[发明专利]一种液态胶体填充低温固井水泥浆体系

说明书

技术领域

本发明涉及一种液态胶体填充低温固井水泥浆体系，属于油气井固井技术领域。特别适用于低温、低破裂压力、易发生水-气窜的深水浅层固井作业，也可用于陆上油田寒冷地区表层段固井。

背景技术

随着全球陆上油气资源开发的日趋成熟，油气产量不断递减，油气资源勘探开发的方向不断转向海洋油气。全球海洋油气资源蕴藏量约为1000亿吨，已探明储量380多亿吨，天然气蕴藏量约为140万亿立方米，已探明储量约为40万亿立方米。目前己探明的海洋油气储量的80％还是集中在500米水深以内的近大陆架区域，这说明在深水(500米～1500米)甚至超深水(1500米以上)的海底还蕴藏着未勘探开发的丰富油气资源。我国海洋油气资源同样十分丰富，在我国南海海域，石油地质资源量在230亿至300亿吨之间，天然气总地质资源量约为16万亿立方米，占中国油气总资源量的1/3。伴随着我国海洋战略的不断推进，未来我国的深水油气勘探开发前景广阔。

固井技术是钻完井作业的核心技术之一，优质的固井作业可以更好的保障油气资源的安全高效开发。与常规陆上固井相比，深水固井面临着诸多的挑战，如低温、浅层水-气窜、地层易被压漏和水合物分解等。深水海底的泥线温度大约为4℃。低温会抑制水泥水化速率，以及为满足弱胶结地层固井需要采用加中空微珠或增大水灰比的方式以获得低密度水泥浆，这些因素都不利于水泥的水化反应。致使水泥浆由液态转变为固态的过渡时间延长，水泥浆长时间处于胶凝失重状态，如果地层存在浅层流(水/气)时，甚至会造成气侵气窜，导致固井失败。同时，低温使水泥浆凝结时间变长并且水泥石抗压强度发展缓慢，增加候凝时间和浅部地层受到浆体的浸泡时间，容易造成井壁稳定性变差，严重影响了固井质量和作业安全，候凝时间的延长也会增加建井成本。

因此，深水低温固井水泥浆所需基本性能要求为：①较低的水泥浆密度；②低温下较短的过渡时间和优良的早期强度；③水泥与套管和地层的密封和胶结等长期性能好；④较好的流变性能和顶替效率高。

目前，关于深水低温固井水泥体系主要有：①快硬水泥体系，这类水泥体系包括高铝水泥体系、硫铝酸盐水泥体系，如CN101054513A、CN105733519A和CN101974317A；②泡沫水泥体系，如CN103525387A、CN104946220A；③G级水泥与超细水泥、超细颗粒粒径优化水泥体系，如CN105462571A、CN101747880A、CN101126018和CN101463248；④超细矿渣水泥体系，如CN102827593A。其中快硬水泥体系早期强度发展迅速，但是存在稠化时间短，不易调节的问题，并且快硬水泥成本较高；泡沫水泥浆体系浆体中由于泡沫的存在，使得水泥浆的稳定性变差，水泥石早期强度和最终强度较低，而且泡沫水泥浆体系需要额外的设备和技术人员，施工成本较高；加入超细水泥或超细颗粒的粒径优化水泥体系在低温、低密度条件下很难获得较好的防窜能力和早期强度；超细矿渣水泥体系存在流变性较差，后期强度无法保证的问题。因此开发出一种低成本，在低温条件下具有低密度、高早期强度、防气窜性能优异的深水固井水泥体系具有重要意义。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种液态胶体填充低温固井水泥浆体系，该水泥浆体系具有密度低、早期强度高、防气窜能力优越和流变性好的特性。可以有效解决深水表层段固井所面临的低温、低破裂压力、易发生水-气窜的难题。

本发明提供的液态胶体填充低温固井水泥浆体系，由以下重量份的组分制备而成：

硅酸盐水泥100份；

超细硅酸盐水泥80～120份；

空心玻璃微珠10～30份；

微硅10～20份；

液态胶体8～12份；

早强剂2～6份；

减阻剂1～2份；

降失水剂4～8份；

消泡剂1～2份；

水120～150份。

优选地，所述硅酸盐水泥为早强型，标号为P.O 52.5R。

优选地，所述超细硅酸盐水泥可以为标号为P.O 42.5、P.O 52.5的硅酸盐水泥精细研磨而成，其平均粒径为4-8um。

优选地，所述空心玻璃微珠为中钢集团马鞍山矿院新材料科技有限公司生产的Y8000系列高性能空心玻璃微珠，真实密度0.6g/cm^-3，抗压强度55MPa，中间粒径55um。

优选地，所述微硅的平均粒径为0.5～1um，Si0₂质量含量≥95％，属未加密型。