[发明专利]一种新型高温低密度水泥浆体系

说明书

技术领域

本发明涉及高温水泥固井技术，尤其涉及一种高温低密度水泥浆体系，特别适用于深井超深井长封固段、大温差长封固段等高温低密度固井作业。

背景技术

固井就是将水泥注入井壁和套管之间环形空间的过程。固井的主要目的是封隔地下油气水层，防止上下串通，为油气生产建立长期、稳定、安全的通道。目前我国国内剩余油气资源40％以上分布在深层，近五年来发现的大型油气田中深层的占72.7％。因此,油气上产必须动用深层油气资源，钻探的深井超深井数量将越来越多。深井超深井由于井底温度、压力高，固井施工风险大，对水泥浆配方设计及性能要求都极高。我国的深层油气资源主要分布在西部塔里木盆地和四川盆地，在四川盆地中上部地层、塔里木盆地碳酸盐岩地层等都存在着低压漏失性地层，固井常需要采用耐高温低密度水泥浆体系。低密度水泥浆固井可以降低套管外液柱压力，从而降低水泥浆液柱压力与地层孔隙压力差，实行合理压差固井，有利于减少水泥浆的漏失，从而保证固井水泥浆环空返高达到要求。随着近年来为加快勘探开发速度，提速增效，节约钻井成本，普遍推广应用简化井身结构钻井技术，大幅度地降低了钻井周期，但固井一次性封固段却更长，同一裸眼段内可能存在着多套地层压力体系、多个低压易漏层等，由此出现了低压易漏、长封固段、大温差等固井难题，给高温深井、超深井固井水泥浆体系的设计带来了巨大挑战。固井水泥浆不仅需要较低的密度，还要求水泥浆具有较强的防窜能力，并且水泥浆能够适用下部和顶部的大温差环境，既要保证高温下水泥浆安全泵送，又要满足顶部水泥浆在较低的候凝温度下仍有较快的抗压强度发展。

经过近年来国内外的大力研究与发展，在高温低密度减轻剂、高温外加剂、防窜理论与技术等方面都取得了较大的进步，开发出了不同类型的高温低密度水泥浆体系，较好地解决了高温深井、超深井的低压易漏、长封固段、大温差固井难题，但仍有许多问题和不足亟待解决。

首先，由于固井一次性封固段长，井底温度高，而封固段顶部温度却较低，上下温差大，为了保证高温下注水泥施工安全，常需要加入高温缓凝剂来调节水泥浆的稠化时间，并且缓凝剂加量一般都较大，但其缓凝效果在低温下却无法消除，致使封固段顶部的水泥浆出现“超缓凝”现象，72小时仍无抗压强度值，甚至候凝一周后仍没有抗压强度值，严重影响固井质量和后续的钻进作业等。

其次，水泥浆防气窜能力弱。水泥浆的静胶凝强度发展缓慢，特别是静胶凝强度48-240Pa“过渡时间”长，而水泥浆静胶凝强度从48-240Pa这段“过渡时间”是发生窜流的危险期，“过渡时间”越长越容易发生气窜。

另外，目前高温深井低密度水泥浆主要有两类。一类是以中空玻璃微珠(密度0.38-0.60g/cm³)为减轻剂，浆体综合性能较好，水泥石强度较高，但成本很高；另一类是以粉煤灰、微硅等为外掺料，通过增大水灰比来降低水泥浆密度，成本较低，但浆体综合性能相对较差，浆体高温下稳定性较差，并且水泥石强度发展缓慢。

随着我国加快深部油气资源的勘探开发，高温深井、超深井固井将面临着更严峻的挑战。虽然国内目前已经开展了有关高温深井、超深井低密度水泥浆体系的研究，但在新技术、新材料和新体系上的研究却相当缺乏。因此，积极开展新技术、新材料在高温深井、超深井固井上的应用具有重要意义，研究高温低密度水泥浆具有显著的市场效益。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有高温低密度水泥浆体系存在的上述缺点和不足，提供了一种的高温粉煤灰低密度水泥浆，该粉煤灰水泥浆中通过掺入活性增强剂Ⅰ、活性增强剂Ⅱ以及其它高温固井外掺料、外加剂，如硅砂、高温分散剂、高温降失水剂、高温缓凝剂等，能够制备出密度为1.40g/cm³～1.60g/cm³的粉煤灰低密度水泥浆，适用温度范围为70℃～150℃。该高温低密度水泥浆体系具有非常突出的高温稳定性好、静胶凝强度发展快和低温抗压强度较高等优点，其它各项性能指标都完全满足现场固井要求，具有现场施工简单和大幅度降低高温固井成本的优势。

为实现上述发明目的，本申请的高温低密度水泥浆体系，按照质量份数其组成为：

油井水泥 100份；

粉煤灰 50～80份；

硅砂 30～40份；

活性增强剂Ⅰ24～76份；

活性增强剂Ⅱ 13～60份；

高温降失水剂 8.0～17份；

高温缓凝剂 0.2～0.8份；

分散剂 0.0～0.5份；

水 140～200份。