专利名称：深水固井低温早强剂的制作方法
深水固井低温早强剂
所属技术领域 本发明涉及一种深水固井用低温早强剂，属于油气井固井技术领域。
背景技术：
深水区油气资源的勘探开发受恶劣复杂的环境和储藏特性限制，具有"四高"特 点，即高新技术、高风险、高技人、高回报。而一口井能否安全、经济地开采几十年的时间，以 及能否经受住油气井在生产过程中的增产措施、射孔、开采和各项修井作业的考验，这往往 与固井的质量密切相关。对于深水勘探所面临的困难，往往对深水固井质量要求特别高。深 水固井与常规固井相比，特别是表层段固井，常面临着低温、松软地层、浅层水气流等不利 因素。目前深水固井水泥浆的水溶类早强剂主要以氯化物为主，存在水化放热大，腐蚀 套管及水泥等副作用；而非水溶类早强剂，又只能用于有干混设备的井场，存在一定的应用 局限，而且对温度较敏感，只能适用单一的温度条件。因此，开发一种新型的低温早强剂防止环空窜流和提高固井质量，不仅为国内深 水油气井，而且也为浅层气等中低温条件下的固井工况提供必要的技术支持，在低温油气 藏的开发上具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供深水固井低温早强剂，该低温早强剂在低温条件下能缩短 水泥浆的稠化时间，提高水泥石的早期抗压强度，可用于低温条件下油气藏固井中，特别适 合低温条件下海洋深水固井方面。为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。深水固井低温早强剂，每种组分及含量如下碱金属溴化物33 66重量％ ；偏铝酸钠6 16重量％ ；碱金属氢氧化物15 35重量％ ；二氧化硅8 15重量％ ；醇胺类有机物0· 8 1. 5重量％。所述碱金属溴化物为NaBr、KBr, LiBr中的一种、二种或二种以上混合物；所述碱 金属氢氧化物为NaOH、KOH或其混合物；二氧化硅为纳米级的。所述醇胺类有机物为三乙醇胺、三异丙醇胺或其混合物。以上物质均为市售。本发明低温早强剂组合物的制备方法如下将碱金属溴化物、偏铝酸钠、碱金属氢 氧化物、二氧化硅和醇胺类有机物按上述比例称好；将上述物质依次加入混合机内混合均 勻即可。本发明中的碱金属溴化物和醇胺类有机物可与水泥胶体矿物发生化学作用生成络合物，加速了水泥水化进程并促进水泥石早期强度的发展。以醇胺类有机物为例，其含有 未共用电子对，因而它很容易以配价键同其它离子，尤其是一些金属离子形成络离子，因而 是很好的络合剂。在碱性溶液中它易与水泥粒子表面水化产物中的Al3+、Fe3+等离子生成 可溶于水的配位化合物，因此，在水泥粒子表面生成可溶点加速G级水泥中C3A、C2A和C4AF 溶解速度，而与石膏的反应随之加快，硫铝酸钙(钙钒石AFt)生成量增多，这样就会在水泥 浆硬化以前，基本上完成体积膨胀，因而可提高水泥石的致密性及其抗压强度，尤其是提高 早期强度。另外，本发明中的碱金属氢氧化物的加入，使液相中Ca (OH) 2介稳过饱和度提高， 会更加有效阻止C3A水化初期形成疏松结晶的趋势，从而提高水泥石的致密性和强度。本 发明中的偏铝酸钠，其主要成分是偏铝酸盐，其主要作用是与石灰为钙钒石AFt的形成提 供了有效的组分并增强了溶液的碱性，同时，它们在加水之初的放热反应提高了液相温度， 有利于促进水化产物的形成和浆体强度发展。本发明中的二氧化硅的主要作用是填充水泥 颗粒之间的空隙，进而提高水泥石的致密性。 与现有技术相比，本发明低温早强剂具有以下有益效果(1)在低温条件下对水 泥浆的流变性影响很小。(2)促使水泥浆在低温条件下快速凝固，并达到较高的早期强度。 (3)缩短低温条件下水泥浆的稠化时间。因此可很好地满足低温、浅层气等情况下的表层套 管固井施工要求。
图1是嘉华G级油井水泥中加入3重量％的本发明低温早强剂，按水灰比0.44，所 配制的水泥浆在30°C，20MPa条件下的稠化曲线图。图2是嘉华G级油井水泥中加入3重量％的本发明低温早强剂，按水灰比0.44，所 配制的水泥浆在30°C，14MPa条件下的抗压强度发展曲线图。
具体实施例方式
在本发明实施例中，如无特别指明，百分比均为重量百分比。实施例1 将35%溴化钾、15%偏铝酸钠、35%氢氧化钾、14%二氧化硅、醇胺类有机物按 上述比例称好；将称好的溴化钾、偏铝酸钠、氢氧化钾、二氧化硅、醇胺类有机物依次加入混 合机内混合均勻，即得本发明低温早强剂“ZQ-I ”。实施例2 将30%溴化钠、30%溴化钾、7%偏铝酸钠、24%氢氧化钠、8%二氧化硅、醇胺 类有机物按上述比例称好；将称好的溴化钠、溴化钾、偏铝酸钠、氢氧化钠、二氧化硅、醇胺 类有机物依次加入混合机内混合均勻，即得本发明低温早强剂“ZQ-2”。实施例3 将53 %溴化钠、12 %偏铝酸钠、15 %氢氧化钠、9. 2 % 二氧化硅、0. 8 %醇胺类有机 物按上述比例称好；将称好的溴化钠、偏铝酸钠、氢氧化钠、二氧化硅、醇胺类有机物依次加 入混合机内混合均勻，即得本发明低温早强剂“ ZQ-3 ”。实施例4 低温早强剂“ZQ-2”的早强功能实验选用嘉华G级油井水泥，水灰比为0. 44的纯水泥浆。抗压强度实验利用常压低温水浴养护测试。不同加量、不同温度、不同养护时间条件下低温早强剂对嘉华G级水泥 抗压强度的影响情况如表1所示。由结果可知，在常压低温条件下，低温早强剂对常规密度纯水泥浆有显著的早期 增强作用，并且温度越低和养护时间越短，水泥石抗压强度增大程度越高。表1早强剂对水泥石抗压强度的影响 实施例5 低温早强剂“ZQ-2”对水泥浆稠化性能影响实验选用嘉华G级油井水泥，水灰比为0. 44的纯水泥浆。测定不同温度下水泥浆 的稠化时间。结果如表2所示。从表中可以看出，本发明中的低温强剂可以明显缩短低温 条件下水泥浆的稠化时间，而且水泥浆的稠化“过渡时间”也显著缩短，表现出一定的“近直 角稠化”特性，具有良好的防窜性。表2早强剂对水泥浆稠化性能的影响 实施例6 低温早强剂“ZQ-2”对常用水泥浆体系性能影响本发明中的低温早强剂作为一种新的油井水泥外加剂，要在油气井注水泥作业中 成功推广，不仅要满足低温早强特性，同时要求与其它常用油井水泥外加剂具有良好的配 伍性。为检验本发明中低温早强剂的适应性，实验分析其对多种常用水泥浆体系综合性 能的影响。表3和表4分别是低温早强剂“ZQ-2”对LT-IA水泥浆体系、JS-2水泥浆体系 的性能的影响情况，包括失水量、自由水、稠化时间和抗压强度等性能。其中抗压强度实验 的养护条件在常压水浴中养护；稠化时间的实验压力为7 15MPa。表3早强剂对LT-IA水泥浆体系主要性能的影响温度早强剂加 流变性 ^TK游离液稠化时间 24h抗压强度 表4早强剂对JS-2水泥浆体系主要性能的影响
温度早强剂加 流变性^K游离液稠化时间 24h抗压强度 从表中分析看出，本发明中的低温早强剂对这些水泥浆体系均具有显著的早期增 强作用，且体系的综合性能协调性好，稠化时间易于调控，对稳定性、流变性及失水等均无 不良影响。本研究实验还考察了这种低温早强剂对其它常用水泥浆体系(包括LT-2水泥 浆体系、HS-2A水泥浆体系和胶乳LATEX2000水泥浆体系等)的早期增强作用效果和其他 工程性能的影响情况。实验结果表明，本发明的低温早强剂与这些水泥浆体系的外加剂具 有良好的配伍性。实施例7 低温早强剂“ZQ-2”的稠化性能和抗压强度分析图1是嘉华G级油井水泥中加入3%的“ZQ-2”低温早强剂，按水灰比0. 44，所配 制的水泥浆在30°C，20MPa条件下的稠化曲线图，由图可以明显看出稠化时间为150min， 稠化过渡时间为13min。曲线呈“近直角稠化”，说明体系具有良好的防窜性。图2是嘉华G级油井水泥中加入3%的“ZQ-2”低温早强剂，按水灰比0. 44，所配 制的水泥浆在30°C，14MPa条件下用超声波测试的抗压强度发展曲线图，由图分析可以得 出当G级水泥原浆中加入“ZQ-2”低温早强剂，体系6h抗压强度就高达0. 842MPa,比相同 条件下G级原浆抗压强度提高了 239. 52%。由此可以证实ZQ-A低温早强剂对G级油井水 泥具有良好的早强作用。
权利要求
深水固井低温早强剂，每种组分及含量如下碱金属溴化物33～66重量％；偏铝酸钠6～16重量％；碱金属氢氧化物15～35重量％；二氧化硅8～15重量％；醇胺类有机物0.8～1.5重量％。
2.如权利要求1所述的低温早强剂，其特征在于，所述碱金属溴化物为NaBr、KBr、LiBr 中的一种、二种或二种以上混合物，所述碱金属氢氧化物为NaOH、K0H或其混合物，所述醇 胺类有机物为三乙醇胺、三异丙醇胺或其混合物。
3.如权利要求2所述的低温早强剂，其特征在于，其组分及比例如下溴化钾35重量％、偏铝酸钠15重量％、氢氧化钾35重量％、二氧化硅14重量％、三乙醇胺或三异丙醇 胺1重量％。
4.如权利要求2所述的低温早强剂，其特征在于，其组分及比例如下溴化钠30重量％、溴化钾30重量％、偏铝酸钠7重量％、氢氧化钠24重量％、二氧化硅8重量％、三乙 醇胺或三异丙醇胺1重量％。
5.如权利要求2所述的低温早强剂，其特征在于，其组分及比例如下溴化钠53重 量％、偏铝酸钠12重量％、氢氧化钠15重量％、二氧化硅9. 2重量％、三乙醇胺或三异丙醇 胺0.8重量％。
全文摘要
本发明涉及深水固井低温早强剂，该低温早强剂每种组分及含量如下碱金属溴化物33～66重量％；偏铝酸钠6～16重量％；碱金属氢氧化物15～35重量％；二氧化硅8～15重量％；醇胺类有机物0.8～1.5重量％。所述碱金属溴化物为NaBr、KBr、LiBr中的一种、二种或二种以上混合物；所述碱金属氢氧化物为NaOH、KOH或其混合物；所述醇胺类有机物为三乙醇胺、三异丙醇胺或其混合物。本发明在低温条件下对水泥浆的流变性影响很小，可促使水泥浆在低温条件下快速凝固，并达到较高的早期强度，缩短低温条件下水泥浆的稠化时间，可很好地满足低温、浅层气等情况下的表层套管固井施工要求。
文档编号C09K8/467GK101864285SQ201010200729
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月13日 优先权日2010年6月13日
发明者宋茂林, 徐璧华, 谢应权 申请人:西南石油大学