[发明专利]亲水性石蜡微胶囊及早强低水化放热水泥体系

说明书

本发明公开了一种亲水性石蜡微胶囊及用于低温固井的早强低水化放热水泥体系，水泥体系包括以下重量份的组分：硅酸盐‑铝酸盐复合水泥，质量比为3:7～5:5，100份；相变吸热材料5~10份；密度减轻材料10~25份；水58.2~77.2份。本发明具有以下优异性能：（1）早期强度高，与常规G级油井水泥体系相比，该体系低温下早强特性优异；（2）水化放热量低，该体系在24h水化放热测试中水化放热量以及水化放热产生的体系温升较常规G级油井水泥体系都低，这有利于保证深水地层水合物的稳定性；（3）该体系与早强剂、缓凝剂配伍性良好。

技术领域

本发明涉及一种亲水性石蜡微胶囊及用于低温固井的早强低水化放热水泥体系，是一种特别适用于深水低温、水合物层固井水泥体系，也适用于冰冻水合物层的固井作业。本发明属于油气井固井材料领域。

背景技术

随着科技进步深水的定义不断发生变化，目前普遍认为水深大于500m的区域为深水区域。近年来世界各国对油气资源的需求量持续增长，深水油气资源成为各国开采的热点。

深水具有丰富的油气资源，全球深水蕴藏着超过1000×10⁸t的油气资源，探明油气储量约为380×10⁸t，约占全球油气资源总量的34％。深水油气发现占全球油气发现总量不断攀升，在2002～2003年深水油气发现量占全球油气发现总量高达65％。目前，已有超过100个国家在进行海洋油气的勘探与开发工作，目前大西洋两岸的西非岸外、坎波斯盆地和墨西哥湾已经成为3个深水勘探的热点地区。西非的安哥拉和尼日尔三角洲许多新油田投入开发，国外的石油公司在安哥拉陆续勘探出了46个深水油田，尼日尔地区更是勘探出了10×10⁸t的深水油田，据统计在2000～2005年西非共有17个深水油气田投产；巴西2000年的石油日产量17.8×10⁴t，水深在400～2000m的深水油气田贡献了70％的产量；墨西哥湾2000年深水油气产量达到了0.37×10⁸t。除了以上的热点地区南非、阿根廷、英国、挪威、加拿大、澳大利亚、新西兰等过都在进行深水油气勘探开发工作。近年来我国在南海的深水油气勘探开发工作也在积极展开。

深水开发过程中存在许多的挑战，其中高效安全的固井就是摆在开发者面前的巨大难题之一。如深水的低温环境、浅层水-气流动、低地层破裂压力、天然气水合物的存在、高昂的租金费用等不利因素成为了深水固井面临的巨大挑战：(1)常规固井水泥体系成分一般以硅酸二钙和硅酸三钙为主，然而在环境温度低于5℃时这两种成分几乎没有水化能力，而深水海床温度一般在4℃，最低可至0℃，这会极大延长建井周期及建井费用；(2)深水浅层的未胶结特性使得浅部地层的地层破裂压力低、地层压力高，固井水泥浆的密度窗口窄，必须采用低密度水泥浆即加入不能参与水化反应的密度减轻剂，造成相对水泥石的强度增长慢且低的问题；(3)水泥水化凝结的过程是放热反应，容易造成水合物的分解，造成井眼直径扩大、产生气窜、影响泥浆顶替效率等问题，最终对固井质量造成影响。此外，天然气水合物的分解还会造成异常高压，产生井喷甚至井涌事故。尤其是深水浅层水合物层的封固面临的挑战更为严峻——要求水泥体系具有低温早强、低水化反应热。