[发明专利]适用于低温固井用致密韧性防气窜水泥浆体系及其组成

说明书

本发明涉及油气田钻井固井技术领域，具体公开了一种适用于低温固井用致密韧性防气窜水泥浆体系及其组成，所述水泥浆体系包括如下质量份的组分：油井水泥100份，中空玻璃微珠0～25份，纳米二氧化硅2.0～5.0份，水性环氧树脂2.5～12.0份，水性环氧固化剂3.1～15.5份，降失水剂0.6～1.2份，减阻剂0.40～0.85份，复合早强剂2.0～5.5份，消泡剂0.2～0.6份，水45～60份。所述水性环氧树脂为一种改性水性环氧树脂乳液，该改性水性环氧树脂是通过自由基共聚的方法在环氧树脂分子链上引入了甲基丙烯酸类单体，能够在低温下显著提升水泥浆体系的防气窜性能。该水泥浆体系密度较低且可调，固化后具有高强、低弹的优异力学性能，各指标完全可以满足现场固井的要求，为海洋深水浅层固井提供技术保障。

技术领域

本发明涉及油气田钻井固井技术领域，尤其涉及一种特别适用于海洋深水固井的致密韧性防气窜水泥浆体系。

背景技术

我国海洋蕴藏着十分丰富的石油与天然气资源。南海的石油与天然气资源量约占我国油气资源总量的1/3，并且我国海洋油气整体处于勘探的早中期阶段，资源基础雄厚，产业化潜力较大，是未来我国能源产业发展的重点，但目前深水钻井作业还存在许多不同于陆地钻井的挑战与技术难题。深水固井作业作为海洋油气资源开采的安全保障而显得尤其重要，相比陆地钻井，深水表层段固井面临着低温、浅层水-气流动等复杂问题。

海底的异常高压砂层以及天然气水合物分解等现象导致的浅层水-气流动问题使深水固井面临着严重的挑战。常规水泥浆体系在低温下还存在水化速度缓慢、强度发展缓慢、渗透性高等诸多弊端，不能满足复杂浅层固井的要求。并且，水泥浆在侯凝过程中，随着水化反应的不断进行，水泥浆的静胶凝强度不断发展，导致水泥浆逐渐失去传递静液柱压力的能力，发生“胶凝失重”现象，从而导致环空静液柱压力逐渐降低，当水泥浆液柱压力与地层压力失去平衡，环空静液柱压力与气窜阻力叠加之和小于地层压力时，浅层的水、气就会进入环空中发生水窜、气窜。因此，想要阻止环空气窜、水窜现象的发生，缩短水泥浆静胶凝强度从48～240Pa的过渡时间是关键所在。

公开号为CN102618231的中国专利公开了一种低温浅层防窜水泥浆，该防窜水泥浆中加入了一定量的三异丙醇胺、氯化钙、醋酸乙烯乳液与丁苯胶乳，通过水泥浆体系中各组分的相互作用优化了水泥浆体系性能，改变了水泥水化产物的界面取向等。该水泥浆使用温度为10℃～60℃，具有低温早强、稠化时间可调、提高界面胶结性能等优点，但胶乳加量过大时会导致水泥石抗压强度的损失。

公开号为CN104610948A的中国专利中，将90％的磷铝酸盐水泥和10％的超细活性矿渣组成调和水泥，并搭配以其他添加剂配置成适用于深水浅层固井的磷铝酸盐水泥浆体系，具有低温早强，直角稠化等优点，缺点是磷铝酸盐水泥浆与其他油井水泥外加剂的配伍性较差。

公开号为CN101974317A的中国专利公开了一种深水固井用硫铝酸盐水泥浆，其组分由由硫铝酸盐水泥、减轻剂、降失水剂、分散剂、促凝剂、缓凝剂和水组成，在水泥浆密度1.40g/cm³，3℃和21MPa下养护24h，水泥石抗压强度为4.1MPa，15℃和21MPa下养护12h水泥石抗压强度为3.0MPa。硫铝酸盐水泥浆还存在成本较高的问题，且和磷铝酸盐水泥浆同样与其他油井水泥添加剂配伍性较差。

树脂作为一种固化后，有较高的抗压强度和低弹性模量、抗腐蚀及提高环空界面胶结方面具有较好的效果而在固井行业中逐渐被关注。不同的水性环氧树脂固化体系可以在低温、室温、中温和高温下固化，水性环氧树脂的固化速率与固化剂关系密切，因此即使在低温下也可以通过调节固化剂活性提高反应速率来实验固化时间的可调。树脂在固化后还可以拥有较高的抗压强度和低弹性模量、抗腐蚀及提高环空界面胶结效果等优点，可以解决防气窜水泥浆体系常用的胶乳在低温下影响水泥强度发展的问题。在环氧树脂水泥石中，水性环氧树脂树脂以膜状物形式存在于树脂水泥石中，膜部分填充在水泥石内部孔隙内，使其更加致密，改善水泥石的孔隙度，增大气侵阻力以减少气窜发生概率，而且环氧树脂可以增强水泥石的韧性，降低脆性，以减少水泥石受到外力影响产生微裂隙、微裂缝而导致气窜的概率。