一种高压盐水层固井倒浆柱水泥浆体系及其制备方法

技术领域

本发明涉及盐水层固井技术领域。具体地说是一种高压盐水层固井倒浆柱水泥浆体系及其制备方法。

背景技术

高压盐膏层固井一直是世界性的技术难题，这是由于盐岩的高度水溶性、可塑性以及高矿化度，在注水泥过程中盐膏层和盐水层中的盐及金属离子如Ca

高压井固井后发生环空气窜，可导致层间窜流，直接影响油气层的测试评价，污染油气层，降低采收率；环空气窜对油田开发后续作业如注水、酸化压裂和分层开采等也会造成不利影响。另外，环空气窜问题的出现会大大缩短油气井的使用寿命，严重时可在井口冒油、冒气，甚至造成固井后井喷事故；一旦发生井喷事故，即使采用挤水泥等补救工艺也很难奏效。因此防止固井后环空气窜，不仅是固井质量工作的需要，更是正确评价勘探开发成果，保护油气层，提高采收率的必备条件。环空封隔良好，可以达到分层开采的目的，避免环境污染和不必要的资源浪费。

针对高压井固井，普遍的做法是采用高密度水泥浆体系以平衡地层压力，高密度水泥浆多采用重晶石、铁矿粉等加重材料进行加重，这些加重材料均为惰性材料，无法参与水化，这就导致水泥浆在候凝对过程中，水泥石强度发展缓慢，严重时引起环空窜流，导致层间封隔失效。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种高压盐水层固井倒浆柱水泥浆体系及其制备方法，以解决高压盐井有效层间封隔的问题，该倒浆柱水泥浆体系能够提供静液柱压力，压稳地层，且具有过渡时间短、抗盐防窜等优点。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种高压盐水层固井倒浆柱水泥浆体系，由领浆和尾浆组成；领浆为密度在2.2g/cm

上述高压盐水层固井倒浆柱水泥浆体系，领浆由如下重量份的各组分组成：40～55重量份的水，100重量份的水泥，40～110重量份的加重剂,2～4重量份的降失水剂，2～5重量份的填充剂，2～4重量份的膨胀剂，0.5～1.0重量份的分散剂，0.1～1.0重量份的多功能助剂，5～10重量份的盐和0.3～0.5重量份的消泡剂；

如果领浆中，降失水剂的添加量小于2重量份，则失水控制达不到要求，如果其添加量大于4重量份，则会导致水泥浆稠度增加，不利于泵送，同时成本增加；填充剂在此具有两方面的作用：一方面，根据紧密堆积理论，充填剂与其它各组分进行颗粒级配，以便提高形成的水泥石的致密性；另一方面，填充剂有悬浮稳定作用，在高密度体系中，能减少加重材料的沉降。由于硅酸盐水泥具有天然收缩的特性，膨胀剂的加入能够抵抗水泥石的收缩，否则一旦水泥石发生收缩，就会产生微间隙，导致水泥封固失效。多功能助剂具有悬浮稳定作用，由于高密度水泥浆体系中加入了大量的加重材料，如果悬浮稳定性不好，则容易发生沉降，影响水泥浆的综合性能；另外，多功能助剂还具有防窜效果。在高压盐水层固井中，地层中的氯离子含量非常高，当水泥浆到达氯离子含量很高的地层时，很容易发生离子交换，导致水泥浆性能发生重大改变，严重者会导致安全事故，因此需要加入盐，使水泥浆中的氯离子含量和地层中的氯离子含量相当，从而有效避免其与地层发生离子交换的。另外，当盐的含量小于10wt％时，有促凝作用，含量在10wt％～15wt％时，既不缓凝也不促凝，大于15wt％时，有缓凝作用。

尾浆由如下重量份的各组分组成：40～55重量份的水，100重量份的水泥，2～4重量份的降失水剂，2～4重量份的填充剂，2～4重量份的膨胀剂，5～10重量份的盐和0.2～0.5重量份的消泡剂。

上述高压盐水层固井倒浆柱水泥浆体系，水泥按照API 10A标准选择G级水泥；降失水剂为AMPS三元共聚降失水剂；填充剂为粒径在0.1～0.5μm的微硅粉；膨胀剂为钙铝氧化物【钙铝氧化物为包裹有氧化铝缓蚀层的铝粉，活性氧化镁或氧化钙中的一种或两种及两种以上的混合物】；消泡剂聚醚类消泡剂；盐为氯化钠和/或氯化钾。

上述高压盐水层固井倒浆柱水泥浆体系，水泥由如下重量份的各组分组成：硅酸钙为46～56重量份，铝酸三钙2～8重量份，铁铝酸四钙为8～24重量份，氧化镁为2～6重量份，三氧化硫为1～3重量份。

上述高压盐水层固井倒浆柱水泥浆体系，AMPS三元共聚降失水剂的制备方法包括如下步骤：

步骤(1-1)、将三元聚合物单体加入蒸馏水中搅拌，得到分散液A；

步骤(1-2)、向分散液A中滴加氢氧化钠溶液以调节分散液A的pH，调节pH后，得到分散液B；

步骤(1-3)、将分散液B转移至四口烧瓶中加热，待分散液B的温度升至聚合反应温度时加入过硫酸铵溶液引发聚合反应，待反应结束后自然冷却至室温，即得到AMPS三元共聚降失水剂。市售降失水剂有很多种类，适用于不同井况。本发明中这种采用水溶液自由基聚合这种方法制备的降失水剂抗盐效果好，稳定性强，控制失水能力强，适用于抗盐水泥浆体系。

上述高压盐水层固井倒浆柱水泥浆体系，步骤(1-1)中，三元聚合物单体由35～45重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、25～35重量份的丙烯酰胺和15～25重量份的丙烯酸混合组成；分散液A中三元聚合物单体的质量浓度为240g/L；

步骤(1-2)中，氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量浓度为20g/L；分散液B的pH为6～9；

步骤(1-3)中，过硫酸铵溶液中过硫酸铵的质量分数为20wt％，过硫酸铵溶液的加入量以使得过硫酸铵的质量为步骤(1-1)中三元聚合物单体质量的0.5％～1％为标准；聚合反应温度为60～80℃；反应时间为4～6小时。

上述高压盐水层固井倒浆柱水泥浆体系，多功能助剂为聚合物沉降稳定剂，本发明中多功能助剂为市售，商品名称是multipurpose cement additive，BJUltraMax

上述高压盐水层固井倒浆柱水泥浆体系，铁矿粉A和铁矿粉B的密度均为5.05g/cm

一种高压盐水层固井倒浆柱水泥浆体系的制备方法，制备密度在2.2g/cm

上述高压盐水层固井倒浆柱水泥浆体系的制备方法，领浆的制备方法包括如下步骤：

步骤(2-1)准备如下原料：100重量份的水泥，40～110重量份的加重剂,2～4重量份的降失水剂，2～5重量份的填充剂，2～4重量份的膨胀剂，0.5～1.0重量份的分散剂，0.1～1.0重量份的多功能助剂；

步骤(2-2)在常温条件下，将步骤(2-1)中准备的原料混拌均匀，得到干灰混合物A；

步骤(2-3)将40～55重量份的水加入恒速搅拌器的搅拌浆杯中，加入5～10重量份的盐和0.3～0.5重量份的消泡剂；开启恒速搅拌器，以1500rpm的转速搅拌3min使盐完全溶解；然后在4000rpm的转速将干灰混合物A在15秒内均匀倒入转动的搅拌浆杯中；接着在12000rpm的转速下搅拌35秒，即得到领浆；

尾浆的制备方法包括如下步骤：

步骤(3-1)按照如下重量份准备原料：100重量份的水泥，2～4重量份的降失水剂，2～4重量份的填充剂和2～4重量份的膨胀剂；

步骤(3-2)在常温条件下，将步骤(3-1)中准备的原料混拌均匀，得到干灰混合物B；

步骤(3-3)将40～55重量份的水加入恒速搅拌器的搅拌浆杯中，加入5～10重量份的盐和0.2～0.5重量份的消泡剂；开启恒速搅拌器，以1500rpm的转速搅拌3min使盐完全溶解；然后在4000rpm的转速将干灰混合物B在15秒内均匀倒入转动的搅拌浆杯中；接着在12000rpm的转速下搅拌35秒，即得到尾浆。

本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

本发明通过对加重剂进行颗粒级配，并采用自制的降水剂配置出的高密度水泥浆，在现场很容易混拌，形成的水泥石强度高，渗透性低。使用本发明的高压盐水层固井倒浆柱水泥浆体系，高密度领浆与常规密度领浆协同配合形成的双凝体系，能够提供足够的静液柱压力压稳地层，且初终凝时间短，强度发展快，最终强度高，能很好地封固关键层位，不易引起环空窜流。本发明的水泥浆体系，现场混拌容易，能很好地解决高压盐水层封固问题。

采用本发明的方法制备高压盐水层固井倒浆柱水泥浆体系，在制备领浆和尾浆时，拌浆时间短，采用四机塞瓦双机泵车就能够实现连续泵注。本发明制备的高密度领浆2.2g/cm

采用本发明的方法制备的领浆和尾浆形成双凝体系，二者配合使用能够形成倒浆柱结构，可以完全满足高压盐膏层的地层要求，具有高抗盐性能，且失水在50mL以内，游离液为0mL,使得最终形成的水泥石不收缩，有微膨胀的效果。而如果全用高密度的水泥浆，即便使用双凝体系，在下部活跃盐膏层段，固井质量依然不太令人满意；本发明为满足固井层间封隔的需要，利用低密度(即常规密度)尾浆凝固时间短，强度发展快，对盐膏层有良好的封固效果，配合高密度领浆使用，保证了领浆侯凝期间的有效压稳，利用倒浆柱双凝体系，有效解决了现有水泥浆对盐膏层段封隔差的难题，取得了良好的应用效果。

附图说明

图1本发明实施例2中制备的领浆的静胶凝曲线示意图；

图2本发明实施例2中固井质量评价CBL-VDL-RBT的示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例高压盐水层固井倒浆柱水泥浆体系由领浆和尾浆组成；领浆为密度在2.2g/cm

其中，密度为2.2g/cm

步骤(2-1)准备原料：100kg水泥、50kg加重剂、2.5kg降失水剂、5kg填充剂、3kg膨胀剂、0.8kg分散剂和1.0kg的多功能助剂；

步骤(2-2)在常温条件下，将步骤(2-1)中准备的原料混拌均匀，得到干灰混合物A；

步骤(2-3)将47kg的水加入恒速搅拌器的搅拌浆杯中，加入5kg盐和0.3kg的消泡剂；开启恒速搅拌器，以1500rpm的转速搅拌3min使盐完全溶解；然后在4000rpm的转速将干灰混合物A在15秒内均匀倒入转动的搅拌浆杯中；接着在12000rpm的转速下搅拌35秒,即得到密度为2.2g/cm

密度为1.9g/cm

步骤(3-1)准备原料：100kg水泥、2kg降失水剂、3kg填充剂和3kg膨胀剂；

步骤(3-2)在常温条件下，将步骤(3-1)中准备的原料混拌均匀，得到干灰混合物B；

步骤(3-3)将48kg的水加入恒速搅拌器的搅拌浆杯中，加入5kg盐和0.2kg消泡剂；开启恒速搅拌器，以1500rpm的转速搅拌3min使盐完全溶解；然后在4000rpm的转速将干灰混合物B在15秒内均匀倒入转动的搅拌浆杯中；接着在12000rpm的转速下搅拌35秒，即得到密度为1.9g/cm

本实施例中，水泥为市售G级水泥【在其它一些实施例中，水泥由如下重量份的各组分组成：硅酸钙为46～56重量份，铝酸三钙2～8重量份，铁铝酸四钙为8～24重量份，氧化镁为2～6重量份，三氧化硫为1～3重量份】；填充剂为粒径在0.1～0.5μm的微硅粉；膨胀剂为钙铝氧化物-有氧化铝缓蚀层的铝粉；盐为氯化钠；消泡剂聚醚类消泡剂；多功能助剂为聚合物沉降稳定剂，本实施例中多功能助剂为市售，商品名称是multipurpose cementadditive，BJ UltraMax

步骤(1-1)、将三元聚合物单体加入蒸馏水中搅拌，得到分散液A；三元聚合物单体由45重量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、35重量份的丙烯酰胺和25重量份的丙烯酸混合组成；分散液A中三元聚合物单体的质量浓度为240g/L；

步骤(1-2)、向分散液A中滴加氢氧化钠溶液以调节分散液A的pH，调节pH后，得到分散液B；氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量浓度为20g/L；分散液B的pH为8；

步骤(1-3)、将分散液B转移至四口烧瓶中加热，待分散液B的温度升至聚合反应温度时加入过硫酸铵溶液引发聚合反应，过硫酸铵溶液中过硫酸铵的质量分数为20wt％，过硫酸铵溶液的加入量以使得过硫酸铵的质量为步骤(1-1)中三元聚合物单体质量的1％为标准；聚合反应温度为80℃；反应时间为5小时；待反应结束后自然冷却至室温，即得到AMPS三元共聚降失水剂。

实施例2

本实施例高压盐水层固井倒浆柱水泥浆体系由领浆和尾浆组成；领浆为密度在2.25g/cm

其中，密度为2.25g/cm

步骤(2-1)准备原料：100kg水泥、60kg加重剂、2.5kg降失水剂、5kg填充剂、3kg膨胀剂、0.8kg分散剂和1.0kg的多功能助剂；

步骤(2-2)在常温条件下，将步骤(2-1)中准备的原料混拌均匀，得到干灰混合物A；

步骤(2-3)将47kg的水加入恒速搅拌器的搅拌浆杯中，加入5kg盐和0.3kg的消泡剂；开启恒速搅拌器，以1500rpm的转速搅拌3min使盐完全溶解；然后在4000rpm的转速将干灰混合物A在15秒内均匀倒入转动的搅拌浆杯中；接着在12000rpm的转速下搅拌35秒,即得到密度为2.25g/cm

密度为1.95g/cm

步骤(3-1)准备原料：100kg水泥、2kg降失水剂、3kg填充剂和3kg膨胀剂；

步骤(3-2)在常温条件下，将步骤(3-1)中准备的原料混拌均匀，得到干灰混合物B；

步骤(3-3)将45kg的水加入恒速搅拌器的搅拌浆杯中，加入5kg盐和0.3kg消泡剂；开启恒速搅拌器，以1500rpm的转速搅拌3min使盐完全溶解；然后在4000rpm的转速将干灰混合物B在15秒内均匀倒入转动的搅拌浆杯中；接着在12000rpm的转速下搅拌35秒，即得到密度为1.95g/cm

本实施例中，水泥为市售G级水泥；填充剂为粒径在0.1～0.5μm的微硅粉；膨胀剂为钙铝氧化物-活性氧化镁；盐为氯化钠；消泡剂聚醚类消泡剂；多功能助剂为聚合物沉降稳定剂，本实施例中多功能助剂为市售，商品名称是multipurpose cement additive，BJUltraMax

实施例3

本实施例高压盐水层固井倒浆柱水泥浆体系由领浆和尾浆组成；领浆为密度在2.3g/cm

其中，密度为2.3g/cm

步骤(2-1)准备原料：100kg水泥、75kg加重剂、3kg降失水剂、5kg填充剂、3kg膨胀剂、1.0kg分散剂和1.0kg的多功能助剂；

步骤(2-2)在常温条件下，将步骤(2-1)中准备的原料混拌均匀，得到干灰混合物A；

步骤(2-3)将50kg的水加入恒速搅拌器的搅拌浆杯中，加入5kg盐和0.3kg的消泡剂；开启恒速搅拌器，以1500rpm的转速搅拌3min使盐完全溶解；然后在4000rpm的转速将干灰混合物A在15秒内均匀倒入转动的搅拌浆杯中；接着在12000rpm的转速下搅拌35秒,即得到密度为2.3g/cm

密度为2.0g/cm

步骤(3-1)准备原料：100kg水泥、2kg降失水剂、3kg填充剂和3kg膨胀剂；

步骤(3-2)在常温条件下，将步骤(3-1)中准备的原料混拌均匀，得到干灰混合物B；

步骤(3-3)将42kg的水加入恒速搅拌器的搅拌浆杯中，加入5kg盐和0.3kg消泡剂；开启恒速搅拌器，以1500rpm的转速搅拌3min使盐完全溶解；然后在4000rpm的转速将干灰混合物B在15秒内均匀倒入转动的搅拌浆杯中；接着在12000rpm的转速下搅拌35秒，即得到密度为1.95g/cm

本实施例中，水泥为市售G级水泥；降失水剂均为自制AMPS三元共聚降失水剂，其制备方法与实施例1相同；填充剂为粒径在0.1～0.5μm的微硅粉；膨胀剂为钙铝氧化物-氧化钙；盐为氯化钠；消泡剂聚醚类消泡剂；多功能助剂为聚合物沉降稳定剂，本实施例中多功能助剂为市售，商品名称是multipurpose cement additive，BJ UltraMax

实施例4

本实施例高压盐水层固井倒浆柱水泥浆体系由领浆和尾浆组成；领浆为密度在2.35g/cm

其中，密度为2.35g/cm

步骤(2-1)准备原料：100kg水泥、90kg加重剂、3kg降失水剂、5kg填充剂、2kg膨胀剂、1.0kg分散剂和1.0kg的多功能助剂；

步骤(2-2)在常温条件下，将步骤(2-1)中准备的原料混拌均匀，得到干灰混合物A；

步骤(2-3)将52kg的水加入恒速搅拌器的搅拌浆杯中，加入5kg盐和0.3kg的消泡剂；开启恒速搅拌器，以1500rpm的转速搅拌3min使盐完全溶解；然后在4000rpm的转速将干灰混合物A在15秒内均匀倒入转动的搅拌浆杯中；接着在12000rpm的转速下搅拌35秒,即得到密度为2.35g/cm

密度为1.9g/cm

步骤(3-1)准备原料：100kg水泥、2kg降失水剂、3kg填充剂和3kg膨胀剂；

步骤(3-2)在常温条件下，将步骤(3-1)中准备的原料混拌均匀，得到干灰混合物B；

步骤(3-3)将48kg的水加入恒速搅拌器的搅拌浆杯中，加入5kg盐和0.2kg消泡剂；开启恒速搅拌器，以1500rpm的转速搅拌3min使盐完全溶解；然后在4000rpm的转速将干灰混合物B在15秒内均匀倒入转动的搅拌浆杯中；接着在12000rpm的转速下搅拌35秒，即得到密度为1.9g/cm

本实施例中，水泥为市售G级水泥；降失水剂均为市售AMPS三元共聚降失水剂；填充剂为粒径在0.1～0.5μm的微硅粉；膨胀剂为钙铝氧化物-活性氧化镁；盐为氯化钾；消泡剂聚醚类消泡剂；多功能助剂为聚合物沉降稳定剂，本实施例中多功能助剂为市售，商品名称是multipurpose cement additive，BJ UltraMax

实施例5

本实施例高压盐水层固井倒浆柱水泥浆体系由领浆和尾浆组成；领浆为密度在2.4g/cm

其中，密度为2.4g/cm

步骤(2-1)准备原料：100kg水泥、100kg加重剂、3kg降失水剂、5kg填充剂、2kg膨胀剂、1.0kg分散剂和1.0kg的多功能助剂；

步骤(2-2)在常温条件下，将步骤(2-1)中准备的原料混拌均匀，得到干灰混合物A；

步骤(2-3)将50kg的水加入恒速搅拌器的搅拌浆杯中，加入5kg盐和0.3kg的消泡剂；开启恒速搅拌器，以1500rpm的转速搅拌3min使盐完全溶解；然后在4000rpm的转速将干灰混合物A在15秒内均匀倒入转动的搅拌浆杯中；接着在12000rpm的转速下搅拌35秒,即得到密度为2.4g/cm

密度为1.95g/cm

步骤(3-1)准备原料：100kg水泥、2kg降失水剂、3kg填充剂和3kg膨胀剂；

步骤(3-2)在常温条件下，将步骤(3-1)中准备的原料混拌均匀，得到干灰混合物B；

步骤(3-3)将45kg的水加入恒速搅拌器的搅拌浆杯中，加入5kg盐和0.3kg消泡剂；开启恒速搅拌器，以1500rpm的转速搅拌3min使盐完全溶解；然后在4000rpm的转速将干灰混合物B在15秒内均匀倒入转动的搅拌浆杯中；接着在12000rpm的转速下搅拌35秒，即得到密度为2.0g/cm

本实施例中，水泥为市售G级水泥；领浆的降失水剂为市售AMPS三元共聚降失水剂，尾浆的降失水剂为自制AMPS三元共聚降失水剂，其制备方法与实施例1相同；填充剂为粒径在0.1～0.5μm的微硅粉；膨胀剂为钙铝氧化物；盐为氯化钾；消泡剂聚醚类消泡剂；多功能助剂为聚合物沉降稳定剂，本实施例中多功能助剂为市售，商品名称是multipurposecement additive，BJ UltraMax

实施例6

本实施例高压盐水层固井倒浆柱水泥浆体系由领浆和尾浆组成；领浆为密度在2.45g/cm

其中，密度为2.45g/cm

步骤(2-1)准备原料：100kg水泥、110kg加重剂、2kg降失水剂、5kg填充剂、2kg膨胀剂、1.0kg分散剂和1.0kg的多功能助剂；

步骤(2-2)在常温条件下，将步骤(2-1)中准备的原料混拌均匀，得到干灰混合物A；

步骤(2-3)将50kg的水加入恒速搅拌器的搅拌浆杯中，加入5kg盐和0.3kg的消泡剂；开启恒速搅拌器，以1500rpm的转速搅拌3min使盐完全溶解；然后在4000rpm的转速将干灰混合物A在15秒内均匀倒入转动的搅拌浆杯中；接着在12000rpm的转速下搅拌35秒,即得到密度为2.45g/cm

密度为2.0g/cm

步骤(3-1)准备原料：100kg水泥、2kg降失水剂、3kg填充剂和3kg膨胀剂；

步骤(3-2)在常温条件下，将步骤(3-1)中准备的原料混拌均匀，得到干灰混合物B；

步骤(3-3)将42kg的水加入恒速搅拌器的搅拌浆杯中，加入5kg盐和0.3kg消泡剂；开启恒速搅拌器，以1500rpm的转速搅拌3min使盐完全溶解；然后在4000rpm的转速将干灰混合物B在15秒内均匀倒入转动的搅拌浆杯中；接着在12000rpm的转速下搅拌35秒，即得到密度为2.0g/cm

本实施例中，水泥为市售G级水泥；领浆的降失水剂为市售AMPS三元共聚降失水剂，尾浆的降失水剂为自制AMPS三元共聚降失水剂，其制备方法与实施例1相同；填充剂为粒径在0.1～0.5μm的微硅粉；膨胀剂为钙铝氧化物；盐为氯化钠；消泡剂聚醚类消泡剂；多功能助剂为聚合物沉降稳定剂，本实施例中多功能助剂为市售，商品名称是multipurposecement additive，BJ UltraMax

实施例1至实施例6中制备领浆和尾浆时，拌浆时间短，采用四机塞瓦双机泵车能够实现连续泵注。高密度领浆2.2g/cm

表1

将实施例1至实施例6制备的高压盐水层固井倒浆柱水泥浆体系应用于伊拉克BD区块进行工程测试；测试的井深4500-5050米，井底温度110-125℃。应用测试的结果见表2所示。

表2

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图1为实施例2中制备的领浆的静胶凝曲线图，从图1中可以看出设计的水泥浆过渡时间短，强度发展快，具有良好防窜性能；

图2为采用实施例2制备的高压盐水层固井倒浆柱水泥浆体系进行固井的质量评价CBL-VDL-RBT，从图2中可以看出固井质量100％合格，优质率90％以上，具有非常良好经济效益和应用前景。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。