[发明专利]一种基于矿渣激活的深水固井水泥浆体系

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于矿渣激活的深水固井水泥浆体系，特别适合于深水条件下的低温、低破裂压力地层的固井作业。

背景技术

近年来，随着石油工业的迅速发展，陆地油田的开发逐渐进入到中后期，石油勘探开发向海洋进军成为必然趋势。全球的海洋油气资源非常丰富，蕴藏量超过1000亿吨，占全球油气资源的34％，其中约60％的储存量位于大陆架的浅海海域，深水、超深水的石油资源量约为30％，到2009年，深水已探明的储量超过60亿吨油当量。我国具有丰富的海洋油气资源，其中南海海域和南沙群岛附近海域蕴藏的油气资源约有230-300亿吨的石油地质储量，其中70％以上位于深海海域。随着经济发展的需求，深水油气勘探开发成为了我国石油战略的方向。根据国家规划，到2020年，在深水投资2000亿，到2015年，南海深水区域总产量2500亿吨油当量，到2020年达5000万吨油当量。

深水固井是深水油气勘探开发的关键环节，是深水石油安全、高效和经济开采的重要保障。与常规固井相比，深水固井特别是表层段固井面临着低温、松软地层、地层空隙压力和地层破裂压力之间“窗口”狭窄的新问题。

深水海域的海底温度较低，并且随着海水深度增加而温度下降，低温必将导致水泥水化速率降低，延长水泥浆的凝结时间，影响水泥石的早期强度和最终强度，并且随着水的深度增加，水泥浆的凝结期会更长。同样，低温也会严重影响水泥浆胶凝强度发展，使水泥浆长期处于胶凝失重状态，发生窜流的风险增大。

海底和靠近海底的地层从地质年代上来讲通常都是较新的地层，地层松软、未压实、胶结性较差，因此地层易压裂，地层空隙压力较小，地层空隙压力和破裂压力之间的“窗口”狭窄，因此在固井时必然要求使用低密度水泥浆，通常要求水泥浆的密度在1.2-1.56g/cm³之间。

目前，国内外关于深水固井的深水体系主要有：(1)低温快凝水泥体系，这类水泥体系包括高铝水泥体系和加促凝剂的A级、H级水泥，如US6,244343、US6,060,535和US6,457,524；(2)泡沫水泥体系，如US6,273,191、US5,806,594；(3)PSD(Particle Size Distribution)水泥体系，采用G级水泥和超细水泥、超细颗粒，并优化粒径分布形成紧密堆积，如US6,656,265、US6,874,578；(4)G级油井水泥-硫铝酸钙复合深水固井水泥体系，CN101054513。高铝水泥早起强度发展快，但“易受污染”，与许多外加剂不配伍；PSD体系和加促凝剂的A、H级水泥体系在低温、低密度条件下很难获得好的防窜能力和早期强度；G级油井水泥-硫铝酸钙复合深水固井水泥体系的主要胶凝材料为的硫铝酸钙水泥、铝酸盐水泥等高强水泥，成本较高；泡沫水泥浆体系浆体中由于泡沫的存在，使得水泥浆的稳定性变差，水泥石早期强度和最终强度较低，而且泡沫水泥浆体系需要额外的设备和技术人员，成本高。因此开发出一种低成本，在低温条件下具有低密早强特性的深水固井水泥体系具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型深水固井水泥体系，该水泥体系具有价格低廉、来源广泛、低温条件下低密早强等特性，可望有效解决深水固井所面临的低温、低破裂压力等主要问题。

本发明所述的深水固井水泥浆体系，其各组份以及重量份如下：水泥100份、中空微珠0～80份、超细颗粒0～12份、激发剂2.0～6.0份、分散剂0.3～2.0份、降失水剂2.0～4.5份、水60～120份。

本发明所述的深水固井水泥浆所用的水泥为矿渣，购自济南鲁新建材公司，是在冶炼生铁时的副产物，经过水淬处理后的高炉水泥矿渣，具有的潜在的水化活性。

本发明所述超细颗粒为微硅购自胜利油田固井公司，微硅是铁合金生产过程中分离出来的一种副产品。其主要成分是Si0₂(含量在90％～98％)，粒度很细，粒度分布范围为0.02～1μm。

本发明所述的深水固井水泥浆激活剂所用的是CaCl₂、N(C₂H₄0H)₃、Na₂Si0₃、Na₂CO₃、KOH、NaOH、LiOH和CaO中的一种或者几种。

本发明所述的深水固井水泥浆所用的降失水剂可以是羟乙基纤维素或者羧甲基羟乙基纤维素中的一种，粘度(2％水溶液，25℃)为7000～12000mPa.s。