[发明专利]一种用于含水合物地层的固井水泥浆

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油钻井工程领域固井注水泥技术，所用的低水化热水泥浆体系，用于永冻层或深水含水合物地层的固井。

背景技术

随着石油资源的勘探开发的不断拓展，目前勘探区域已经向深海及寒冷地区发展。深水油气资源勘探开发不可避免地会遇到水合物地层。天然气水合物存在于低温高压条件下，在温度0～10℃，压力10MPa以上，天然气水合物才会存在，一般存在于水深大于300m的深海中，同时在永冻地层中也有可能存在。天然气水合物的平均组分为每5.75摩尔的水中包含1摩尔的天然气，密度为0.9g/cm³，在压力1MPa、温度0℃的条件下，1升水合物中含有168升天然气。因此当天然气水合物受热分解时，其体积将急剧膨胀，将导致巨大的安全问题。

要确保安全高效地开采深水水合物层以下的油气资源，必须保证水合物层的水合物在钻采过程中还能稳定存在、不发生分解。深水固井时必须在固井水泥浆中加人低温促凝剂以减少候凝时间达到缩短建井周期的目的，但常规的深水低温促凝剂会给水泥浆带来大量的反应热，很有可能导致水合物层的水合物受热分解，影响水泥环的整体封隔性和固井质量，威胁钻井平台安全。因此，常规的水泥浆无法适用于深水水合物层固井。

公开号CN101328050的专利公开了一种低温低水化热水泥体系，其组成为含有G级油井水泥20～60％，超细矿渣20～40％，粉煤灰15～26％，其水化热比常规水泥降低40～50％。

存在的主要问题：目前的早强水泥浆体系一般存在水化放热快,候凝期间环空温度升得过高，会破坏水合物的稳定性，而降低水化热则又影响水泥的强度发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于含水合物地层的固井水泥浆。针对目前的早强水泥浆水化放热量大，造成水泥浆候凝时期环空升温过高，引起永冻层或深水含水合物层不稳定，导致固井气窜，井涌等严重后果，从促进水泥浆凝固和降低水泥浆的水化热两方面入手，研制出了一种适用于水合物层固井的低水化热水泥浆体系，该体系早强效果明显、近似直角稠化的特点，在有效缩短水泥浆凝固时间的同时，还不会给水泥浆带来大量反应热，能保证水合物层的稳定性。

本发明所述的用于含水合物地层的固井水泥浆，按质量的百分比计：按低温低水化热固井材料100％计，加入低密度减轻材料15～65％、减阻剂0.5～2％、降失水剂0.1～0.5％、缓凝剂0.1～3％、早强剂2～7％，水40～100％，水泥浆密度为1.3～1.7g/cm³。

所述的低温低水化热固井材料其组分及质量百分比为：快硬铁铝酸盐水泥30～70％、火山灰质矿物20～50％、微细实心球形颗粒10～40％。

所述的火山灰质矿物，是指天然或人工含有以活性氧化硅、活性氧化铝为主的矿物质材料，经磨成细粉后与石灰加水混合，其粒度为20～100微米。

所述的微细球形颗粒主要成分为SiO₂和Al₂O₃，其成分为陶瓷粉、铁粉、铝粉或碳酸钙粉，其粒度为2～5微米。

所述的低密度减轻材料，为空心微珠，其粒径为40～250微米。主要成分为SiO₂和Al₂O₃。

所述的降失水剂为AMPS共聚物。

所述的减阻剂为聚羧酸盐类。

所述的缓凝剂为柠檬酸、柠檬酸钠。

所述的水为淡水、盐水或海水。

所述的早强剂为CaCl₂或偏铝酸钠。

采用常规方法制备低水化热早强固井水泥浆，先将湿混外加剂与水混合均匀，将水泥与低温增强材料及低密度减轻材料干混均匀，然后将液体与干物料混拌形成本产品。

①采用快硬铁铝酸盐水泥保证水泥的早期强度发展，②加入具有胶凝活性的火山灰质矿物，降低水泥的水化热，并保证水泥石的长期强度，③加入可降低水化热的微细球形颗粒材料，降低水泥的总体水化热，并与水泥、火山灰质矿物及空心微珠形成颗粒级配，改善低密度水泥浆性能。

本发明与现有技术相比的有益效果：

1.本低水化热早强固井水泥浆体系在低温下强度发展快，同时水化热最低可达到常规水泥浆的1/2，使水泥浆候凝时温度低，不影响水合物稳定性，保证固井后的安全。

2.本低水化热早强固井水泥浆体系采用颗粒级技术，提高水泥浆的性能，改善了水泥浆机械性能，形成的水泥石渗透率低，长期稳定性好，静胶凝强度发展快，具有优良的防气窜能力。