專利名稱：深水固井低溫早強劑的制作方法
深水固井低溫早強劑
所屬技術領域 本發明涉及一種深水固井用低溫早強劑，屬于油氣井固井技術領域。
背景技術：
深水區油氣資源的勘探開發受惡劣復雜的環境和儲藏特性限制，具有"四高"特 點，即高新技術、高風險、高技人、高回報。而一口井能否安全、經濟地開采幾十年的時間，以 及能否經受住油氣井在生產過程中的增產措施、射孔、開采和各項修井作業的考驗，這往往 與固井的質量密切相關。對于深水勘探所面臨的困難，往往對深水固井質量要求特別高。深 水固井與常規固井相比，特別是表層段固井，常面臨著低溫、松軟地層、淺層水氣流等不利 因素。目前深水固井水泥漿的水溶類早強劑主要以氯化物為主，存在水化放熱大，腐蝕 套管及水泥等副作用；而非水溶類早強劑，又只能用于有干混設備的井場，存在一定的應用 局限，而且對溫度較敏感，只能適用單一的溫度條件。因此，開發一種新型的低溫早強劑防止環空竄流和提高固井質量，不僅為國內深 水油氣井，而且也為淺層氣等中低溫條件下的固井工況提供必要的技術支持，在低溫油氣 藏的開發上具有重要的意義。
發明內容
本發明的目的在于提供深水固井低溫早強劑，該低溫早強劑在低溫條件下能縮短 水泥漿的稠化時間，提高水泥石的早期抗壓強度，可用于低溫條件下油氣藏固井中，特別適 合低溫條件下海洋深水固井方面。為達到以上技術目的，本發明提供以下技術方案。深水固井低溫早強劑，每種組分及含量如下堿金屬溴化物33 66重量％ ；偏鋁酸鈉6 16重量％ ；堿金屬氫氧化物15 35重量％ ；二氧化硅8 15重量％ ；醇胺類有機物0· 8 1. 5重量％。所述堿金屬溴化物為NaBr、KBr, LiBr中的一種、二種或二種以上混合物；所述堿 金屬氫氧化物為NaOH、KOH或其混合物；二氧化硅為納米級的。所述醇胺類有機物為三乙醇胺、三異丙醇胺或其混合物。以上物質均為市售。本發明低溫早強劑組合物的制備方法如下將堿金屬溴化物、偏鋁酸鈉、堿金屬氫 氧化物、二氧化硅和醇胺類有機物按上述比例稱好；將上述物質依次加入混合機內混合均 勻即可。本發明中的堿金屬溴化物和醇胺類有機物可與水泥膠體礦物發生化學作用生成絡合物，加速了水泥水化進程并促進水泥石早期強度的發展。以醇胺類有機物為例，其含有 未共用電子對，因而它很容易以配價鍵同其它離子，尤其是一些金屬離子形成絡離子，因而 是很好的絡合劑。在堿性溶液中它易與水泥粒子表面水化產物中的Al3+、Fe3+等離子生成 可溶于水的配位化合物，因此，在水泥粒子表面生成可溶點加速G級水泥中C3A、C2A和C4AF 溶解速度，而與石膏的反應隨之加快，硫鋁酸鈣(鈣釩石AFt)生成量增多，這樣就會在水泥 漿硬化以前，基本上完成體積膨脹，因而可提高水泥石的致密性及其抗壓強度，尤其是提高 早期強度。另外，本發明中的堿金屬氫氧化物的加入，使液相中Ca (OH) 2介穩過飽和度提高， 會更加有效阻止C3A水化初期形成疏松結晶的趨勢，從而提高水泥石的致密性和強度。本 發明中的偏鋁酸鈉，其主要成分是偏鋁酸鹽，其主要作用是與石灰為鈣釩石AFt的形成提 供了有效的組分并增強了溶液的堿性，同時，它們在加水之初的放熱反應提高了液相溫度， 有利于促進水化產物的形成和漿體強度發展。本發明中的二氧化硅的主要作用是填充水泥 顆粒之間的空隙，進而提高水泥石的致密性。 與現有技術相比，本發明低溫早強劑具有以下有益效果(1)在低溫條件下對水 泥漿的流變性影響很小。(2)促使水泥漿在低溫條件下快速凝固，并達到較高的早期強度。 (3)縮短低溫條件下水泥漿的稠化時間。因此可很好地滿足低溫、淺層氣等情況下的表層套 管固井施工要求。
圖1是嘉華G級油井水泥中加入3重量％的本發明低溫早強劑，按水灰比0.44，所 配制的水泥漿在30°C，20MPa條件下的稠化曲線圖。圖2是嘉華G級油井水泥中加入3重量％的本發明低溫早強劑，按水灰比0.44，所 配制的水泥漿在30°C，14MPa條件下的抗壓強度發展曲線圖。
具體實施例方式
在本發明實施例中，如無特別指明，百分比均為重量百分比。實施例1 將35%溴化鉀、15%偏鋁酸鈉、35%氫氧化鉀、14%二氧化硅、醇胺類有機物按 上述比例稱好；將稱好的溴化鉀、偏鋁酸鈉、氫氧化鉀、二氧化硅、醇胺類有機物依次加入混 合機內混合均勻，即得本發明低溫早強劑“ZQ-I ”。實施例2 將30%溴化鈉、30%溴化鉀、7%偏鋁酸鈉、24%氫氧化鈉、8%二氧化硅、醇胺 類有機物按上述比例稱好；將稱好的溴化鈉、溴化鉀、偏鋁酸鈉、氫氧化鈉、二氧化硅、醇胺 類有機物依次加入混合機內混合均勻，即得本發明低溫早強劑“ZQ-2”。實施例3 將53 %溴化鈉、12 %偏鋁酸鈉、15 %氫氧化鈉、9. 2 % 二氧化硅、0. 8 %醇胺類有機 物按上述比例稱好；將稱好的溴化鈉、偏鋁酸鈉、氫氧化鈉、二氧化硅、醇胺類有機物依次加 入混合機內混合均勻，即得本發明低溫早強劑“ ZQ-3 ”。實施例4 低溫早強劑“ZQ-2”的早強功能實驗選用嘉華G級油井水泥，水灰比為0. 44的純水泥漿。抗壓強度實驗利用常壓低溫水浴養護測試。不同加量、不同溫度、不同養護時間條件下低溫早強劑對嘉華G級水泥 抗壓強度的影響情況如表1所示。由結果可知，在常壓低溫條件下，低溫早強劑對常規密度純水泥漿有顯著的早期 增強作用，并且溫度越低和養護時間越短，水泥石抗壓強度增大程度越高。表1早強劑對水泥石抗壓強度的影響 實施例5 低溫早強劑“ZQ-2”對水泥漿稠化性能影響實驗選用嘉華G級油井水泥，水灰比為0. 44的純水泥漿。測定不同溫度下水泥漿 的稠化時間。結果如表2所示。從表中可以看出，本發明中的低溫強劑可以明顯縮短低溫 條件下水泥漿的稠化時間，而且水泥漿的稠化“過渡時間”也顯著縮短，表現出一定的“近直 角稠化”特性，具有良好的防竄性。表2早強劑對水泥漿稠化性能的影響 實施例6 低溫早強劑“ZQ-2”對常用水泥漿體系性能影響本發明中的低溫早強劑作為一種新的油井水泥外加劑，要在油氣井注水泥作業中 成功推廣，不僅要滿足低溫早強特性，同時要求與其它常用油井水泥外加劑具有良好的配 伍性。為檢驗本發明中低溫早強劑的適應性，實驗分析其對多種常用水泥漿體系綜合性 能的影響。表3和表4分別是低溫早強劑“ZQ-2”對LT-IA水泥漿體系、JS-2水泥漿體系 的性能的影響情況，包括失水量、自由水、稠化時間和抗壓強度等性能。其中抗壓強度實驗 的養護條件在常壓水浴中養護；稠化時間的實驗壓力為7 15MPa。表3早強劑對LT-IA水泥漿體系主要性能的影響溫度早強劑加 流變性 ^TK游離液稠化時間 24h抗壓強度 表4早強劑對JS-2水泥漿體系主要性能的影響
溫度早強劑加 流變性^K游離液稠化時間 24h抗壓強度 從表中分析看出，本發明中的低溫早強劑對這些水泥漿體系均具有顯著的早期增 強作用，且體系的綜合性能協調性好，稠化時間易于調控，對穩定性、流變性及失水等均無 不良影響。本研究實驗還考察了這種低溫早強劑對其它常用水泥漿體系(包括LT-2水泥 漿體系、HS-2A水泥漿體系和膠乳LATEX2000水泥漿體系等)的早期增強作用效果和其他 工程性能的影響情況。實驗結果表明，本發明的低溫早強劑與這些水泥漿體系的外加劑具 有良好的配伍性。實施例7 低溫早強劑“ZQ-2”的稠化性能和抗壓強度分析圖1是嘉華G級油井水泥中加入3%的“ZQ-2”低溫早強劑，按水灰比0. 44，所配 制的水泥漿在30°C，20MPa條件下的稠化曲線圖，由圖可以明顯看出稠化時間為150min， 稠化過渡時間為13min。曲線呈“近直角稠化”，說明體系具有良好的防竄性。圖2是嘉華G級油井水泥中加入3%的“ZQ-2”低溫早強劑，按水灰比0. 44，所配 制的水泥漿在30°C，14MPa條件下用超聲波測試的抗壓強度發展曲線圖，由圖分析可以得 出當G級水泥原漿中加入“ZQ-2”低溫早強劑，體系6h抗壓強度就高達0. 842MPa,比相同 條件下G級原漿抗壓強度提高了 239. 52%。由此可以證實ZQ-A低溫早強劑對G級油井水 泥具有良好的早強作用。
權利要求
深水固井低溫早強劑，每種組分及含量如下堿金屬溴化物33～66重量％；偏鋁酸鈉6～16重量％；堿金屬氫氧化物15～35重量％；二氧化硅8～15重量％；醇胺類有機物0.8～1.5重量％。
2.如權利要求1所述的低溫早強劑，其特征在于，所述堿金屬溴化物為NaBr、KBr、LiBr 中的一種、二種或二種以上混合物，所述堿金屬氫氧化物為NaOH、K0H或其混合物，所述醇 胺類有機物為三乙醇胺、三異丙醇胺或其混合物。
3.如權利要求2所述的低溫早強劑，其特征在于，其組分及比例如下溴化鉀35重量％、偏鋁酸鈉15重量％、氫氧化鉀35重量％、二氧化硅14重量％、三乙醇胺或三異丙醇 胺1重量％。
4.如權利要求2所述的低溫早強劑，其特征在于，其組分及比例如下溴化鈉30重量％、溴化鉀30重量％、偏鋁酸鈉7重量％、氫氧化鈉24重量％、二氧化硅8重量％、三乙 醇胺或三異丙醇胺1重量％。
5.如權利要求2所述的低溫早強劑，其特征在于，其組分及比例如下溴化鈉53重 量％、偏鋁酸鈉12重量％、氫氧化鈉15重量％、二氧化硅9. 2重量％、三乙醇胺或三異丙醇 胺0.8重量％。
全文摘要
本發明涉及深水固井低溫早強劑，該低溫早強劑每種組分及含量如下堿金屬溴化物33～66重量％；偏鋁酸鈉6～16重量％；堿金屬氫氧化物15～35重量％；二氧化硅8～15重量％；醇胺類有機物0.8～1.5重量％。所述堿金屬溴化物為NaBr、KBr、LiBr中的一種、二種或二種以上混合物；所述堿金屬氫氧化物為NaOH、KOH或其混合物；所述醇胺類有機物為三乙醇胺、三異丙醇胺或其混合物。本發明在低溫條件下對水泥漿的流變性影響很小，可促使水泥漿在低溫條件下快速凝固，并達到較高的早期強度，縮短低溫條件下水泥漿的稠化時間，可很好地滿足低溫、淺層氣等情況下的表層套管固井施工要求。
文檔編號C09K8/467GK101864285SQ201010200729
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月13日 優先權日2010年6月13日
發明者宋茂林, 徐璧華, 謝應權 申請人:西南石油大學