[发明专利]一种固井用低水化热早强水泥

说明书

技术领域

本发明涉及石油钻井工程材料的技术领域，尤其涉及用于配制永冻层或深水含水合物地层的一种固井用低水化热早强水泥。

背景技术

随着石油资源的勘探开发的不断拓展，目前勘探区域已经向深海及寒冷地区发展。深水油气资源勘探开发不可避免地会遇到水合物地层。天然气水合物存在于低温高压条件下，在温度0～10℃，压力10MPa以上，天然气水合物才会存在，一般存在于水深大于300m的深海中，同时在永冻地层中也有可能存在。天然气水合物的平均组分为每5.75摩尔的水中包含1摩尔的天然气，密度为0.9g/cm3，在压力1MPa、温度0℃的条件下，1升水合物中含有168升天然气。因此当天然气水合物受热分解时，其体积将急剧膨胀，将导致巨大的安全问题。

要确保安全高效地开采深水水合物层以下的油气资源，必须保证水合物层的水合物在钻采过程中还能稳定存在、不发生分解。深水固井时必须在固井水泥浆中加人低温促凝剂以减少候凝时间达到缩短建井周期的目的，但常规的深水低温促凝剂会给水泥浆带来大量的反应热，很有可能导致水合物层的水合物受热分解，影响水泥环的整体封隔性和固井质量，威胁钻井平台安全。因此，常规的水泥无法适用于深水水合物层固井。

而且，目前的应用于石油钻井早强水泥浆存在着水化放热量大、放热迅速的缺陷，在造成水泥浆候凝时期环空升温过高，引起永冻层或深水含水合物层不稳定，导致固井气窜，井涌等严重后果。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，从促进水泥浆凝固和降低水泥浆的水化热两方面入手，研制出了一种适用于水合物层的固井用低水化热早强水泥，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固井用低水化热早强水泥，该水泥具有早强效果明显、直角稠化的特点，在有效缩短水泥浆凝固时间的同时，同时降低了水化热，能保证水合物层的稳定性。

为实现上述目的，本发明公开了一种固井用低水热早强水泥，其特征在于其组分及质量百分比为：低温早强水泥30％～70％、火山灰质材料20％～50％、微细球形颗粒10％～40％，该水泥的水化热仅为常规水泥的1/2，并且低温强度发展快，可配制低水化热水泥浆，用于含水合物层固井施工。

其中，所述的低温早强水泥特征为100质量份低温早强水泥中矿物含量为：SiO₂ 3～10份，Al₂O₃ 28～40份，Fe₂O₃ 1～3份，CaO 36～43份，SO₃ 8～15份。

其中所述的火山灰质矿物特征为100质量份火山灰质矿物含量为：SiO₂45～60份，Al₂O₃ 15～20份，Fe₂O₃ 2～6份，（CaO+MgO+K₂O，R为K或Na）8～15份；其余为微量成分，其粒度为20～100微米。

其中，所述的微细球形颗粒，主要矿物成分为SiO₂和Al₂O₃，其粒度为2～5微米。

其中，加入空心微珠，配制低密度固井水泥浆。

通过上述结构，本发明的固井用低水化热早强水泥具有如下有益效果：

1、本发明的固井用低水化热早强水泥在低温下强度发展快，同时水化热为常规的低温早强水泥的1/2左右。使水泥浆候凝时温度低，降低了对水合物的影响。

2、本发明的低水化热早强固井水泥可与空心微珠形成颗粒级配，提高水泥浆的堆积效果，改善水泥石的稳定性和致密性。

3、本发明的低水化热早强固井水泥配制的水泥浆水化温升低、早期强度高，体系稳定，稠化过渡时间短，具有优良的防气窜能力。

本发明将通过下面的具体实施例进行进一步的详细描述，且进一步结合对附图的说明将得到更加清楚和明显的了解。

附图说明

图1：本发明的固井用低水化热早强水泥的实施例一和实施例二与常规水泥浆的温升对比。

具体实施方式

本发明涉及的固井用低水化热早强水泥主要包含有三种成分：低温早强水泥、火山灰质材料以及微细球形颗粒。