[发明专利]一种低温固井水泥浆体系及组成

说明书

本发明提供了一种低温固井水泥浆体系，该水泥浆体系具有低密度、低温早强、低失水量等特点，稠化时间、抗压强度等性能满足深水固井现场施工要求。该低温水泥浆体系各组份以及重量比例为：油井水泥100份、油井超细水泥62～175份、纳米二氧化硅7.3～23份、活性硅酸钙10～32份、中空玻璃微球15～50份、早强剂3.6～10份、降失水剂3.2～8.6份、分散剂0.8～2.0份、水120～195份。该低温固井水泥浆体系的密度在1.30～1.60g/cm³之间，特别适合于深水低温表层套管段的固井作业，对于降低海上固井成本，开发海上油气资源有着重要的意义。

技术领域

本发明涉及低温固井技术，尤其涉及一种深水低温固井水泥浆体系，该水泥浆体系具有低温早强、低密度、低失水量等特点，且稠化时间以及抗压强度的发展也满足现场固井施工的相关要求。因此，该低温固井水泥浆体系特别适用于深水低温井段表层套管的固井作业。

背景技术

我国的海上油气资源主要分布在东海、渤海和南海，其中南海有着“第二个波斯湾”之称。南海蕴藏着非常丰富的油气资源，但是其大部分油气资源都埋藏于深水地区。随着我国陆上油田稳产难度日益增加，需要尽快开发海洋尤其是深水油气资源。而深水油气资源的勘探开发受恶劣复杂环境和油气藏特性的限制，具有高风险、高技术、高成本的特点。而依托于海上平台的海上钻井作业是整个海洋油气开发的核心环节，固井技术更是深水钻井发展中十分重要的组成部分。

深水钻井本身面临着诸多的挑战，而复杂的深水环境也使固井作业有更多困难有待克服，如：深水将近0℃的低温、泥线以下的浅层水-气流动、地层孔隙压力和破裂压力之间“窗口”狭窄、水泥浆在环空中顶替效率低以及后勤保障困难等。

深水复杂恶劣的环境对固井水泥浆性能提出了如下要求：水泥浆密度小，使其低于地层破裂压力梯度；候凝时间短，低温下能快速凝固，并形成一定的抗压强度；水泥石收缩率小，水泥石与地层的密封性和胶结性好；水泥浆失水量小等。

近年来，针对深水低温固井对水泥浆提出的性能要求，学者们研究开发出一些能够用于深水低温环境的固井水泥浆体系。其中包括：“低温微细低密度水泥的实验研究”(陈英等，天然气工业，2005/12)一文中所研究的微细水泥体系，该体系的水泥粒径为1～15μm，能够有效促进低温下水泥的水化反应；“海洋深水用双充填低温低密度水泥浆体系研究”(许明标等，油田化学，2006/09)一文中通过向水泥浆中加入固相减轻材料、发泡剂，并配合早强剂的使用，研发出低密度低温早强的双充填水泥浆体系；“一种深水固井用硫铝酸盐水泥浆”(李嗣贵等，中国专利CN 101974317 A，2011/02)专利中通过向硫铝酸盐水泥中掺入多种添加剂，配制成的具有低温早强特性的硫铝酸盐水泥浆体系；“一种基于矿渣激活的深水固井水泥浆体系”(步玉环等，中国专利CN 102827593 A，2012/12)专利中以水淬处理后的冶炼生铁矿渣为固井材料，加入激活剂和其他添加剂而配制成的深水固井水泥浆体系；以及“一种深水固井防浅层流磷铝酸盐水泥浆”(许明标等，中国专利CN 104610948 A，2015/05)专利中将磷铝酸盐水泥和超细高活性矿渣按9：1的比例配制成调和水泥，并加入其他添加剂以配制成具有防深水浅层流功效的磷铝酸盐水泥浆体系。虽然以上这几种水泥浆体系解决了部分深水低温固井的困难，但这些体系还存在一些不足，如：硫铝酸盐和磷铝酸盐水泥浆与其他水泥浆添加剂的配伍性较差，且成本较高；双填充水泥浆体系的现场配制工艺较为繁复，且体系中产生的气泡难以控制；向水泥浆体系中加入的添加剂(早强剂)，在促进水泥浆形成早期强度的同时，也会降低水泥浆体系的终凝强度；微细水泥浆的稠度较高，流变性较差，不易泵注。

因此需要在目前深水固井水泥浆体系研究的基础上，开发新的低温固井方法，形成新的深水低温固井水泥浆体系。该低温水泥浆体系除了具有低密度的特点以及满足海上固井要求外，还需要在深水低温条件下具有较高的水化速率以缩短“候凝时间”，并尽快达到足够的强度以支撑套管重量，保证后续的钻井作业快速进行。