[发明专利]一种抗高温耐腐蚀低密度固井液及其添加剂组合物和应用

说明书

本发明涉及一种抗高温耐腐蚀低密度固井液及其添加剂组合物和应用，该固井液体系包括如下质量份数的组成：硅石粉50～85份、粉煤灰30～57份、沸石53～105份、中空玻璃微珠18～65份、硅酸钠70～103份、氢氧化钙7～14份、氧化镁0.03～0.37份、减阻剂0.05～0.6份、高温降失水剂4.2～11.3份、高温缓凝剂0.06～1.6份、水100份。本发明现场施工方便、成本低，能满足现场固井要求的抗高温耐腐蚀低密度固井液体系。该体系密度为1.20～1.50g/cm³，可承受210℃、115MPa的高温高压。具有抗高压、流变性好、渗透率低、沉降稳定性好，且失水量低、稠化时间可调、强度高、密度较低、耐腐蚀性好等优点。

技术领域

本发明涉及油气井固井领域，尤其涉及一种抗高温低密度固井水泥浆体系，属于石油天然气钻井工程技术油田化学领域。

背景技术

固井是向井内下套管，并将水泥浆由套管注入套管与井壁的环空间隙的施工作业，最终起强度的水泥石将井壁与套管固结。固井可以起到固定和保护套管、保护高压油气层、封隔严重漏失层与其他复杂层的作用。水泥浆作为固井过程中使用的工作液，对保证固井质量起关键性作用。

目前各大油田的深井、超深井开发越来越多，高温深井固井对水泥浆提出了更高的要求，所用水泥浆体系除了要满足一般固井的要求外，还应考虑高温对水泥浆浆体性能、水泥石抗压强度的影响以及深井的高压环境对水泥浆密度的影响等。高温影响水泥浆浆体性能，主要表现在高温条件下水泥浆失水量大、稠化时间难调节。高温影响水泥石力学性能，主要表现在目前主要采用的硅酸盐类水泥在高温情况下长期养护强度衰退。随着石油勘探开发的进程，遇到越来越多的油藏受区块多、储层物性差、裂缝发育及非均质性强等因素的影响容易发生漏失，且随着井深的增加，井漏情况愈加严重。因此，要改善该类深井、易漏井的固井质量，就必须找到合适的抗高温低密度水泥浆体系。

沸石是一种特殊的天然火山灰质材料，不但具有一定的水硬性，而且还具有很大的内表面积，有较高的活性。沸石是一族架状构造含水的碱和碱土金属的铝硅酸盐矿物，碱与铝的比值常等于1，(硅+铝)：氧＝1：2。沸石构造开放性大，其中有很多大小均一的由一系列的TO₄四面体在三维空间上叠加组成的孔道和空腔。沸石参与火山灰反应，与石灰、水作用得到CSH凝胶，随着温度的升高或时间的延长会转化成雪硅钙石、硬硅钙石，即可承受更高的温度。且水会占据在沸石矿物的空间网状晶体结构中，水的含量随温度和湿度的变化而变化，脱水后的沸石需要重新吸水恢复原有的物理性质，这可以增大体系的水固比，即可降低固井液体系密度，配合自身密度(0.41-0.67g/cm³)很低、耐压较高的中空玻璃微珠使用，可以得到具有更高强度-更低密度的固井液体系，适用于储层裂缝发育、易漏失的高温深井。

深井除了上述提到的高温、易漏难题外，还存在着腐蚀介质多这一主要难题。CO₂作为石油和天然气的伴生气存在于油气层或地层水中，当环境相对湿度较大时，CO₂就会降低固井液固化物的碱性，固井液固化物在酸性环境中受到腐蚀，造成固化物渗透率增大、抗压强度降低，最终失去封固能力从而导致环空气窜；金属管材受到腐蚀造成套管穿孔甚至断裂等后果，严重影响固井施工安全。由于CO₂对固井液固化物的腐蚀属于化学侵蚀，因此火山灰反应产物耐腐蚀能力的强弱起到关键性作用。前期研究表明，火山灰反应产物的耐腐蚀强弱顺序为：硬硅钙石＞雪硅钙石＞针硅钙石＞氢氧化钙＞柱硅钙石。

中国专利CN105130292A公开了一种抗高温高强度水泥浆体系。该水泥浆体系密度为1.20～1.55g/cm³，适用温度70-150℃，24h抗压强度为14MPa，未评价长期抗压强度情况，并且，其所用高强度空心玻璃微珠抗压强度40-50MPa，无法承受更高的压力，在深井中应用受到限制。