[發明專利]適用于鹽膏層固井的油井水泥防腐型早強劑及其制備方法

有效

• 申請號: 202110292421.6
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113060962B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 黃盛;蘇東華;李早元;劉健
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: C04B24/12
• 分類號: C04B24/12;C09K8/467;C04B103/10
• 代理公司: 成都知棋知識產權代理事務所(普通合伙) 51325
• 代理人: 馬超前

本發明公開了一種適用于鹽膏層固井的油井水泥防腐型早強劑及其制備方法，該早強劑包含以下重量份數的組分：25～40份層狀礦物A、40～50份層狀礦物B、10～40份納米SiO₂；其中，所述層狀礦物A的層間含有NO₃^?；所述層狀礦物B的層間含有機小分子早強劑。本發明的油井水泥防腐型早強劑不含有Cl^?、SO₄^2?，從根本上降低了早強劑導致的水泥環腐蝕和后期力學性能下降的問題。

技術領域

本發明涉及一種油井水泥防腐型早強劑，具體涉及一種適用于鹽膏層固井的油井水泥防腐型早強劑及其制備方法。

背景技術

在石油開采過程中，固井是銜接鉆井和后期采油的關鍵環節。固井過程中，水泥漿從地面井口注入，經套管內泵送至套管與地層的環形空間，凝固后形成水泥環，起到支撐、保護套管和封隔油、氣、水層的作用。

當前油氣資源勘探重點已從易開采的常規油氣資源逐步轉向復雜難開采的深層/超深層、非常規等資源，地層條件復雜，固井常常面臨封固段超長，水泥環頂部和底部溫差大，以及含鹽地層、膏鹽層或鹽水層易漏失等難題。大部分天然氣井均面臨巨厚鹽層、膏鹽層或復合鹽層條件下長封固段固井作業難題。封固段超長、頂底溫差大必須要求水泥漿緩凝劑足夠，保證高溫下的注替安全。但返至頂部后，水泥環在低溫下強度發展緩慢，甚至出現超緩凝現象。鹽層或膏鹽地層中Cl^-、SO₄^2-會擴散進入水泥環，導致后期水泥石腐蝕破壞，力學性能下降，嚴重威脅天然氣井長期密封完整性。因此，保證含鹽層、膏鹽層地層長封固段下水泥環的防腐能力以及頂部強度的快速發展，對提高水泥環后期密封完整性具有重要意義。

長封固段井大溫差條件下固井一般采用早強劑來提高水泥漿返至頂部后的強度。目前，常用的油井水泥早強劑主要是無機鹽類和有機類，相關早強劑專利也主要是采用不同無機鹽復配或者無機鹽與有機類進行復配，例如，中國專利CN105347716A，一種分散型無氯油井水泥低溫早強劑及包含它的水泥漿；中國專利CN106830744B，一種固井用早強劑及其制備方法；中國專利CN109943303A，一種油井水泥無氯促凝早強劑及其制備方法和應用；中國專利CN109943304A，一種油井水泥促凝早強劑及其制備方法和應用；中國專利CN110317589A，早強劑及其制備方法、固井用水泥漿；中國專利CN106746848B，一種復合型低密度水泥早強劑及制備方法和應用；中國專利CN104194752A，煤層氣井固井用低溫早強劑及含其的固井用水泥漿。

無機鹽類早強劑主要包括氯鹽類、鋁酸鹽類、硫酸鹽類、鋰鹽類、硝酸鹽類，如氯化鈣、氯化鋰、碳酸鋰、硅酸鈉、硫酸鈣、硝酸鈉、鋁酸鈉等；有機類早強劑包括甲酰胺、三乙醇胺、甲酸鈣、乙酸鈉等。但是，這些早強劑均存在一定不足：

(1)氯鹽、硫酸鹽早強劑雖然能提高水泥石早期強度，但會造成水泥石和套管的腐蝕，并增加水泥石滲透率，加劇后期水泥環的破壞，影響水泥環長期封隔耐久性；

(2)鋰鹽類早強劑成本高，且反應速度快，短時間內放熱量大，如沒有及時消耗時或釋放，會造成水泥內部產生微裂紋，導致后期強度下降；

(3)無機鹽類早強劑摻量較大后，漿體觸變性強、稠度高，在易漏失地層固井極易導致環空壓耗增加，漏失風險增大；

(4)有機類中三乙醇胺單獨使用存在加量較敏感問題，其加量極微，不易控制，超量后易出現超緩凝；

(5)甲酸鈣、乙酸鈉的加入容易造成水泥石后期強度的損失；

(6)早強劑本身具有促凝作用，加量過大會導致稠化時間縮短，影響作業安全；加量過小無法發揮其作用，這也是目前早強劑存在的不足。

發明內容