專利名稱：一種基于礦渣激活的深水固井水泥漿體系的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基于礦渣激活的深水固井水泥漿體系，特別適合于深水條件下的低溫、低破裂壓カ地層的固井作業。
背景技術：
近年來，隨著石油エ業的迅速發展，陸地油田的開發逐漸進入到中后期，石油勘探開發向海洋進軍成為必然趨勢。全球的海洋油氣資源非常豐富，蘊藏量超過1000億噸，占全球油氣資源的34%，其中約60%的儲存量位于大陸架的淺海海域，深水、超深水的石油資源量約為30%，到2009年，深水已探明的儲量超過60億噸油當量。我國具有豐富的海洋油氣資源，其中南海海域和南沙群島附近海域蘊藏的油氣資源約有230-300億噸的石油地質儲量，其中70%以上位于深海海域。隨著經濟發展的需求，深水油氣勘探開發成為了我國石油戰略的方向。根據國家規劃，到2020年，在深水投資2000億，到2015年，南海深水區域總產量2500億噸油當量，到2020年達5000萬噸油當量。 深水固井是深水油氣勘探開發的關鍵環節，是深水石油安全、高效和經濟開采的重要保障。與常規固井相比，深水固井特別是表層段固井面臨著低溫、松軟地層、地層空隙壓カ和地層破裂壓カ之間“窗ロ”狹窄的新問題。深水海域的海底溫度較低，并且隨著海水深度增加而溫度下降，低溫必將導致水泥水化速率降低，延長水泥漿的凝結時間，影響水泥石的早期強度和最終強度，并且隨著水的深度増加，水泥漿的凝結期會更長。同樣，低溫也會嚴重影響水泥漿膠凝強度發展，使水泥漿長期處于膠凝失重狀態，發生竄流的風險増大。海底和靠近海底的地層從地質年代上來講通常都是較新的地層，地層松軟、未壓實、膠結性較差，因此地層易壓裂，地層空隙壓カ較小，地層空隙壓カ和破裂壓カ之間的“窗ロ”狹窄，因此在固井時必然要求使用低密度水泥漿，通常要求水泥漿的密度在I. 2-1. 56g/cm3之間。目前，國內外關于深水固井的深水體系主要有(I)低溫快凝水泥體系，這類水泥體系包括高鋁水泥體系和加促凝劑的A級、H級水泥，如US6，244343、US6, 060, 535和US6, 457, 524 ； (2)泡沫水泥體系，如 US6, 273，191、US5, 806, 594 ; (3) PSD (Particle SizeDistribution)水泥體系,采用G級水泥和超細水泥、超細顆粒，并優化粒徑分布形成緊密堆積，如US6，656，265、US6, 874，578 ； (4) G級油井水泥-硫鋁酸鈣復合深水固井水泥體系，CN101054513。高鋁水泥早起強度發展快，但“易受污染”，與許多外加劑不配伍；PSD體系和加促凝劑的A、H級水泥體系在低溫、低密度條件下很難獲得好的防竄能力和早期強度;G級油井水泥-硫鋁酸鈣復合深水固井水泥體系的主要膠凝材料為的硫鋁酸鈣水泥、鋁酸鹽水泥等高強水泥，成本較高；泡沫水泥漿體系漿體中由于泡沫的存在，使得水泥漿的穩定性變差，水泥石早期強度和最終強度較低，而且泡沫水泥漿體系需要額外的設備和技術人員，成本高。因此開發出一種低成本，在低溫條件下具有低密早強特性的深水固井水泥體系具有重要意義。
發明內容
本發明的目的是提供ー種新型深水固井水泥體系，該水泥體系具有價格低廉、來源廣泛、低溫條件下低密早強等特性，可望有效解決深水固井所面臨的低溫、低破裂壓カ等主要問題。本發明所述的深水固井水泥漿體系，其各組份以及重量份如下水泥100份、中空微珠O 80份、超細顆粒O 12份、激發劑2. O 6. O份、分散劑O. 3 2. O份、降失水劑
2.O 4. 5份、水60 120份。本發明所述的深水固井水泥漿所用的水泥為礦渣，購自濟南魯新建材公司，是在冶煉生鐵時的副產物,經過水淬處理后的高爐水泥礦渣,具有的潛在的水化活性。本發明所述超細顆粒為微硅購自勝利油田固井公司，微硅是鐵合金生產過程中分離出來的一種副產品。其主要成分是SiO2 (含量在90% 98% )，粒度很細，粒度分布范圍 為 O. 02 I μ m。本發明所述的深水固井水泥漿激活劑所用的是CaCl2、N(C2H4OH)3、Na2SiO3,Na2CO3,KOH、NaOH, LiOH和CaO中的一種或者幾種。本發明所述的深水固井水泥漿所用的降失水劑可以是羥こ基纖維素或者羧甲基羥こ基纖維素中的ー種，粘度(2%水溶液，25°C )為7000 12000mPa. S。本發明所述的深水固井水泥漿所用的分散劑可以是磺化甲醛-丙酮縮聚物或者氨基酸磺化甲醛-丙酮縮聚物中的ー種，相對分子質量為8000 60000。本發明所述的深水固井水泥體系具有以下優點(I)本發明的深水體系中所用的礦渣是一種環保無熟料水泥，是由冶煉生鐵時的廢渣粉磨后得到，具有價格低廉、來源廣泛和環保節能的特性；(2)本發明的深水低溫固井水泥體系在低溫條件下具有良好的低密早強特性，有利于降低候凝時間，節約鉆井成本。本發明提供了一種現場施工方便、成本低，能滿足低溫、低地層破裂壓カ條件下固井的水泥衆體系。
具體實施例方式以下結合具體實施例，對本發明進行詳細說明。實驗方法按深水固井試驗標準API10B-3-2004標準制備水泥漿，并測定水泥漿性能和水泥石抗壓強度。實施例I濟南魯新建材公司生產的水泥(礦渣)100份，勝利油田固井公司生產的中空微珠O份，勝利油田固井公司生產的超細顆粒O份，激發劑NaOH4份，分散劑磺化甲醛-丙酮縮聚物I. 6份，降失水劑羧甲基羥こ基纖維素2. 5份，水60份。將激發劑NaOH加入水中溶解，配制成NaOH溶液倒入瓦棱水泥攪拌機漿杯，啟動攪拌機并保持4000±200RPM的轉速，將干混后的水泥、中空微珠、超細顆粒、磺化甲醛-丙酮縮聚物、羧甲基羥こ基纖維素在15s內均勻地加入攪拌杯中，自攪拌機啟動15s后調整攪拌機轉速至12000±500RPM繼續攪拌35s±ls，配漿結束。按中華人民共和國石油天然氣行業標準SY/T5546-92 “油井水泥應用性能試驗方法”分別測試水泥漿的各項性能。實施例2濟南魯新建材公司生產的水泥(礦渣)100份，勝利油田固井公司生產的中空微珠40份，勝利油田固井公司生產的超細顆粒8份，激發劑K0H4份，分散劑磺化甲醛-丙酮縮聚物I. 6份，降失水劑羧甲基羥こ基纖維素2. 5份，水92份。將激發劑KOH加入水中溶解，配制成KOH溶液倒入瓦棱水泥攪拌機漿杯，啟動攪拌機并保持4000±200RPM的轉速，將干混后的水泥、中空微珠、超細顆粒、磺化甲醛-丙酮縮聚物、羧甲基羥こ基纖維素在15s內均勻地加入攪拌杯中，自攪拌機啟動15s后調整攪拌機轉速至12000±500RPM繼續攪拌35s±ls，配漿結束。按中華人民共和國石油天然氣行業標準SY/T5546-92 “油井水泥應用性能試驗方法”分別測試水泥漿的各項性能。實施例3
濟南魯新建材公司生產的水泥(礦渣)100份，勝利油田固井公司生產的中空微珠50份，勝利油田固井公司生產的超細顆粒7份，激發劑LiOH4份，分散劑氨基酸磺化甲醛-丙酮縮聚物I. 6份，降失水劑羥こ基纖維素2. 5份，水98份。將激發劑LiOH加入水中溶解，配制成LiOH溶液倒入瓦棱水泥攪拌機漿杯，啟動攪拌機并保持4000±200RPM的轉速，將干混后的水泥、中空微珠、超細顆粒、氨基酸磺化甲醛-丙酮縮聚物、羥こ基纖維素在15s內均勻地加入攪拌杯中，自攪拌機啟動15s后調整攪拌機轉速至12000±500RPM繼續攪拌35s±ls，配漿結束。按中華人民共和國石油天然氣行業標準SY/T5546-92“油井水泥應用性能試驗方法”分別測試水泥漿的各項性能。實施例4濟南魯新建材公司生產的水泥(礦渣)100份，勝利油田固井公司生產的中空微珠60份，勝利油田固井公司生產的超細顆粒5份，激發劑Na2Si034份，分散劑氨基酸磺化甲醛-丙酮縮聚物I. 6份，降失水劑羥こ基纖維素2. 5份，水102份。將激發劑Na2SiO3加入水中溶解，配制成Na2SiO3溶液倒入瓦棱水泥攪拌機漿杯，啟動攪拌機并保持4000±200RPM的轉速，將干混后的水泥、中空微珠、超細顆粒、氨基酸磺化甲醛-丙酮縮聚物、羥こ基纖維素在15s內均勻地加入攪拌杯中，自攪拌機啟動15s后調整攪拌機轉速至12000±500RPM繼續攪拌35s±ls，配漿結束。按中華人民共和國石油天然氣行業標準SY/T5546-92“油井
水泥應用性能試驗方法”分別測試水泥漿的各項性能。表I
權利要求
1.一種基于礦渣激活的深水固井水泥漿體系，其特征在于，各組份以及重量比例如下水泥100份、中空微珠O 80份、超細顆粒O 12份、激發劑2. O 6. O份、分散劑O. 3 2.O份、降失水劑2. O 4. 5份、水60 120份。
2.根據權利要求I所述的深水固井水泥體系，其特征在于，所用的水泥為礦渣，是在冶煉生鐵時的副產物,經過水淬處理后的高爐水泥礦渣,具有的潛在的水化活性。
3.根據權利要求I所述的深水固井水泥漿體系，其特征在于，所用超細顆粒為微硅，微硅是鐵合金生產過程中分離出來的一種副產品。
4.根據權利要求I所述的深水固井水泥漿體系，其特征在于，所用激發劑可以是CaCl2, Na2SiO3^ Na2C03> KOH、NaOH, LiOH 和 CaO 中的一種或者幾種。
5.根據權利要求I所述的深水固井水泥漿體系，其特征在于，所用的降失水劑可以是羥こ基纖維素或者羧甲基羥こ基纖維素中的ー種，2%水溶液，25°C時的粘度為7000 12000mPa. S。
6.根據權利要求I所述的深水固井水泥漿體系，其特征在于，所用的分散劑可以是磺化甲醛-丙酮縮聚物或者氨基酸磺化甲醛-丙酮縮聚物中的ー種，相對分子質量為8000 60000。
全文摘要
本發明公開了一種基于礦渣激活的深水固井水泥漿體系，各組份以及重量比例如下水泥100份、中空微珠0～80份、超細顆粒0～12份、激發劑2.0～6.0份、分散劑0.3～2.0份、降失水劑2.0～4.5份、水60～120份。其中水泥為礦渣，降失水劑為羥乙基纖維素或者羧甲基羥乙基纖維素中的一種，分散劑為磺化甲醛-丙酮縮聚物或者氨基酸磺化甲醛-丙酮縮聚物中的一種，激發劑為無機堿類。本發明的深水固井水泥體系在低溫條件下具有優異的低密早強性能，可望有效解決深水固井所面臨的低溫、低破裂地層壓力等主要問題，具有非常廣闊的應用前景。
文檔編號C09K8/487GK102827593SQ20121034897
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月14日 優先權日2012年9月14日
發明者步玉環, 李建華, 陳曉倩 申請人:中國石油大學(華東)