[发明专利]适用于盐膏层固井的油井水泥防腐型早强剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种适用于盐膏层固井的油井水泥防腐型早强剂及其制备方法，该早强剂包含以下重量份数的组分：25～40份层状矿物A、40～50份层状矿物B、10～40份纳米SiO₂；其中，所述层状矿物A的层间含有NO₃^‑；所述层状矿物B的层间含有机小分子早强剂。本发明的油井水泥防腐型早强剂不含有Cl^‑、SO₄^2‑，从根本上降低了早强剂导致的水泥环腐蚀和后期力学性能下降的问题。

技术领域

本发明涉及一种油井水泥防腐型早强剂，具体涉及一种适用于盐膏层固井的油井水泥防腐型早强剂及其制备方法。

背景技术

在石油开采过程中，固井是衔接钻井和后期采油的关键环节。固井过程中，水泥浆从地面井口注入，经套管内泵送至套管与地层的环形空间，凝固后形成水泥环，起到支撑、保护套管和封隔油、气、水层的作用。

当前油气资源勘探重点已从易开采的常规油气资源逐步转向复杂难开采的深层/超深层、非常规等资源，地层条件复杂，固井常常面临封固段超长，水泥环顶部和底部温差大，以及含盐地层、膏盐层或盐水层易漏失等难题。大部分天然气井均面临巨厚盐层、膏盐层或复合盐层条件下长封固段固井作业难题。封固段超长、顶底温差大必须要求水泥浆缓凝剂足够，保证高温下的注替安全。但返至顶部后，水泥环在低温下强度发展缓慢，甚至出现超缓凝现象。盐层或膏盐地层中Cl^-、SO₄^2-会扩散进入水泥环，导致后期水泥石腐蚀破坏，力学性能下降，严重威胁天然气井长期密封完整性。因此，保证含盐层、膏盐层地层长封固段下水泥环的防腐能力以及顶部强度的快速发展，对提高水泥环后期密封完整性具有重要意义。

长封固段井大温差条件下固井一般采用早强剂来提高水泥浆返至顶部后的强度。目前，常用的油井水泥早强剂主要是无机盐类和有机类，相关早强剂专利也主要是采用不同无机盐复配或者无机盐与有机类进行复配，例如，中国专利CN105347716A，一种分散型无氯油井水泥低温早强剂及包含它的水泥浆；中国专利CN106830744B，一种固井用早强剂及其制备方法；中国专利CN109943303A，一种油井水泥无氯促凝早强剂及其制备方法和应用；中国专利CN109943304A，一种油井水泥促凝早强剂及其制备方法和应用；中国专利CN110317589A，早强剂及其制备方法、固井用水泥浆；中国专利CN106746848B，一种复合型低密度水泥早强剂及制备方法和应用；中国专利CN104194752A，煤层气井固井用低温早强剂及含其的固井用水泥浆。

无机盐类早强剂主要包括氯盐类、铝酸盐类、硫酸盐类、锂盐类、硝酸盐类，如氯化钙、氯化锂、碳酸锂、硅酸钠、硫酸钙、硝酸钠、铝酸钠等；有机类早强剂包括甲酰胺、三乙醇胺、甲酸钙、乙酸钠等。但是，这些早强剂均存在一定不足：

(1)氯盐、硫酸盐早强剂虽然能提高水泥石早期强度，但会造成水泥石和套管的腐蚀，并增加水泥石渗透率，加剧后期水泥环的破坏，影响水泥环长期封隔耐久性；

(2)锂盐类早强剂成本高，且反应速度快，短时间内放热量大，如没有及时消耗时或释放，会造成水泥内部产生微裂纹，导致后期强度下降；

(3)无机盐类早强剂掺量较大后，浆体触变性强、稠度高，在易漏失地层固井极易导致环空压耗增加，漏失风险增大；

(4)有机类中三乙醇胺单独使用存在加量较敏感问题，其加量极微，不易控制，超量后易出现超缓凝；

(5)甲酸钙、乙酸钠的加入容易造成水泥石后期强度的损失；

(6)早强剂本身具有促凝作用，加量过大会导致稠化时间缩短，影响作业安全；加量过小无法发挥其作用，这也是目前早强剂存在的不足。

发明内容