[发明专利]油井水泥无氯促凝早强剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种油田完井技术固井领域所用的水泥外加剂，属于促凝早强剂。

背景技术

随着石油天然气勘探开发的不断深入，低温浅井和海洋油气钻探固井越来越多。在低温条件下，一方面水泥浆因水化速度慢、候凝时间长，候凝过程中易发生油气水窜，影响层间封隔；另一方面，因水泥石强度发展缓慢、早期强度低，导致建井周期增长，降低油气田勘探开发经济效益。这就需要使用低温促凝早强剂，以加快水泥在低温条件下的水化速度，促进水泥石早期强度发展，达到既能防止油气水窜，又能缩短建井周期的目的。

目前，国内部分陆上油田已进入高含水开发后期，即使新开发的油藏也大多采用早期注水开发方式(即注采同步)，以保持地层产能。由于开发老区新探明的地质储量有限，为了稳产、增产，各油田相继布置了第二套、第三套甚至第四套调整井网，使得调整井钻井数量增长。长期高压注水开采以及部分老井套管破损，造成地下原始压力系统发生了很大改变，纵向剖面上形成多压力层系，层间压力各异，层内压力不平衡，水泥浆很难满足各层压力需求，极易发生油气水窜，使得固井合格率较低，而优质率则更低。解决调整井的水窜问题成为油田克服的技术难题，这主要是通过防窜固井工艺措施和防水窜水泥浆体系两个手段来解决。

目前，国内用于调整井防水窜的水泥浆体系主要有3类：①低滤失早强水泥降体系；②低滤失膨胀体系；③防水窜水泥浆体系。

目前国内外广泛使用的促凝早强剂仍然是以各种盐类和碱类为主，其中大部分含有氯盐，作为促凝早强剂，最经济而最有效的仍是氯化钙，例如，加HPC-1(以CaO和MgO的活性混合物为基础的降解剂)作为复合促凝剂。氯盐的加入会降低水泥石后期强度、增加水泥石渗透率和腐蚀套管等副作用。根据目前有些油田的现场实际需求情况，需要开发一种低温无氯促凝早强剂。

通过相关文献检索，了解到目前使用较为普遍的无氯促凝剂主要包括碳酸钠、硅酸钠和石膏等无机物，以及低相对分子质量的有机物，像甲酰胺，三乙醇胺等，这些材料的主要性能概述如下：

①碳酸钠(Na₂CO₃)

碳酸钠也称纯碱或苏打。纯碱用于油田固井工程是作为油井水泥的增强剂，也可在纤维素类降失水剂中加入纯碱增加流动性。如果水泥浆的初凝和终凝时间相隔较长，加入纯碱之后可以缩短这个区间，但是稠化时间受影响：在加量不同的情况下，有时长，有时短，并不是随加量的增加或减少有规律性的变化，所以使用时应特别慎重。

②甲酰胺(HCONH₂)

甲酰胺能促进水泥浆凝结，缩短水化时间，增加水泥石强度，并可以改善水泥浆流动性能。加量为占水泥质量的1％～2.5％。它的促凝效果与氯化钙相当，对金属也无腐蚀作用，但价格却比氯化钙昂贵得多。

据有关资料介绍，水泥浆在水化时，甲酰胺能降低液相的pH值可以加速水化作用，促进凝胶结构的形成。而且在水化过程中，结合水的量越增多，结晶结构增大得越快，借以达到促凝早强作用。

③三乙醇胺[(HOCH₂CH₂)₃N]

三乙醇胺一般被用作促凝剂、塑化剂和助磨剂。它主要可加速C₃A的水化。先生成六方、后生成立方铝酸盐水化物，并在C₃A-CaSO₄-H₂O体系中加快钙矾石的生成，同时却延缓C₃S和C₂S的水化。所以，三乙醇胺在铝酸盐中促凝，在硅酸盐中缓凝，一般不单独使用，而是与其它外加剂配伍使用，以缓解或消除由某些分散剂或降失水剂引起的过缓凝。

④硅酸钠(Na₂O·nSiO₂)

硅酸钠常被用作油井水泥的无氯根促凝剂，一般加量占干水泥质量的7％，促凝效果不好，而且加量与凝固时间也不成直线关系，但可使水泥石在12～24h内有较高的抗压强度。硅酸钠的促凝作用主要是由于它与水泥浆中的Ca²⁺离子反应生成水化硅酸钙C-S-H胶核，从而促使水泥的水化诱导期提前结束。

⑤石膏