海洋固井用低密度早强防窜水泥浆及其制备方法与流程

本发明涉及油井水泥浆，特别涉及一种海洋固井用低密度早强防窜水泥浆及其制备方法。

背景技术：

1、随着勘探开发的不断深入，低压漏失层和低压油气层井固井作业越来越多。而且海洋石油勘探开发逐渐成为未来能源开发的一个重点方向。目前，海洋平台表层井底温度较低，海洋作业一般采取日费制的模式，一般情况下，海底温度非常仅仅4℃，延缓了水泥的水化，影响的施工的进度，对于常规的油井水泥，严重影响油井水泥强度增长，导致水泥浆可能出现强度不够、超缓凝现象。并且，浅部地层胶结性能差、质地松软，固井时极易出现井漏、井塌等现象，因此，需要使用低密度水泥浆，对水泥浆强度的发展提出了更高的要求。同时，部分区块存在浅层气，固井时还需考虑如何压稳地层，防止气侵。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种适用于海洋低温、易漏失地层的低密度早强水泥浆的海洋固井用低密度早强防窜水泥浆。

2、本发明的另一目的是提供一种上述海洋固井用低密度早强防窜水泥浆的制备方法。

3、为此，本发明技术方案如下：

4、一种海洋固井用低密度早强防窜水泥浆，包括以重量份计的100份低温早强水泥、6～35份减轻剂、5～25份早强稳定剂、15～40份矿物增强剂、3～8份防窜剂、4～8份降失水剂、0.2～0.8份分散剂、0.1～0.15份消泡剂和62～110份水。

5、低温早强水泥由在100重量份水泥中混合有54～62wt.％硅酸三钙，9～15wt.％铝酸三钙，20～28wt.％硅酸二钙，2～3wt.％二水石膏和余量的铁铝酸四钙形成，且硅酸三钙、铝酸三钙、硅酸二钙、二水石膏和铁铝酸四钙的质量分数总计为 100％。

6、减轻剂采用密度为0.38-0.42g/cm3、平均粒径为50μm、耐压≥40mpa的空心玻璃微珠；具体可采用中钢集团马鞍山矿院新材料科技有限公司生产的减轻剂。

7、早强稳定剂由以重量份计的30～60份改性纳米介孔分子筛粉末、10～20份纳米偏高岭土和20～30份超细二氧化硅构成；其中，改性纳米介孔分子筛采用模板剂交方式将氯化铝和硝酸锆混合溶液中的金属阳离子与mcm-48介孔分子筛中的阳离子表面活性剂进行交换改性，再经三乙醇胺进行吸附改性制备而成；纳米偏高岭土和超细二氧化硅购自市售产品。

8、优选地，改性纳米介孔分子筛粉末的粒径为0.05～0.3μm，纳米偏高岭土采用粒径为80～150nm的偏高岭土，超细二氧化硅粉末采用粒径为0.1～2μm的二氧化硅粉末，三种粉末颗粒能够实现较优的颗粒级配，形成的水泥石具有较强的抗压强度和较低的渗透率，并且可以提升水泥浆自身的沉降稳定性能，较少水泥浆析水和水泥石收缩。

9、该早强稳定剂在悬浮早强剂中有效增加了体系的粘度和水泥浆的活性成分，不仅具有良好的悬浮性能，低温下早期强度发展快的优点，其利用纳米至微米级尺寸颗粒的配合加入还有利于提升水泥浆的非渗透性能；

10、优选地，在上述早强稳定剂中，改性纳米介孔分子筛的具体制备方法为：

11、交换改性：将重量比为1:1的氯化铝和硝酸锆溶于水，配制得到0.5wt.％的混合盐溶液；按照每100重量份混合盐溶液中加入10重量份的mcm-48介孔分子筛粉末的比例配制混合体系，待搅拌2～4h后，经过滤，将分子筛粉末置于550℃下焙烧8h，得到完成交换改性的分子筛粉末；

12、吸附改性：在1000重量份乙醇中加入50重量份交换改性的分子筛粉末，搅拌条件下，再加入0.5重量份三乙醇胺，并继续搅拌至少2h；经过滤、干燥，制得到改性纳米介孔分子筛粉末。

13、优选地，矿物增强剂采用超细水泥和超细矿渣的混合物，二者的重量比为 1:1～1.5；其中，超细水泥选用密度为3.1g/cm3、粒径范围为0.2～10μm、平均粒径为5μm的超细水泥；超细矿渣选用密度为2.75g/cm3、粒径范围为0.1～5μm，平均粒径为2μm的超细矿渣。

14、优选地，降失水剂采用amps类降失水剂，其具体可选用中国石油集团渤海钻探公司生产的降失水剂bh-f202s。

15、优选地，防窜剂采用粉类防窜剂，其具体可选用中国石油集团渤海钻探公司生产的防窜剂bh-g502s。

16、优选地，分散剂采用甲醛丙酮缩合物类分散剂，其具体可选用中国石油集团渤海钻探公司生产的分散剂bzgf-1。

17、优选地，消泡剂采用磷酸酯类消泡剂，其具体可选用中国石油集团渤海钻探公司生产的消泡剂bzxp-1。

18、该海洋固井用低密度早强防窜水泥浆的制备方法为：将低温早强水泥、减轻剂、早强稳定剂、矿物增强剂、防窜剂、降失水剂、分散剂、消泡剂和水按照预定比例混合均匀后，在4000转/分钟的速度搅拌60s，即配制得到海洋固井用低密度早强防窜水泥浆。

19、与现有技术相比，该海洋固井用低密度早强防窜水泥浆通过将能够低温下强度发展快的低温早强水泥与兼具良好的悬浮性能，低温下早期强度发展快和增强非渗透性能的早强稳定剂复配而成，并辅配助剂配制得到密度范围在的水泥浆，该水泥浆具有流变性能好、失水小、稠化时间短等优点，其形成的水泥石在10℃养护12h抗压强度均高于10mpa，24h强度≥16mpa，水泥石渗透率＜0.02md，且制备方法简单，条件易控制，有利于现场施工。

技术特征：

1.一种海洋固井用低密度早强防窜水泥浆，其特征在于，包括以重量份计的100份低温早强水泥、6～35份减轻剂、5～25份早强稳定剂、15～40份矿物增强剂、3～8份防窜剂、4～8份降失水剂、0.2～0.8份分散剂、0.1～0.15份消泡剂和62～110份水；其中，低温早强水泥由在100重量份水泥中混合有54～62wt.％硅酸三钙，9～15wt.％铝酸三钙，20～28wt.％硅酸二钙，2～3wt.％二水石膏和余量的铁铝酸四钙形成，且硅酸三钙、铝酸三钙、硅酸二钙、二水石膏和铁铝酸四钙的质量分数总计为100％；早强稳定剂由以重量份计的30～60份改性纳米介孔分子筛粉末、10～20份纳米偏高岭土和20～30份超细二氧化硅构成；改性纳米介孔分子筛采用模板剂交换的方式将氯化铝和硝酸锆混合溶液中的金属阳离子与mcm-48介孔分子筛中的阳离子表面活性剂进行交换改性，再经三乙醇胺进行吸附改性制备而成。

2.根据权利要求1所述的海洋固井用低密度早强防窜水泥浆，其特征在于，减轻剂采用平均粒径为50μm、耐压≥40mpa的空心玻璃微珠。

3.根据权利要求1所述的海洋固井用低密度早强防窜水泥浆，其特征在于，纳米偏高岭土采用粒径为80～150nm的偏高岭土。

4.根据权利要求1所述的海洋固井用低密度早强防窜水泥浆，其特征在于，超细二氧化硅粉末采用粒径为0.1～2μm的二氧化硅粉末。

5.根据权利要求1所述的海洋固井用低密度早强防窜水泥浆，其特征在于，改性纳米介孔分子筛粉末的粒径为0.05～0.3μm。

6.根据权利要求1所述的海洋固井用低密度早强防窜水泥浆，其特征在于，在早强稳定剂中，改性纳米介孔分子筛采用如下方法制备而成：

7.根据权利要求1所述的海洋固井用低密度早强防窜水泥浆，其特征在于，矿物增强剂为重量比为1:1～1.5超细水泥和超细矿渣的混合物。

8.根据权利要求7所述的海洋固井用低密度早强防窜水泥浆，其特征在于，超细水泥选用密度为3.1g/cm3、粒径范围为0.2～10μm、平均粒径为5μm的超细水泥；超细矿渣选用密度为2.75g/cm3、粒径范围为0.1～5μm，平均粒径为2μm的超细矿渣。

9.根据权利要求1所述的海洋固井用低密度早强防窜水泥浆，其特征在于，降失水剂采用amps类降失水剂；分散剂采用甲醛丙酮缩合物类分散剂；防窜剂采用粉类防窜剂；消泡剂采用磷酸酯类消泡剂。

10.一种根据上述权利要求1～9中任一项所述的海洋固井用低密度早强防窜水泥浆的制备方法，其特征在于，步骤为：将低温早强水泥、减轻剂、早强稳定剂、矿物增强剂、防窜剂、降失水剂、分散剂、消泡剂和水按比例混合均匀后，在4000转/分钟的速度搅拌60s，即制得海洋固井用低密度早强防窜水泥浆。

技术总结本发明公开了一种海洋固井用低密度早强防窜水泥浆及其制备方法，包括低温早强水泥、减轻剂、早强稳定剂、矿物增强剂、防窜剂、降失水剂、分散剂、消泡剂和水；其中，低温早强水泥由在水泥中混合有硅酸三钙，铝酸三钙，硅酸二钙，二水石膏和铁铝酸四钙形成；早强稳定剂由改性纳米介孔分子筛粉末、纳米偏高岭土和超细二氧化硅构成；改性纳米介孔分子筛采用模板剂交方式将氯化铝和硝酸锆混合溶液中的金属阳离子与MCM‑48介孔分子筛中的阳离子进行交换改性，再经三乙醇胺进行吸附改性制备而成；该水泥浆具有流变性能好、失水小、稠化时间短等优点，其水泥石在10℃养护12h抗压强度均高于10MPa，24h强度≥16MPa，水泥石渗透率＜0.02mD，且制备方法简单，条件易控制。技术研发人员：齐奔,马如然,刘文明,吴朝明,闫振峰,宗勇,凌勇,李小林,朱禹受保护的技术使用者：中国石油集团渤海钻探工程有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/19