[發(fā)明專利]一種防氣竄固井體系

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910198049.5
• 申請(qǐng)日: 2019-03-15
• 公開（公告）號(hào): CN111689751B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 赫英狀;路飛飛;李斐;易浩;李雙貴;賈曉斌;劉曉民;李文霞;鐘文建;張紅衛(wèi);羅發(fā)強(qiáng);鄒書強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）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西北油田分公司
• 主分類號(hào): C04B28/24
• 分類號(hào): C04B28/24;C09K8/467
• 代理公司: 北京聿華聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11611
• 代理人: 賈艷華

本發(fā)明提供了一種防氣竄固井體系，其組分包括硅石粉、火山灰粉、氧化鈣粉末、氧化鎂粉末、納米硅溶膠、高溫降失水劑、高溫緩凝劑、減阻劑和水。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供了一種防氣竄固井體系。

背景技術(shù)

固井就是將水泥注入井壁和套管之間環(huán)形空間的過程。固井的主要目的是封隔地下油氣水層，防止上下串通，為油氣生產(chǎn)建立長期、穩(wěn)定、安全的通道。固井是油氣井建井過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是銜接鉆井和采油工程且相對(duì)獨(dú)立的一項(xiàng)系統(tǒng)工程，固井質(zhì)量關(guān)系到油氣井壽命及油氣藏開采效益。但固井作業(yè)是一項(xiàng)涉及面廣、風(fēng)險(xiǎn)大的隱蔽性井下作業(yè)工程，安全施工及固井質(zhì)量至關(guān)重要。目前我國國內(nèi)剩余油氣資源40％以上分布在深層，近五年來發(fā)現(xiàn)的大型油氣田中深層的占72.7％。深層油氣資源勘探開發(fā)已成為我國油氣發(fā)展的一個(gè)重要領(lǐng)域，固井將面臨著突出的深井、超深井高溫固井問題。

深井、超深井由于井底溫度、壓力高，固井面臨著突出的高溫高壓?jiǎn)栴}。普通不含硅砂油井水泥適用溫度應(yīng)低于93℃，高溫下使用會(huì)出現(xiàn)抗壓強(qiáng)度急劇衰退的現(xiàn)象，即油井水泥石力學(xué)性能會(huì)在短時(shí)間內(nèi)快速衰減并喪失密封性能，影響油氣井生產(chǎn)壽命。油井水泥在高溫條件下(溫度超過110℃)存在著強(qiáng)度衰退、滲透率急劇增大現(xiàn)象，通常在油井水泥中摻35％-40％的石英砂來抑制水泥石高溫(＞110℃)強(qiáng)度衰退。石英砂常用于提高水泥石的高溫力學(xué)性能，但隨著養(yǎng)護(hù)溫度升高，加砂水泥石會(huì)出現(xiàn)抗壓強(qiáng)度下降、滲透率增大的現(xiàn)象。加砂水泥在某些高溫深井、超深井固井后，在高溫環(huán)境中長期服役的加砂水泥石都會(huì)出現(xiàn)抗壓強(qiáng)度降低、滲透率增大現(xiàn)象，致使其力學(xué)性能無法滿足高溫工況開采需求，部分高溫井中出現(xiàn)了加砂水泥石短期內(nèi)(30d)抗壓強(qiáng)度明顯衰退及水泥環(huán)層間封隔失效問題，嚴(yán)重影響油氣資源正常開采和安全。油氣井開采工程中水泥環(huán)長期處于井下高溫高壓環(huán)境，在油氣井開采周期內(nèi)水泥石的力學(xué)強(qiáng)度、膠結(jié)性能和層間封隔效果必須要得到保證。

針對(duì)油井水泥耐高溫穩(wěn)定性差，目前發(fā)展了一些特種水泥。(1)礦渣水泥。高爐礦渣是高爐冶煉生鐵時(shí)的副產(chǎn)物，是一種可代替水泥的廉價(jià)水化材料，它是在1400～1500℃下由鐵礦石的土質(zhì)和石灰石助溶劑熔融化合而成，經(jīng)過水淬處理后成為玻璃體結(jié)構(gòu)的具有潛在活性的膠凝材料。在激活劑的作用下，它能在常溫下與波特蘭水泥一樣發(fā)生水化反應(yīng)，形成低鈣的水化產(chǎn)物(C-S-H凝膠)，但由于其水化產(chǎn)物力學(xué)性能穩(wěn)定性較差，限制了其應(yīng)用。(2)鋁酸鹽水泥。是以鋁酸鈣為主的熟料經(jīng)磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，主要成分為鋁酸一鈣、二鋁酸一鈣和七鋁酸十二鈣，其主要用途是軍事、搶修、搶建和低溫冬季施工等特殊工程，以及配制不定形耐火材料等。由于鋁酸鹽水泥的水化產(chǎn)物在不同溫度條件下發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，使鋁酸鹽水泥的長期強(qiáng)度會(huì)明顯下降，甚至引起結(jié)構(gòu)工程的破壞，因此，鋁酸鹽水泥不適合做永久工程的結(jié)構(gòu)材料。(3)磷酸鹽水泥。磷酸鹽膠凝材料是由磷酸或磷酸鹽與金屬氧化物所組成，在一定的溫度下由于物理化學(xué)作用而變成堅(jiān)硬的固化體，這一材料集合了水泥、陶瓷和耐火材料的主要優(yōu)點(diǎn)，具有強(qiáng)度高、韌性好、耐火度高、耐熱沖擊性能好、耐蝕力強(qiáng)、力學(xué)性能優(yōu)良等特點(diǎn)，它在冶金、石化、建材、電力等行業(yè)的各類窯爐以及導(dǎo)彈、火箭、航天航空等工業(yè)的特殊部位大量應(yīng)用。磷酸和磷酸鹽無論在堿性、中性和酸性都能膠結(jié)硬化，并且硬化速度很快，其凝結(jié)時(shí)間難以調(diào)整，并且磷酸鹽水泥非常敏感，與油井水泥相容性非常差，這限制了其在高溫固井領(lǐng)域中的應(yīng)用。目前主要是探討其在熱采井、地?zé)峋托【劬葠毫訔l件下的固井作業(yè)中使用的可能性。(4)沸石型無機(jī)聚合物水泥。20世紀(jì)末，法國的J.Davidovits教授在深入研究古代建筑材料的基礎(chǔ)上，研制了沸石型無機(jī)聚合物材料。沸石型無機(jī)聚合物材料是以粘土、工業(yè)廢渣或礦渣為原料，經(jīng)過適當(dāng)?shù)墓に囂幚恚ㄟ^化學(xué)反應(yīng)而得到的具有與陶瓷性能相似的一種新材料。沸石型無機(jī)聚合物的化學(xué)名稱叫聚硅鋁氧化物(polysialate)，沸石型無機(jī)聚合物具有有機(jī)高聚物的鏈結(jié)構(gòu)，但其基本結(jié)構(gòu)為無機(jī)的硅—氧四面體與鋁氧四面體的三維結(jié)構(gòu)。目前處于實(shí)驗(yàn)室研究探索階段，還沒有具體的應(yīng)用報(bào)道。