CN114276059A - 一种套中固套井用低摩阻弹韧性固井水泥浆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及页岩气开发技术领域，具体涉及一种套中固套井用低摩阻弹韧性固井水泥浆，可解决套中固套井固井施工过程中水泥浆易漏失的问题，各组分及重量比如下：油井G级水泥100份，超细矿渣30～90份，超细粉煤灰30～90份，悬浮剂0.4～4份，降失水剂1～5份，弹韧性剂7～20份，膨胀剂1～4份，消泡剂1～4份，水100～200份。本发明的水泥浆具有低摩阻、低弹性模量、沉降稳定性好、失水量低、稠化曲线稳定等优良的综合性能，可较好的适用于套中固套井的作业施工，保证施工安全和防止压裂过程中水泥环应力失效。

Description

一种套中固套井用低摩阻弹韧性固井水泥浆

技术领域

本发明涉及页岩气开发技术领域，具体涉及一种套中固套井用低摩阻弹韧性固井水泥浆。

背景技术

页岩气储层具有低孔低渗、无自然产能等特点，其高效开发需要利用大规模水力压裂形成人工裂缝提供渗流通道进行生产，但存在初次改造后产量递减速率快、稳产期短的问题。需要采用在原始井眼中下入小套管，对小套管进行固井封固后，进行重复压裂，来重新提高页岩气井产能。

在老页岩气井中下入小套管进行固井的技术，被称作套中固套技术。由于老页岩气井中存在初次压裂的原始裂缝，虽然采用封堵技术进行了适当的封堵，但是由于堵漏施工限制条件多，可采取的封堵手段有限，实际的堵漏效果不佳，地层的承压能力有限，要求固井水泥浆的循环摩阻尽可能低才能提高固井施工的成功率。此外，由于后期需要对地层进行重复压裂，为保证压裂效果和防止页岩气生产过程中环空窜流，要求使用低弹性模量的弹韧性水泥浆体系。但是目前固井施工所使用的水泥浆体系(包括文献中报道的低摩阻水泥浆体系)粘度普遍较高，且文献中报道的低摩阻水泥浆多倾向于提高水泥浆的流动度，而流动度是水泥浆在低剪切速率条件下的流变性指标。正常固井施工时，水泥浆实际的剪切速率较高，对应于六速旋转粘度计的转数为200转和300转的读数，因而开发出200转和300转的读数较低的水泥浆才能更好的解决固井过程中水泥浆漏失的难题。但是由于水泥浆中存在较多的水泥颗粒等固相颗粒，较低的水泥浆粘度会导致水泥浆沉降稳定性变差，限制了低摩阻水泥浆体系的开发和应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种套中固套井用低摩阻弹韧性固井水泥浆，以解决套中固套井固井施工过程中水泥浆易漏失的问题，并提高压裂施工的安全性和防止页岩气生产过程中的环空窜流及环空带压的发生。

为了实现上述目的，本发明提供了一种套中固套井用低摩阻弹韧性固井水泥浆，各组分及重量比如下：

油井G级水泥：100份

超细矿渣：30～90份

超细粉煤灰：30～90份

悬浮剂：0.4～4份

降失水剂：1～5份

弹韧性剂：7～20份

膨胀剂：1～4份

消泡剂：1～4份

水：100～200份。

根据本发明，优选的，所述的超细矿渣为水淬高炉矿渣粉，比表面积大于700m²/kg。

根据本发明，优选的，所述的超细粉煤灰，比表面积大于1500m²/kg。

根据本发明，优选的，所述的悬浮剂为定优胶、硅藻土、气相二氧化硅三者混合而成，三者的重量比：定优胶(0.1～1份)、硅藻土(30～40份)、气相二氧化硅(30～40份)。

根据本发明，优选的，所述的降失水剂为丙烯酰胺类降失水剂、聚乙烯醇类降失水剂的一种或两种混合。

根据本发明，优选的，所述的弹韧性剂为丁苯胶乳、苯丙胶乳的一种。

根据本发明，优选的，所述的膨胀剂为氧化钙类膨胀剂、氧化镁类膨胀剂的一种或两种混合。

根据本发明，优选的，所述的消泡剂为有机硅氧烷、聚醚类消泡剂的一种或两种混合。

根据本发明，优选的，所述的水为淡水、海水和不同矿化度水中的一种。

本发明机理如下：

在本发明中，以油井G级水泥作为基础材料保证水泥浆的强度。超细矿渣粉较高的比表面积有利于高水灰比条件下浆体的稳定，其较高的活性也有利于增强水泥石的强度。超细粉煤灰具有良好的滚珠减阻和较高的活性，有利于高剪切速率条件下水泥浆粘度的控制和增强水泥石的强度，也同时有利于水泥浆在低粘度条件下的稳定性。悬浮剂可有效强化在高水灰比条件下水泥浆的稳定性，防止水泥浆沉降。降失水剂可有效降低水泥浆的失水量。弹韧性剂可有效改善水泥石的弹韧性，降低水泥石的弹性模量，防止固井水泥环在压裂施工中开裂，确保环空密封完整性。膨胀剂可有效弥补水泥环的收缩，防止环空微间隙的产生。消泡剂可有效减少或避免配浆过程中水泥浆中气泡的生成。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1、本发明提供的一种套中固套井用低摩阻弹韧性固井水泥浆体系拥有优良的低粘特性，六速旋转粘度计300转读数可以低于70；

2、本发明提供的一种套中固套井用低摩阻弹韧性固井水泥浆体系拥有优良的弹韧特性，弹性模量可以低于5GPa；

3、本发明提供的一种套中固套井用低摩阻弹韧性固井水泥浆体系拥有优良的沉降稳定性，水泥石密度差可以低于0.01g/cm³；

4、本发明提供的一种套中固套井用低摩阻弹韧性固井水泥浆体系拥有较低的失水量以及合适的稠化时间。

附图说明

图1为本发明实施例1的水泥浆稠化曲线图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施例获得其他的实施例。

对比例

对比例为普通G级油井水泥中添加1％的丙烯酰胺类降失水剂，水灰质量比为0.44.

实施例1

向质量份数为100份G级油井水泥中分别加入80份超细粉煤灰、80份的超细矿渣、2份的丙烯酰类降失水剂、15份的丁苯胶乳、1份的悬浮剂、2份的膨胀剂、2份的消泡剂、145份的自来水。

实施例2

向质量份数为100份G级油井水泥中分别加入90份超细粉煤灰、70份的超细矿渣、3份的丙烯酰类降失水剂、18份的丁苯胶乳、2份的悬浮剂、1份的膨胀剂、1.5份的消泡剂、160份的自来水。

实施例3

向质量份数为100份G级油井水泥中分别加入70份超细粉煤灰、90份的超细矿渣、2.5份的丙烯酰类降失水剂、16份的丁苯胶乳、2份的悬浮剂、1.5份的膨胀剂、1.5份的消泡剂、165份的自来水。

表1 水泥浆旋转粘度计读数

旋转粘度计转速	300	200	100	6	3
						对比例	210	145	78	5	3
实施例1	68	50	29	3	2
						实施例2	61	45	25	2	1
实施例3	65	46	26	2	1

表2 水泥浆综合性能

根据表1的实验结果可知，实施例1、实施例2、实施例3的水泥浆在旋转粘度计300转下的读数分别为68、61、65，而对比例的读数为210，与对比例相比，有显著的下降。实施例1、实施例2、实施例3水泥浆形成的水泥石的弹性模量分别为5.2GPa、4.9GPa、5.8GPa，远低于对比例的9.6GPa。实施例水泥浆的密度差只有0.01g/cm³，显示了良好的沉降稳定性。实施例的失水量均低于50mL，显示了良好的低失水特性。根据图1所示的实施例1水泥浆的稠化曲线，水泥浆的稠度平稳，无起台阶、鼓包等问题，且水泥浆稠化曲线接近直角，有利于固井施工安全和固井质量的保证。利用实施例的水泥浆可较好的保证套中固套作业的施工安全，并可较好的保证在压裂条件下水泥环的完整性。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的该实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种套中固套井用低摩阻弹韧性固井水泥浆，其特征在于：包括如下重量份数的组分：

油井G级水泥：100份

超细矿渣：30～90份

超细粉煤灰：30～90份

悬浮剂：0.4～4份

降失水剂：1～5份

弹韧性剂：7～20份

膨胀剂：1～4份

消泡剂：1～4份

水：100～200份。

2.根据权利要求1所述的一种套中固套井用低摩阻弹韧性固井水泥浆，其特征在于：所述超细矿渣为水淬高炉矿渣粉，比表面积大于700m²/kg。

3.根据权利要求1所述的套中固套井用低摩阻弹韧性固井水泥浆，其特征在于：所述超细粉煤灰，比表面积大于1500m²/kg。

4.根据权利要求1所述的一种套中固套井用低摩阻弹韧性固井水泥浆，其特征在于：所述悬浮剂为定优胶、硅藻土、气相二氧化硅三者混合而成，三者的重量比：定优胶0.1～1份、硅藻土30～40份、气相二氧化硅30～40份。

5.根据权利要求1所述的一种套中固套井用低摩阻弹韧性固井水泥浆，其特征在于：所述降失水剂为丙烯酰胺类降失水剂、聚乙烯醇类降失水剂的一种或两种混合。

6.根据权利要求1所述的一种套中固套井用低摩阻弹韧性固井水泥浆，其特征在于：所述的弹韧性剂为丁苯胶乳、苯丙胶乳的一种。

7.根据权利要求1所述的一种套中固套井用低摩阻弹韧性固井水泥浆，其特征在于：所述的膨胀剂为氧化钙类膨胀剂、氧化镁类膨胀剂的一种或两种混合。

8.根据权利要求1所述的一种套中固套井用低摩阻弹韧性固井水泥浆，其特征在于：所述的消泡剂为有机硅氧烷、聚醚类消泡剂的一种或两种混合。

9.根据权利要求1所述的套中固套井用低摩阻弹韧性固井水泥浆，其特征在于：所述的水为淡水、海水和不同矿化度水中的一种。

Images