一种稠油热采井用新型抗高温水泥浆体系制造技术

本发明专利技术涉及固井水泥浆领域，特别涉及一种新型的抗高温固井水泥浆体系，能够有效提高稠油热采井固井质量，延长油井寿命。体系各组份以及重量比例为：水泥100份，高温增强剂45～47份，微硅1.0～3.0份，晶格膨胀剂2.0份，降失水剂1.5～3.0份，分散剂1.0份，早强激活剂2.0～4.5份，缓凝剂0.1～1.0份，水40～60份。本发明专利技术提供的新型抗高温水泥浆体系，形成了适用于热采井的抗高温水泥浆长效固井技术，具有非常广阔的应用前景。阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种稠油热采井用新型抗高温水泥浆体系


[0001]本专利技术涉及固井水泥浆领域，特别涉及一种稠油热采井用新型抗高温水泥浆体系。

技术介绍

[0002]热力采油是稠油开采的主要方式，其中以蒸汽驱及蒸汽吞吐手段为主，蒸汽温度高达300～350℃，甚至达到蒸汽临界温度375℃，常用的加砂水泥体系不能承受250～320℃蒸汽吞吐施工。
[0003]胜利油田滨南采油厂、河口采油厂、东辛采油厂、孤东采油厂、新疆车排子区块含有大量的稠油油藏，是胜利油田油气开采的主战场。滨南采油厂单家寺油田属于典型的稠油区块，年产油55万吨，是胜利油田最大的稠油油田，50℃脱气原油粘度4274～22880mpa.s。
[0004]截至目前，单家寺稠油油藏共投产油井574口(扣除报废井)，因套损关井196口(包括报废井)，占投产井数的23.7％；套损井出现水泥环封隔失效，漏气、冒气等严重现象。
[0005]热力采油是稠油开采的主要方式，其中以蒸汽驱及蒸汽吞吐手段为主，蒸汽温度高达300～350℃，甚至达到蒸汽临界温度375℃。在此开发条件下，稠油热采井在开发过程中出现以下严重问题：(1)由于稠油热采井固井质量不佳造成稠油热采井口的跑、冒、滴、漏及注汽过程中漏气问题，严重者出现自表套循环孔喷出浆状物的现象；(2)稠油热采井套管损坏导致严重出砂问题。为了避免或减少上述问题的发生，稠油热采井固井水泥浆应具有如下特点：在低温下快速凝结，防止候凝过程中的环空窜流，形成密封性能良好的优质水泥环；在生产过程中，水泥石要具有长期的抗高温强度衰退性能，水泥环保持完整，满足油气井正常生产和提高采收率的需要。然而常用的加砂水泥固井不能承受250～320℃蒸汽吞吐施工，30～40％加砂量的水泥石经300℃高温，20MPa养护72小时(三天)后，抗压强度仅3～4MPa，即使表面观察水泥石完整无缺，但手掌用力挤压便会压成粉块，其渗透性极高，不能经受增产措施的泵注和高压。
[0006]因此，向胜利油田稠油区块大力推广稠油热采井长效固井质量技术，提高稠油热采井固井质量，延长油井寿命，这对稳定胜利油田的油气产量具有极其重要的意义。
[0007]国内外技术情况
[0008]为了满足稠油热采井固井质量要求，国内为进行了大量的固井实践活动，尤其针对抗高温水泥浆的开发进行了大量的工作。目前，国内外应用成熟广泛的水泥浆体系有以下三种：
[0009](1)常规稠油热采井加砂油井水泥。向常规油井水泥中加入不同比例的硅砂，一般硅砂加量占水泥比重的40％左右时，获得的水泥石强度最高，高温下水泥石强度衰减也最慢，但经300℃高温，20MPa养护72小时(三天)后，抗压强度仅3～4MPa。
[0010](2)耐高温低密度水泥。这种水泥含有的SiO2材料较一般耐高温油井水泥的要求高，既要求SiO2含量高，保水性能好，又要选择适宜的轻质材料。一般采用API G级油井水
泥、高硅土、硅灰、微珠按一定比例混合而成高温低密度油井水泥。
[0011](3)柔性水泥。哈里伯顿公司目前使用的为柔性水泥浆体系，通过提高水泥浆的韧性满足水泥石在热应力交替变化时的强度。
[0012]与国外同类技术相比，新型抗高温水泥浆体系具备了高温下强度高，韧性强的特点，下一步需要进一步拓宽该水泥浆体系的应用领域，形成不同密度的水泥浆体系。
[0013]新型抗高温水泥高温增强剂的作用机理
[0014]硅酸盐水泥的水化产物中含量最多的是CSH凝胶，当温度低于110℃时，水泥所形成的硅酸钙水合物仍能够作良好的胶结材料。但当养护温度超过110℃时，由于产物中形成了高钙硅比值(Ca/Si>1.5)低强度、高渗透率的C2SH，且由于其具有明显的大结晶结构，从而致使硬化浆体的结构应力部地集中和增加，削弱和破坏了水泥石的机械强变，因此必然会导致水泥石强度的下降。目前常用的加砂水泥体系，早期强度低，同时由于石英砂纯度、粒径等的影响，其长期强度有限，不能承受250～320℃蒸汽吞吐施工，因此，有必要研制一种新型的抗高温增强材料。
[0015]具有抗高温衰退能力的硅质材料主要有硅粉(silica flour)、硅砂(silica sand)、微硅粉(silica fume)、偏高岭土(Metakaolin)、沸石粉(zeolite)、佛石粉(Pumic)等。
[0016]研究表明加砂水泥在高温水热条件下可以防止高温下水泥石强度衰退。当水泥中加入SiO2后，SiO2一方面吸收水泥水化时析出的Ca(OH)2，降低液相中Ca2+的浓度，打破C2SH2或C2SH(A)等高钙水化硅酸盐的水化平衡，同时与水泥中的C2SH反应生成纤维状的低硅钙酸盐，托贝莫来石(C5S6H)和硬硅钙石(C6S6H)，这2种单体的强度可达32MPa以上，因此提高了硅酸盐水泥在高温下的强度和热稳定性。
[0017]微硅含有大量的无定型二氧化硅和大的表面积，而具有很高反应活性，另外由于细小的微硅颗粒能够充填在水泥石的孔隙中，使水泥石变得密实，渗透率下降，强度提高。微硅水泥石中的无定型二氧化硅在高温下可以吸收水泥熟料水化析出的Ca(OH)2，低液相中Ca2+的浓度，打破C2SH2或C2SH(A)等高钙水化硅酸盐的水化平衡，在高温下经过一定时间，体系中的水化矿物主要是CSH(B)，而这种单体呈纤维状，且高温稳定、强度高，从而提高了硅酸盐油井水泥的热稳定性。
[0018]偏高岭土(MK，Metakaolin)是采用煅烧高铝土的方式获得的人造火山灰材质的辅助性胶凝材料，由于其火山灰活性(即参与水泥水化过程，与水化生成Ca(OH)2发生反应，产生起强度的CSH凝胶)，降低水泥石机体内部结晶态的Ca(OH)2，使Ca/Si比降低，因此具有一定程度的抗衰退作用。
[0019]采用不同目径的硅砂以及复配的高温增强剂进行高温强度实验后发现，硅砂粒径直接影响水泥石高温下的强度，究其原因可能是因为粒径较大的硅砂比表面积较小，与水泥矿物的反应活性较低，使得硅砂中的SiO2不能充分和水泥矿物质接触反应而导致了水泥石中Ca(OH)2含量较高。复配的高温增强剂高温增强剂能够有效提高水泥石的抗高温衰退性能，其主要原因一是颗粒级配更加合理，增加了水泥石的密实程度，降低了水泥石渗透率，二是微硅、偏高岭土的加入能够有效吸收水泥水化过程产生的Ca(OH)2，产生起强度的CSH凝胶。
[0020]对于稠油油藏，大多采用热力降粘的方式开采，主要是采用蒸汽热采的方法。注蒸
汽热采一般为蒸汽吞吐，后期转为蒸汽驱的方法，因此热采稠油井的固井必须适合和满足蒸汽吞吐和蒸汽驱开采方式。蒸汽吞吐开采中的所采用的蒸汽温度一般高达300～350℃,甚至达到蒸汽临界温度375℃。稠油油藏一般埋藏深度较浅，从地层特点来看，以粗碎屑岩为主，具有砂砾岩颗粒粗、分选差、泥质含量低、胶结疏松、高孔隙度、高渗透的特点。蒸汽吞吐技术也是一种消耗地层能量的采油过程，随着开采量的增加，地层压力逐渐下降。因此稠油热采井部分井段存在易于漏失的特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稠油热采井用新型抗高温水泥浆体系，其特征在于，各组份以及重量比例如下：水泥
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100份高温增强剂
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45～47份微硅
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1.0～3.0份晶格膨胀剂
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2.0份降失水剂
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1.5～3.0份分散剂
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1.0份早强激活剂
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2.0～4.5份缓凝剂
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0.1～1.0份水
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40～60份。2.根据权利要求1所述的一种稠油热采井用新型抗高温水泥浆体系，其特征在于，所述水泥为硅酸盐-硫铝酸盐复合水泥体系。3.根据权利要求2所述的一种稠油热采井用新型抗高温水泥浆体系，其特征在于，所述水泥的矿物组份和质量百分组成为：硅酸三钙30~40%、硫铝酸钙10~20%、...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁，曹成章，曹会莲，吕会强，臧伟伟，路志平，苗勇，薛玉伟，解蒙，侯婷，邵茹，冯桂芹，
申请(专利权)人：中石化胜利石油工程有限公司中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，
类型：发明
国别省市：