[发明专利]深海用低温低密度油井水泥

说明书

技术领域

本发明涉及油井水泥，特别是一种可用于海洋低温、易破地 层的深海用低温低密度油井水泥。

背景技术

海洋石油--特别是深海石油是我国未来能源开发的重要领 域，海洋深水钻井开发涉及到一系列的相关技术，需要运用目前 最先进的技术手段，而海洋深水低温固井就是其中一项最重要和 关键的技术之一。目前海洋深水固井施工面临的困难和问题主要 有：①海底低温。海底地层温度随着海水深度的增加而降低，现 在施工作业区海底温度一般在5℃左右，在一些特殊地区，当深 度到达海底泥水分界面时，海水温度可能会降到0℃左右。②低 破裂压力梯度。海床以下的地层，主要是疏松的泥页岩，这样地 层的破裂压力梯度本身就很低，再加上海水液柱的重量，使得地 层难以支撑，容量发生坍塌。③浅流层的影响。海底特殊的地质 条件，常常潜伏着大量的高压浅流层，海洋沉积压实作用将浅层 水气圈闭在一定的结构中，上部过重的承压使这种浊流沙层变成 一个过压载体，当钻井到这个沙层时，即为这个高压含盐沙层提 供了一个释放的通道，产生严重的事故。④环保政策。海洋深水 是人类足迹没有涉及过的地方，固井作业过程应使用无生物毒 性，并且具有生物可降解性的物质，有效的保护海洋生态环境。

由于以上原因，深海钻井固井施工要求尽快缩短固井周期， 要求水泥浆早期强度发挥快，强度高。常规油井水泥在低温下早 期强度发挥较慢，强度也偏低，再掺加减轻材料进一步降低了早 期强度，不能用于深海固井。如果采用API系列油井水泥加外加 剂的方法，须加入大量促凝剂，会导致水泥浆很快凝固，无法保 证水泥浆的拌混和顶替，因此又需要加入缓凝剂调节稠化时间， 达不到固井效果。现有的低温快硬基材水泥主要是以无水硫铝酸 钙(3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄)矿物为主，加入一定量的石膏和混合 材，粉磨至比表面积400-450m²/kg，具有在低温下快硬、早强、 高强、微膨胀的特点，可满足低温下固井早期强度高的要求，但 因其水化速度快，稠化时间短，仍然不能直接用于深海低温特殊 条件下的固井施工。

为解决深海固井过程中所遇到的这些复杂情况，提高固井质 量，降低固井事故，目前国外普遍采用泡沫低温低密度水泥浆作 为深水固井的水泥浆体系。作为一套泡沫水泥浆体系，在现场作 业时需要动用庞大的设备并涉及到后勤供应等一系列问题，施工 工艺复杂，变化因素多，固井风险大。

发明内容

本发明的目的是为了满足深海低温固井的需要而研制一种 深海用低温低密度油井水泥，它弥补了现有的泡沫低密度油井水 泥在深海固井中的不足，简化现场施工难度，降低深海固井施工 风险。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种深海用低温低密度油井水泥，由水泥材料、减轻材料、 分散剂和水泥增强剂组成，其中减轻材料为微珠、漂珠中的一种 或者其混合物，分散剂为奈系分散剂(SPF)或者酮醛缩合物分 散剂(JZ-1)，水泥增强剂为碳酸盐类，其特征是所述组分中的 水泥材料为低温快硬基材水泥，含量为45～80％，在产品制备时 混配入20～53％的减轻材料、0～1％的分散剂和0～1％的水泥 增强剂，所述含量是重量百分比含量，所述深海用低温低密度油 井水泥的主要物理参数为：水固比为0.7时，配制的水泥浆密度 为1.50±0.02g/cm³，水泥浆流动度≥220mm，在5℃、常压、8小 时条件下，水泥石强度≥3.5MPa。

深海用低温低密度油井水泥的生产工艺和设备与现有油井 水泥的生产工艺流程和生产设备基本相同。基材水泥比表面积要 求400-450m²/kg，按组分进行配制并混拌均匀即可。

本发明提出的深海用低温低密度油井水泥解决了深海低温 条件下固井施工的难题，具有显著的优点和特殊效果：

一、与常规油井水泥相比，克服了常规油井水泥强度发展慢、 密度高的不足，在5℃的温度、常压、8小时条件下，水泥浆强 度可以达到3.5Mpa以上，且水泥浆密度控制在1.50±0.02g/cm³范围内，满足了深海固井的要求。