一種防硫化氫腐蝕的油井水泥外加劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及石油固井過程中防硫化氫腐蝕的油井水泥外加劑的制備方法，主要用 于高含硫的油氣井固井水泥漿設(shè)計，提高水泥石抗H2S腐蝕能力。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著油氣開發(fā)度的不斷加大，高含硫油氣井的數(shù)量越來越多，H2S作為天然氣生 產(chǎn)中的伴生氣存在于地層中。四川氣田中80%為酸性天然氣，天然氣中H 2S含量大多在 1 % -13%之間，最高可達(dá)35%。我國H2S含最高的酸性氣田為華北趙蘭莊油氣田，含量最高 可達(dá)92%。H 2S的存在降低了水泥石的堿性，造成水泥環(huán)及套管的腐蝕穿孔和生產(chǎn)油管的 腐蝕斷裂。隨著腐蝕程度的增大，水泥石中膠結(jié)性組分減少，孔隙結(jié)構(gòu)破壞，滲透率變大，抗 壓強度降低甚至完全喪失，并可能誘發(fā)其他井下事故。高含H 2S等酸性物質(zhì)對水泥石腐蝕 嚴(yán)重，環(huán)空水泥環(huán)形成腐蝕通道后易發(fā)生氣竄，出現(xiàn)井口環(huán)空帶壓，給油氣井的安全生產(chǎn)帶 來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，對周圍生命、財產(chǎn)和環(huán)境造成了極大破壞。水泥環(huán)被腐蝕后可引起套管的腐 蝕，加快結(jié)束了套管等井下其他金屬工具的使用壽命，由此也帶來巨大的經(jīng)濟損失，2012年 我國石油工業(yè)每年由于腐蝕造成的損失超過400億元。
[0003] 微硅、粉煤灰、礦渣均可用于提高水泥石耐腐蝕性能，但是這些外摻料的加入對水 泥石防腐蝕的長期效果并不理想。防硫化氫腐蝕的TH樹脂等有機高聚物水泥漿體系也被 用于提高水泥石耐腐蝕性能，但這種水泥漿體系在高含鹽地層和高溫條件下有機物性質(zhì)不 穩(wěn)定，會失去防腐蝕作用。
[0004] 為了改善和提高水泥石在H2S介質(zhì)下的長期結(jié)構(gòu)完整性和密封性，急需開發(fā)新的 抗腐蝕水泥漿體系，解決水泥環(huán)長期抗腐蝕問題，實現(xiàn)氣井的安全生產(chǎn)和延長氣井壽命。本 發(fā)明提供一種防H 2S腐蝕的油井外加劑的制備方法，該外加劑能與H2S反應(yīng)形成致密的保護 層阻止H2S進一步向水泥石內(nèi)部擴散。提高油井水泥石的抗腐蝕性能，在高溫及地層水豐 富的條件下也能發(fā)揮作用，進而達(dá)到安全高效生產(chǎn)的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種防硫化氫腐蝕的油井水泥外加劑的制備方法，原理可 靠，操作簡便，原料易得，產(chǎn)物收率較高，將制備的外加劑加入到油井水泥漿中，有效提高水 泥石防H 2S腐蝕的能力，可在130°C高溫條件下使用，耐鹽性強，并且對水泥漿工程性能無不 利影響。
[0006] 為達(dá)到以上技術(shù)目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。
[0007] -種防硫化氫腐蝕的油井水泥外加劑的制備方法，依次包括以下步驟：
[0008] (1)海泡石的處理
[0009] 將海泡石加入10倍體積的水中，攪拌20分鐘，海泡石在上層懸浮液中，取上層液， 抽濾并用蒸餾水洗滌后，置于烘箱140°C條件下真空干燥3小時，粉粹成500目粉末，將該粉 末與20倍體積的水加入反應(yīng)釜中，在120-220°C攪拌1小時，分離干燥，再于60°C用2-5質(zhì) 量％的鹽酸進行活化處理1小時后，經(jīng)140°C干燥即得活化海泡石，在600°C煅燒1小時。 [0010] (2)納米堿式碳酸鋅的制備
[0011] 將100mL，濃度為2moL/L的ZnCl2溶液倒入500mL三口燒瓶中，同時加入50mL的異 丙醇，攪拌并加熱至70°C，將100mL，濃度為2m 〇L/L的似20)3溶液滴加于三口燒瓶中，并加 入IOg十二烷基三甲基溴化銨，反應(yīng)2-3小時后冷卻，用蒸餾水洗滌、抽濾，然后置于IKTC 真空干燥箱中干燥，即得納米堿式碳酸鋅。
[0012] (3)配制堿式碳酸鋅溶液
[0013] 取20g納米堿式碳酸鋅加入到100mL，濃度為5-10質(zhì)量％的NaOH溶液中攪拌 10-30分鐘，形成堿式碳酸鋅溶液。
[0014] (4)利用電泳技術(shù)使Zn2+均勻吸附于海泡石表面及孔隙中
[0015] 將堿式碳酸鋅溶液置于電解池陽極池中，再將處理過的海泡石置于含有3-5質(zhì) 量％的HCl溶液的陰極池中，電解池中間用離子透過性膜聯(lián)通，通電，電流為10mA，10-30分 鐘后取出海泡石溶液，過濾后在140°C烘箱中真空烘干2小時，研磨成500-800目粉末，即為 油井水泥外加劑。
[0016] 上述物質(zhì)在市場上均有銷售。
[0017] 上述對海泡石的處理使海泡石具有更好的孔隙分布以及吸附性，異丙醇的作用在 于提高溶液的分散性，十二烷基三甲基溴化銨的作用是降低堿式碳酸鋅的結(jié)晶度，并可調(diào) 節(jié)PH值有利于堿式碳酸鋅的形成。
[0018] 該外加劑在水泥漿中分散性良好，與H2S反應(yīng)形成致密的保護層阻止H2S進一步向 水泥石內(nèi)部擴散。并且這種特殊處理的外加劑避免了與H 2S發(fā)生激烈的反應(yīng)，可以長期發(fā) 揮作用，提高油井水泥的防腐蝕性能，此外本發(fā)明在一定的高溫下仍然具有效果。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的生產(chǎn)過程操作簡便，成本低廉，且效果明顯，配伍性好， 便于工程應(yīng)用。在油井水泥中加入該外加劑后，改善了水泥石力學(xué)性能以及孔隙結(jié)構(gòu)：
[0020] (1)對水泥石前期抗壓強度影響小，最高降低6%，能滿足工程要求；
[0021] (2)水泥石腐蝕后強度比凈漿強度高，最高是凈漿水泥石的2. 7倍；
[0022] (3)腐蝕后加有該外加劑的水泥石滲透率明顯比未加該外加劑的水泥石低，最高 降低了 35. 71%。
【具體實施方式】
[0023] 下面根據(jù)實施例，進一步說明本發(fā)明。
[0024] 以下如無特別說明，各物質(zhì)的百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，份數(shù)均為質(zhì)量份。
[0025] 實施例1
[0026] 配制過程參數(shù)：
[0027] 海泡石與水混合體積比：1:10 ;
[0028] 海泡石混合液攪拌時間：20分鐘；
[0029] 海泡石烘干溫度：140°C ;
[0030] 海泡石烘干時間：3小時；
[0031] 海泡石粉粹后目數(shù)：500目；
[0032] 海泡石在反應(yīng)釜中加熱溫度：120°C ;
[0033] 海泡石在反應(yīng)釜中攪拌時間：1小時；
[0034] 鹽酸濃度：2% ;
[0035] 活化溫度：60°C ;
[0036] 海泡石煅燒時間：1小時；
[0037] 海泡石煅燒溫度：600°C ;
[0038] 異丙醇加量：50mL ;
[0039] 攪拌加熱溫度：70 °C ;
[0040] 十二烷基三甲基溴化銨加量：l〇g ;
[0041] 氯化鋅和碳酸鈉反應(yīng)時間：2小時；
[0042] 堿式碳酸性干燥溫度：IKTC ;
[0043] 電解液HCl溶液濃度：3 % ;
[0044] 通電時間：10分鐘；
[0045] 電流大小為：10mA;
[0046] 電泳后海泡石烘干溫度及時間：140°C、2小時；
[0047] 產(chǎn)品目數(shù)：500目。
[0048] 水泥漿基礎(chǔ)配方：嘉華G級水泥100份，降失水劑（蘭德石化生產(chǎn)2-丙烯酰胺 基-2-二甲基丙磺酸類聚合物）5份，液固比0.44。按照API 10標(biāo)準(zhǔn)配漿，比較不含外加劑 的水泥漿，和分別含〇.5%、1%、3%、5%外加劑的水泥漿體系形成水泥石的防腐蝕性能。
[0049] 將配好的水泥漿倒入準(zhǔn)備好的Φ25. 4mmX25. 4mm的環(huán)狀模具中，蓋好玻璃片 90°C下水浴鍋中養(yǎng)護48小時，脫模。同時將一部分水泥衆(zhòng)倒入5mmX 5mmX 5mm的