[发明专利]一种稠油热采井耐高温弹性固井水泥浆体系及其制备方法

说明书

本发明提供一种热采井固井用耐高温弹性水泥浆，由包括以下重量份的原料制备得到：油井水泥：100份；高温稳定剂：35～40份；降失水剂：4～6份；分散剂：2.4～3.6份；增强剂：3～6份；缓凝剂：0.3～0.5份；耐高温纤维：0.2～0.6份；耐高温无机增韧剂：4～6份；耐高温有机增韧剂：2～4份；减轻剂：0～26份；淡水：52～78份。通过在水泥浆体系中加入高温稳定剂以及耐高温纤维和耐高温增韧材料的复合增韧，使形成的水泥石在长期的高温作用下能够保持较好的抗压强度，同时在热采井周期性的高低温作用下又能保持较好的弹性。

技术领域

本发明涉及一种稠油热采井耐高温弹性固井水泥浆体系，属于油气田开发技术领域。

背景技术

稠油在世界油气资源中占有较大的比例。我国陆上稠油资源约占石油总资源量的20％以上，目前在12个盆地发现了70多个稠油油田，探明与控制储量约40亿吨。目前国内外稠油开采一般采用注蒸汽开采的方法进行，即将一定量蒸汽注入油层，关井一段时间后开井回采，一般每口井可进行5～8周期的蒸汽吞吐作业。注蒸汽开采作业时井下蒸汽温度通常高达300～350℃，如此高的温度对固井水泥浆体系的设计提出了严峻的考验。高温下，起到地层封隔及支撑套管的环空水泥石的强度会发生衰减；同时，周期性高温流体的注入，会导致环空水泥石受到周期性交变应力的作用。这些因素会使固井水泥环完整性受到影响，轻则导致蒸汽上窜，影响开采效率；严重者则会导致整个井眼的报废，带来较大的经济损失。

为提高固井水泥石在高温下的热稳定性能，目前国内外采用的通行方法是通过水泥浆体系选择和水泥浆体系配方的调整来达到固井水泥石耐高温的目的。用于热采井的耐高温水泥主要有普通波特兰高温水泥、高铝水泥以及磷酸盐水泥。基于成本因素的考虑，目前国内外普遍采用的是普通波特兰高温水泥，即通过在普通油井水泥中加入硅砂，降低水泥石中石灰与二氧化硅的钙硅比(C/S)，从而提高水泥石的耐温性能。该方法可以有效地提高热采井水泥石的耐高温性能，目前在现场作业中已得到了广泛的应用。虽然该水泥浆体系固化后得到的水泥石在高温下仍具有较高的强度，但是在热采井注蒸汽作业过程中仍有大量的水泥环被破坏。通过研究，人们发现导致水泥环破坏的主要原因并非水泥石高温下强度的衰减，而是由于周期性高温蒸汽的注入，导致套管、水泥环在高温下膨胀，由于套管与水泥环的热膨胀系数的差别以及地层的挤压，导致水泥环受到周期性交变应力的作用，这种周期性的反复加载的热应力最终会导致水泥环的破坏。为了减少这种因热应力导致的破坏，人们提出了弹性水泥石的概念，即当水泥石具有较好的弹性时，才能更加有效地抵抗这种反复加载的热应力的作用，从而保持水泥环的完整性。一般衡量水泥石弹性的指标为弹性模量，常规波特兰水泥加硅砂形成的耐高温水泥浆体系水泥石的弹性模量在10GPa以上。而研究表明，水泥石的弹性模量越低，其弹性越好，抵抗热应力的能力越强，一般认为，热采井水泥石的弹性模量在5GPa以下甚至更低，才能有效地抵抗热应力的作用。因此开展耐高温弹性水泥浆体系的研究对于保持热采井固井水泥环的完整性具有重要的意义。

目前，对于热采井固井水泥浆体系的研究主要集中在提高热采井水泥石的耐高温性能上，而对高温弹性水泥石的研究并不多见。如中国专利文件CN104059622A公布了一种用于注蒸汽热采井的耐高温固井水泥浆，该水泥浆体系所用耐高温水泥为铝酸盐水泥，虽然该体系能解决固井水泥浆体系在高温下强度下降的问题，但是并没有提及水泥石高温下的弹性问题。中国专利文件CN103803823B公布了一种耐高温水泥及其制备方法，该水泥由铝酸盐水泥熟料、磷矿渣、陶瓷纤维、橡胶粉等组成，该水泥具有优异的高温性能，但所加增韧材料橡胶粉在300℃以上容易分解，因此该水泥形成的水泥石并不能保证在高温下保持较好的弹性。

因此，有必要针对稠油热采井开展研究，开发一种满足在高温下保持长期的强度稳定性，同时又能保持较好弹性的水泥浆体系。

发明内容