用水泥浆在60℃下，30分钟的总失水量为32ml，对其前3分钟的失水过程进行记录，见图1。可以发现，失水量在14s内迅速增加到24ml，继续延长测试时间，失水量增速缓慢，截止到3分钟失水量为26ml，这表明本发明水泥浆的失水大部分发生在初期，超过30秒，本发明的水泥浆失水速度已经很慢。越短时间控制住水泥浆失水，就能减少失水对地层的伤害，能保护井壁安全，防止因水泥浆失水导致的井壁失稳，发生固井安全事故。
31.三、测试实施例一至三中固井用水泥浆在30℃和60℃下的稠化时间，测试结果如表2所示：
从实验结果可以看出，在在30℃和60℃的低温环境下，本发明固井水泥浆的稠化时间比从注入井下到注浆完毕多出30分钟至60分钟，完全能够满足施工要求。
32.实施例一在60℃下的稠化过程如图2所示，可以看出，本发明固井水泥浆的稠化曲线的线形良好，曲线呈“直角”型，拐点明显，没有发生稠度缓慢上升的“鼓包”现象，在拐点前的稠度基本稳定，到了拐点，稠度迅速上升，完全满足固井的施工要求。
33.四、测试实施例一至三中固井用水泥浆在30℃和60℃下的抗压强度，测试结果如表3所示：从表3可以看出，在低温环境下，本发明固井水泥浆的候凝时间短，在24小时后，抗压强度均大于15mpa；48小时后，抗压强度均大于22mpa，强度发育好。通常对于低温井，24小时后的抗压强度大于7mpa即可判断为合格，本发明的抗压强度指标远高于常规的固井水泥浆。
34.五、考察放置时间对降失水剂效果的影响：将本发明的降失水剂配水以后，放置1
‑
35天，每隔五天取放置后的降失水剂进行配浆，采用实施例三的水泥浆配方，每次配浆以后进行60℃下的api失水量测试，每次测试时间为30分钟，压力为7mpa，最长放置时间为35天，
测试结果如图3所示。从图3可以看出随着放置时间逐渐延长，本发明水泥浆的失水量略有增加，但是波动很小，性能比较稳定，可以满足绝大多数井场的固井延误周期，避免弃用浪费，节约生产成本。