一种低水化热水泥浆的制作方法

本发明涉及一种水泥浆,尤其是涉及一种适用于石油钻井工程领域深水天然气水合物层固井施工的水泥浆。

背景技术：

随着全球对能源需求的不断增加，以及常规油气资源的开发殆尽，目前勘探开发区域已逐渐向深水、超深水地区发展，非常规油气资源已是当下人们关注的重点。在深水油气资源的勘探开发过程中，钻遇天然气水合物地层是无可避免的。天然气水合物是由液态水及气态天然气(主要成分为甲烷)在低温高压下形成的一种非化学计量的笼形化合物，此种物质遇火即可燃烧，所以又称之为“可燃冰”，其广泛存在于永久冻土领域及深水沉积物中。在深水油气资源勘探开发过程钻、完井施工过程中，若钻穿天然气水合物地层，破坏天然气水合物层位温度及压力条件，将诱发天然气水合物分解。文献报道显示1m³的天然气水合物分解将释放约170m³的气体(标准状态)。此些气体将会对钻、完井施工安全造成巨大的威胁。

天然气水合物是一种亚稳态物质，外界环境温度、压力条件的极小变化都将诱发天然气水合物的分解。天然气水合物分解将导致水合物地层失稳、井壁坍塌；井径扩大，套管居中度变差，固井质量下降；分解产生天然气窜入固井水泥浆体系，直接导致水泥浆不凝固；也将导致已胶结良好的水泥环与井壁之间出现微环空等固井质量下降问题，且气体不断向上喷发，最终导致严重的事故。此外，天然气水合物的分解也可诱发海底地质灾害，如海啸、地震和滑坡等，给工作人员及海上钻探平台造成巨大的威胁。因此，为确保深水油气资源的安全、高效的开发，必须保证天然气水合物在钻、完井作业过程中能够稳定存在。

针对深水天然气水合物地层固井作业应该采用低放热的低水化热水泥浆体系；其次，深水天然气水合物地层破裂压力与地层孔隙压力之间安全作业窗口较窄，要求水泥浆体系具有较低的密度及优异的密度稳定性。研发能够适用于深水天然气水合物地层固井施工的低水化放热、低密度水泥浆体系，是保证深水油气资源安全、高效开发的关键。因此，研发出一种适用于深水天然气水合物地层固井施工、有效降低水泥浆体系水化放热、防止天然气水合物分解的低密度水泥浆至关重要。

技术实现要素：

为了克服上述之不足，本发明目的在于提供一种适用于深水天然气水合物地层固井的低水化热水泥浆。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种低水化热水泥浆，包括以下重量份的组分组成：

g级油井水泥：232.5～300份；

低水化热胶凝材料粉煤灰：116.5～150份；

低水化热胶凝材料矿渣：116.5～150份；

实心低密度减轻剂：0～135份；

降失水剂：1～3份；

分散剂：0.5～5份；

消泡剂：0.5～2份；

配浆水：300～360份。

进一步地，g级油井水泥：255份；低水化热胶凝材料粉煤灰：127.5份；低水化热胶凝材料矿渣：127.5份；实心低密度减轻剂：90份；降失水剂：2份；分散剂：4份；消泡剂：0.5份；配浆水：360份。

进一步地，所述的g级油井水泥特征为100质量份中矿物含量为sio2：22.8份；al2o3：4.55份；fe2o3：5.82份；cao：65.3份；so3：2.92份。

进一步地，所述的低水化热胶凝材料粉煤灰为100质量份中矿物含量为sio2：60.1份；al2o3：23.4份；fe2o3：4.14份；cao：3.52份；so3：0.46份。

进一步地，所述的低水化热胶凝材料矿渣为100质量份中矿物含量为sio2：34.7份；al2o3：11.6份；cao：35.9份；so3：5.70份。

进一步地，所述的实心低密度减轻材料为树脂复合实心低密度减轻材料，材料自身密度为1.10～1.15g/cm³。

进一步地，所述的降滤失剂为amps类共聚物。

进一步地，所述的分散剂为聚羧酸盐类。

进一步地，所述的消泡剂为二甲基硅油。

进一步地，所述的配浆水为淡水、盐水及海水。

采用的是常规实验方法制备低水化热水泥浆，将g级油井水泥、低水化热胶凝材料粉煤灰及矿渣、实心低密度减轻剂干混均匀，将湿混外加剂与水混合均匀，然后将所得水溶液与粉体按照api10-3-2004油井水泥试验方法配制水泥浆。

①采用低水化热胶凝材料粉煤灰及矿渣极大的降低水泥浆水化热；②采用低水化热胶凝材料粉煤灰及矿渣保证水泥石结构的致密性与耐久性；③采用实心低密度减轻材料降低水泥浆体系密度；④采用实心低密度减轻材料赋予水泥浆体系极高的密度稳定性。

本发明的有益效果：

1.本低水化热水泥浆体系水化热降低明显，水化热最低可达常规水泥浆体系的百分之五十，极大的降低了固井施工侯凝阶段中环空水泥浆的温度，保证了水合物地层的完整性，降低了深水天然气水合物地层施工风险。

2.本低水化热水泥浆体系具备较低的密度及优异的密度稳定性能，避免了由于水泥浆体系密度失稳压漏天然气水合物地层的施工事故，保证了深水油气资源的安全、高效勘探开发。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

图1：本发明的适用于深水天然气水合物层固井的低水化热水泥浆实施例1、2、3和常规水泥浆对比例1水化温升曲线对比。

图2：本发明的适用于深水天然气水合物层固井的低水化热水泥浆实施例1、2、3和常规水泥浆对比例1水化放热曲线对比。

具体实施方式

实施例1

按照下述质量份数配比称量各组分：

g级油井水泥：300份；低水化热胶凝材料粉煤灰：150份；低水化热胶凝材料矿渣：150份；降失水剂：3份；分散剂：1.2份；消泡剂：0.5份；配浆水：300份。

制备方法：将g级油井水泥、低水化热胶凝材料粉煤灰及矿渣干混均匀，将湿混外加剂与水混合均匀，然后将所得水溶液与粉体按照api10-3-2004油井水泥试验方法配制水泥浆。

实施例2

按照下述质量份数配比称量各组分：

g级油井水泥：255份；低水化热胶凝材料粉煤灰：127.5份；低水化热胶凝材料矿渣：127.5份；实心低密度减轻剂：90份；降失水剂：2份；分散剂：4份；消泡剂：0.5份；配浆水：360份。

制备方法：将g级油井水泥、低水化热胶凝材料粉煤灰及矿渣、低密度减轻剂干混均匀，将湿混外加剂与水混合均匀，然后将所得水溶液与粉体按照api10-3-2004油井水泥试验方法配制水泥浆。

实施例3

按照下述质量份数配比称量各组分：

g级油井水泥：232.5份；低水化热胶凝材料粉煤灰：116.5份；低水化热胶凝材料矿渣：116.5份；实心低密度减轻剂：135份；降失水剂：2份；分散剂：5.0份；消泡剂：0.5份；配浆水：360份。

制备方法：将g级油井水泥、低水化热胶凝材料粉煤灰及矿渣、低密度减轻剂干混均匀，将湿混外加剂与水混合均匀，然后将所得水溶液与粉体按照api10-3-2004油井水泥试验方法配制水泥浆。

对比例1

按照下述质量份数配比称量各组分：

g级油井水泥：600份；降失水剂：3份；分散剂：1.2份；消泡剂：0.5份；配浆水：300份。

制备方法：将湿混外加剂与水混合均匀，然后将所得水溶液与g级油井水泥按照api10-3-2004油井水泥试验方法配制水泥浆。

首先分别对上述实施例1、2、3中制备得到的水泥浆于不同剪切速率下的密度进行测试，实验结果如表1所示；其次，分别对上述实施例1、2、3和对比例1中制备得到的水泥浆水化温升及水化放热性能进行测试，实验结果如表2及图1、2所示。

表1实施例1-3水泥浆密度

表2实施例1-3及对比例1水泥浆水化温升及水化热性能