[发明专利]一种防止二氧化碳腐蚀的油井水泥外加剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域：

本发明涉及一种油井水泥外加剂，进一步地说，是涉及一种防止二氧化碳腐蚀的油井水泥外加剂，及其制备方法和应用。

背景技术：

二氧化碳作为石油和天然气生产中的伴生气或地层水的组份存在于地层中。二氧化碳在湿环境下会对油井水泥环柱，即水泥石产生腐蚀。众所周知，油井水泥环柱主要起封隔油、气、水，支持套管和保护套管，延长油气井寿命的作用。水泥环柱的先导腐蚀可引起和加快套管的腐蚀和破坏。并可能诱发其它井下事故，缩短油气井的生产寿命。

目前国内对CO₂腐蚀井下管材的问题虽然已引起各油田的注意，并开展了防腐蚀研究。但对油气井第一保护屏障-油井水泥环遭受CO₂腐蚀的研究还较少，对水泥环抗CO₂腐蚀外加剂的开发还未见有关报道。仅仅是针对个别油田采取的相应防护措施，例如：大庆石油管理局与大庆石油学院针对大庆的具体情况，研究了适用于大庆油田的抗CO₂腐蚀水泥浆体系。大港油田采用天然气CO₂来提高油气的采收率，其技术对策就是推广应用水泥降滤失剂，提高固井质量，降低CO₂驱、CO₂对水泥环的腐蚀，减小水泥环与地层胶结的潜在危险。但是以上各个体系在应用中针对性很强，由于各油田的特定地质条件及生产条件如温度、压力等的不同而存在较大差别，因而难以普遍推广。

综上所述，开发一种适用范围广，能有效防止二氧化碳腐蚀的新型油井水泥外加剂，成为目前亟待解决的技术问题。

发明内容：

为解决现有技术中存在的问题，本发明所提供了一种防止二氧化碳腐蚀的油井用水泥外加剂，在固井水泥浆体系中加入所述防止CO₂腐蚀的外加剂后能够对井下腐蚀现象进行有效的控制及防治。

本发明的目的之一是提供了一种防止二氧化碳腐蚀的油井水泥外加剂。

所述油井水泥外加剂包含按重量百分比计的以下组分：

①火山灰质矿物  20～65％wt

②微硅粉        2～25％wt

③铝盐矿物      5～25％wt

④石蜡类有机材料5～35％wt

⑤甲基硅醇钠    1～10％wt

⑥矿渣          3～25％wt。

以上所述火山灰质矿物是经过煅烧的具有硅氧和铝氧四面体的工业废渣。其优选含量是25～60％wt。火山灰质矿物可经市售而得。

以上所述铝盐矿物为γ和α型氧化铝混合体，其平均粒径为50～300nm。其优选含量是5～20％wt。铝盐矿物可经市售而得。

以上所述石蜡类有机材料为非离子型表面活性剂与石蜡类物质乳化而得，其平均粒径为50～500nm。其优选含量是10～30％wt。所述石蜡类有机材料产自中石化石油工程研究院德州石油钻井研究所油田助剂研发中心，并由其销售。其商品名为“DC201防腐材料”。

以上所述微硅粉即二氧化硅微粉，其平均粒径为1～10μm。其优选含量是5～20％wt。微硅粉可经过市售而得。

以上所述甲基硅醇钠的优选含量是3～8％wt。其可经过市售而得。

以上所述矿渣，其优选含量为5～20％wt。可经过市售而得。

本发明所提供的防止二氧化碳腐蚀的油井水泥外加剂还可以添加其他现有技术中固井水泥体系常用的助剂，如防气窜剂等，用量可依照常规。

本发明所提供的防止二氧化碳腐蚀的油井水泥外加剂，是以无机材料为主体，在一定的条件下可形成环状链构成的连续三维网络构架矿物，与有机物质结合，在碳酸环境中，可使水泥石形成致密层，从而降低水泥石的渗透率，有效地防止CO₂的侵蚀，提高水泥石的抗腐蚀能力。

本发明的目的之二是提供所述防止二氧化碳腐蚀的油井水泥外加剂的制备方法，其包括以下步骤：

(1)按所述含量称取火山灰质矿物、微硅粉、铝盐矿物和矿渣，进行研磨混拌至混合物至少达到200目细度。

(2)将步骤(1)制得的混合物和其他包括所述乳化石蜡、甲基硅醇钠在内的组分按所述含量放入混合机中进行混合，混合均匀后，制得所述防止二氧化碳腐蚀的油井水泥外加剂。所制得的油井水泥外加剂一般为灰色粉末产品。

制备方法中涉及的研磨、混合设备为本行业常用设备，如：干式球磨机、双螺旋混合机等。在步骤(2)中为使混合更加均匀，可在混合机中混拌至少2小时。

本发明的目的之三是提供所述防止二氧化碳腐蚀的油井水泥外加剂在油井水泥固井中的应用。