一種深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿及其製備方法與流程
2023-12-10 14:27:12 3
本發明屬於油井水泥技術領域，具體涉及一種深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿及其製備方法。
背景技術：
固井就是將水泥漿注入井壁與套管之間的環空中的過程，其目的是為了層間封隔和支撐及保護套管，固井質量的好壞直接關係到油氣井的壽命和資源的保護。因此必須充分考慮固井作業的各個環節，如：井眼準備、固井材料、固井工具及附件、固井工藝、固井裝備和固井施工等。而固井材料作為層間封隔和保護套管目的的主要載體，一直是固井設計的重中之重的環節，也是固井領域研究的主要方面。
固井材料包括：基本水泥、混合水、外摻料和外加劑。基本水泥是一些可以發生水化反應並能夠形成足夠力學性能的膠凝材料；外摻料主要是用來提高或降低水泥漿的密度，改善水泥石的高溫性能、滲透率、韌性等力學性能等的材料；外加劑則是可以改變水泥漿的凝結時間、流變性能、游離性能和提高水泥漿的防竄性能與保護油氣層，並對水泥石的力學性能產生影響等材料。
經過多年研究和實踐，已形成了一系列的水泥、外加劑和外摻料，並建立了可適用於各類井固井和各種鑽井技術以及油田勘探開發需要的水泥漿體系，如：防水竄、防氣竄、韌性、膠乳、高密度、泡沫、含鹽、普通低密度、抗高溫和高強度低密度水泥漿體系，水平井、調整井、地熱井、淺氣層井和深井固井水泥漿體系，小井眼鑽井和欠平衡鑽井配套的水泥漿體系，多功能鑽井液和泥漿轉化為水泥漿技術等。但隨著新的鑽井技術的不斷出現，地熱井、天然氣、煤層氣等資源的不斷的被重視，要求的不斷提高、深層的能源和難開採儲量的開發，對固井的質量有了更高的要求。
用於深層地熱井低溫段固井的水泥漿在使用時有特殊的要求，例如，水泥漿在注井過程中要有一定的流動性和適合的密度；水泥漿注入地熱井內，應較快凝結，並在短期內達到相當的強度；硬化後的水泥漿應有良好的穩定性、抗滲性、抗蝕性和保溫性。但是目前的油井水泥還不能同時滿足這些性能。
中國發明專利cn102352226a公開了一種低密度微膨脹早強防竄油井水泥漿，按照質量分數包括組分：油井水泥100份、中空玻璃微球5～65份、超細水泥5～25份，微矽5～20份，早強劑3～6份，膨脹劑3～8份，降失水劑4～10份，丁苯膠乳防竄劑8～20份，分散劑0.2～1份，消泡劑0.2～0.8份，餘量為水。該水泥漿防竄性能好，但是保溫性能差，不適合應用於深層地熱井低溫段固井。
技術實現要素：
為了解決現有油井水泥存在保溫性能差的問題，本發明提供了一種深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿及其製備方法，該深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿具有很好的保溫能力，且具有低密度、早強、低失水量、易泵注等優點。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：
一種深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿，由以下重量百分比的原料製備而成：
優選地，上述深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿，由以下重量百分比的原料製備而成：油井水泥20.7％，油井超細水泥20.3％，二硒化鎢5％，納米二氧化矽3.1％，中空玻璃微球6.7％，早強劑1.4％，降失水劑1.2％，分散劑0.3％，玻璃棉纖維1.5％，矽酸鹽7.3％，水32.5％。
優選地，上述矽酸鹽包括活性矽酸鈣與矽酸鈉或活性矽酸鈣與矽酸鎂的混合物。
上述深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿的製備方法，包括如下步驟：
步驟一：按順序分別加入油井水泥、油井超細水泥、二硒化鎢、納米二氧化矽、中空玻璃微球、早強劑、降失水劑、分散劑和水，攪拌至混合均勻，得混合物；
步驟二：向步驟一所述的混合物中依次加入玻璃棉纖維和矽酸鹽，攪拌至混合均勻，得該深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿。
與現有技術相比，本發明的有益效果：
本發明的深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿除了滿足深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿體系低密度、低溫早強的要求外，其保溫能力特別突出，另外還具有低失水量、易泵注並且配製操作簡單等優點，且其各項性能指標都完全滿足現場固井要求，有助於縮短固井作業時間，同時降低成本。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。
本實施例的深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿的設計構思：
首先通過實驗測試油井水泥、活性矽酸鈣、油井超細水泥、納米二氧化矽、中空玻璃微球在不同粒徑、不同質量比例時的抗壓強度、靜膠凝強度發展規律，並根據實驗結果調整各組分粒徑和質量比例大小，使體系抗壓強度、靜膠凝強度性能達到最優，得到深層低溫固井保溫水泥漿體系中水泥漿及各外摻料的基本組成。
然後，測試分析不同種類及比例的早強劑物質對水泥漿低溫強度的影響，優選出提高抗壓強度效果最優的早強劑物質及加量，同時該早強劑對水泥漿的流變性影響小、對水泥石長期抗壓強度發展無副作用。
最後，通過篩選低溫條件下對水泥水化影響副作用較小的分散劑、降失水劑等外加劑物質，並測試分析水泥漿流變性能、失水量和沉降穩定性等性能，優選出分散劑、降失水劑等外加劑物質種類及最優加量，從而最終形成深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿體系配方。
二硒化鎢是世界上熱傳導率最低的材料，本實施例選用熱傳導率低的二硒化鎢做原料之一，使深層地熱井的低溫段的熱量不易散失，提高能量轉換效率。玻璃棉纖維具有成型好、體積密度小、熱導率彽、保溫絕熱、耐腐蝕、化學性能穩定等優點，加入水泥漿中，可以降低水泥漿的導熱率、密度，提高水泥漿的穩定性。中空玻璃微球屬於新型超輕質填充材料，可改善或決定材料的如下幾個性質：密度(降低)、流動性、粘度(降低)、流變性質(增稠、不流掛)、磨砂效果、收縮(降低)、機械加工性(提高)、衝擊強度、剛性、拉伸強度、抗彎強度、硬度、隔熱保溫性質。
實施例1：
本實施例的深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿，由以下重量百分比的原料製備而成：油井水泥20.7％，油井超細水泥20.3％，二硒化鎢5％，納米二氧化矽3.1％，中空玻璃微球6.7％，早強劑1.4％，降失水劑1.2％，分散劑0.3％，玻璃棉纖維1.5％，活性矽酸鈣4.3％，矽酸鈉3％，水32.5％。
該深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿的製備方法，包括如下步驟：
步驟一：按順序分別加入20.7％的油井水泥、20.3％的油井超細水泥、5％的二硒化鎢、3.1％的納米二氧化矽、6.7％的中空玻璃微球、1.4％的早強劑、1.2％的降失水劑、0.3％的分散劑和32.5％的水，攪拌至混合均勻，得混合物；
步驟二：向步驟一的混合物中依次加入1.5％的玻璃棉纖維、4.3％的活性矽酸鈣和3％的矽酸鈉，攪拌至混合均勻，得該深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿。
實施例2：
本實施例的深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿，由以下重量百分比的原料製備而成：油井水泥18％，油井超細水泥23％，二硒化鎢5％，納米二氧化矽3％，中空玻璃微球5％，早強劑3％，降失水劑1.6％，分散劑0.5％，玻璃棉纖維1.5％，活性矽酸鈣5％，矽酸鈉2％，水32.4％。
該深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿的製備方法，包括如下步驟：
步驟一：按順序分別加入18％的油井水泥、23％的油井超細水泥、5％的二硒化鎢、3％的納米二氧化矽、5％的中空玻璃微球、3％的早強劑、1.6％的降失水劑、0.5％的分散劑和32.4％的水，攪拌至混合均勻，得混合物；
步驟二：向步驟一的混合物中依次加入1.5％的玻璃棉纖維、5％的活性矽酸鈣和2％的矽酸鎂，攪拌至混合均勻，得該深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿。
實施例3：
本實施例的深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿，由以下重量百分比的原料製備而成：油井水泥15％，油井超細水泥25％，二硒化鎢4％，納米二氧化矽5％，中空玻璃微球4％，早強劑4％，降失水劑1％，分散劑0.6％，玻璃棉纖維1％，活性矽酸鈣6％，矽酸鈉4％，水30.4％。
該深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿的製備方法，包括如下步驟：
步驟一：按順序分別加入15％的油井水泥、25％的油井超細水泥、4％的二硒化鎢、5％的納米二氧化矽、4％的中空玻璃微球、4％的早強劑、1％的降失水劑、0.6％的分散劑和30.4％的水，攪拌至混合均勻，得混合物；
步驟二：向步驟一的混合物中依次加入1％的玻璃棉纖維、6％的活性矽酸鈣和4％的矽酸鎂，攪拌至混合均勻，得該深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿。
實施例4：
本實施例的深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿，由以下重量百分比的原料製備而成：油井水泥25％，油井超細水泥15％，二硒化鎢7％，納米二氧化矽2％，中空玻璃微球7％，早強劑1％，降失水劑2％，分散劑0.2％，玻璃棉纖維3％，活性矽酸鈣4％，矽酸鈉1％，水32.8％。
該深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿的製備方法，包括如下步驟：
步驟一：按順序分別加入25％的油井水泥、15％的油井超細水泥、7％的二硒化鎢、2％的納米二氧化矽、7％的中空玻璃微球、1％的早強劑、2％的降失水劑、0.2％的分散劑和32.8％的水，攪拌至混合均勻，得混合物；
步驟二：向步驟一的混合物中依次加入3％的玻璃棉纖維、4％的活性矽酸鈣和1％的矽酸鎂，攪拌至混合均勻，得該深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿。
實施例5：
本實施例的深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿，由以下重量百分比的原料製備而成：油井水泥20％，油井超細水泥20％，二硒化鎢6％，納米二氧化矽4％，中空玻璃微球5％，早強劑2％，降失水劑1.5％，分散劑0.5％，玻璃棉纖維2％，活性矽酸鈣5％，矽酸鈉3％，水31％。
該深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿的製備方法，包括如下步驟：
步驟一：按順序分別加入20％的油井水泥、20％的油井超細水泥、6％的二硒化鎢、4％的納米二氧化矽、5％的中空玻璃微球、2％的早強劑、1.5％的降失水劑、0.5％的分散劑和31％的水，攪拌至混合均勻，得混合物；
步驟二：向步驟一的混合物中依次加入2％的玻璃棉纖維、5％的活性矽酸鈣和3％的矽酸鎂，攪拌至混合均勻，得該深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿。
實施例1～實施例5的深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿的性能測定按照gb/t19139的相關規定執行，檢測結果如表1。
由表1可知，實施例1～實施例5相比較，實施例1的抗壓強度最大，抗壓強度為16.9mpa，符合sy/t6544-2010標準要求；實施例1的初始稠度最小，初始稠度為7.0，且實施例1的稠化時間最長，稠化時為36min，符合sy/t6544-2010標準要求。由於該深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿的稠化時間較長，可以滿足深層地熱井低溫段固井的需求。
表1深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿的性能檢測結果
實施例1～實施例5的深層地熱井低溫段固井保溫水泥漿的性能均符合中華人民共和國石油天然氣行業標準sy/t6544-2010(油井水泥漿性能要求)，具有低溫早強、低密度、低失水量、防竄，且稠化時間以及抗壓強度也滿足現場固井施工要求的低溫固井水泥漿體系。該低溫固井水泥漿體系特別適用於深井低溫表層套管段的固井作業。隨著我國加快地熱資源的開採，本發明的低溫固井水泥漿體系有著十分廣闊的應用前景。
以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。