[發明專利]油井水泥減輕劑及其制備和應用方法

有效

• 申請號: 201210292320.X
• 申請日: 2012-08-16
• 公開（公告）號: CN103589409A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 周仕明;汪曉靜;范俊梅;袁方利;楊紅岐;穆海朋
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院;中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C09K8/473
• 分類號: C09K8/473
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;劉華聯

技術領域

本發明涉及石油勘探領域，具體涉及一種深井低壓易漏層固井用的油井水泥減輕劑及其制備和應用方法。

背景技術

川東北地區的油氣勘探開發主要集中在普光、河壩、毛壩、清溪和元壩等區塊，并相繼發現了普光、毛壩、清溪等大型海相油氣田。這些以白云巖、灰巖為主的海相地層的地質條件復雜，構造受力強烈，斷層多，縱向氣層達十多個，縱向壓力體系不一致形成多壓力系統，同一口井易出現塌、漏、涌、卡等異常情況。固井過程中往往都面臨著高壓氣層，并伴隨著嚴重的水泥漿漏失、水泥漿返高達不到設計要求的問題，以致固井質量難以保證，因此固井時應盡量降低水泥漿密度，并保證低密度水泥漿的高承壓性能。目前國內外常用的水泥漿減輕劑主要有美國3M微珠、粉煤灰、漂珠等。

美國3M微珠承壓能力高，但是價格昂貴，在國內不易加工制作；粉煤灰、漂珠的價格低廉，但是承壓能力有限，降低水泥漿密度能力有限。因此，國內很多廠家研制開發了不同的減輕劑。但是據專利、文獻報道，目前市售的有效減輕劑只能將油井水泥漿的密度降低至1.2g/cm³，并且1.2g/cm³密度的水泥漿體系不穩定，沉降穩定性能差。

CN200710120029.3“低溫低密度固井水泥漿”介紹了一種低密度固井水泥漿的配方，但是未給出減輕劑的具體成分以及減輕劑的制作方法。

CN200910131051.7“一種制備空心陶瓷微珠的方法與裝置”介紹了制作微珠的方法。但是其制作出的微珠成珠率低、微珠在水泥漿中的承壓能力有限。

CN200910228925.0“軟模板法制備的空心玻璃微珠及其制備方法”介紹了用軟模板法制備的空心玻璃微珠，但是該微珠無法將水泥漿的密度由1.9g/cm³降至1.1g/cm³。

CN200810138749.7介紹了一種空心玻璃微珠的制備方法，該方法包括：配料，溶化，水碎，烘干，粉碎，分級，空心球化，收集，風選。該方法主要有三方面缺點：

1、該方法利用粉碎玻璃后分選的方法控制粒徑，因此其不能精確地控制空心微珠產品的粒徑；

2、該方法是利用熔融玻璃粉末充氣的方法得到空心球，這樣不能較好的控制空心度和壁厚，因此空心微珠產品的強度不會特別高；

3、該方法采用兩次高溫熔融加熱和兩次分選的方法，這樣既繁瑣又浪費能量。

發明內容

為解決固井水泥漿減輕劑制備現有技術中存在的制作工藝復雜、能耗大、微珠承壓能力低的問題，以及現有減輕劑不能有效降低水泥漿密度的問題。本發明針對固井施工過程中面臨的高壓易漏地層，開發出一種高承壓的油井水泥減輕劑及其制備以及應用方法。

本發明的目的在于提供一種制備油井水泥減輕劑的方法，該方法制備的減輕劑承壓能力高、破碎率低，粒徑可控；本發明的另一目的在于提供減輕劑在油井水泥中的應用方法，該減輕劑可以有效降低水泥漿的密度，并且能實現低密度水泥漿的高承壓性能。

本發明所述的油井水泥減輕劑制作工藝簡易可行，減輕劑的承壓能力高，破碎率低，并能有效的降低水泥漿的密度，滿足井下水泥漿的高承壓要求，為勘探開發和安全生產提供保障。

本發明提供了一種油井水泥減輕劑，以100重量份水為基準，各組分的所占分數如下：

所述的水為生活用水；

所述的納米氧化物粉末為納米二氧化硅、納米氧化鋁或納米氧化鈣中的一種或幾種的混合物，優選納米二氧化硅，更優選粒徑范圍為100-300nm的納米二氧化硅，可經市售而得；

所述的微米級二氧化硅的粒徑范圍為0.1-0.25μm，可經過市售而得；

甲基硅醇鈉可以促進微珠在水泥石孔隙中分散，可經過市售而得；硅酸鈉、乳膠可以將納米二氧化硅、微硅粉較好的粘結在一起，均可經過市售而得。

本發明還提供了一種上述減輕劑的制備方法，包括如下步驟：

a)按所述含量稱取納米氧化物、微米級二氧化硅在球磨機粉碎混合；

b)將步驟a)制得的混合物和所述的水、甲基硅醇鈉、硅酸鈉、膠乳按所述含量放入攪拌機中均勻混拌至少2個小時，得到漿液；

c)將上述漿液通過離心噴霧設備及100-280℃高溫干燥得到減輕劑的前驅體；

d)將步驟c)制得的前軀體進行高溫燒結，燒結溫度范圍控制在3000-8000℃，得到樣品；

e)將步驟d)得到的樣品用酒精浮選，取沉在酒精底部的樣品；