一種固井用早強(qiáng)泡沫水泥漿的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及石油鉆井工程領(lǐng)域，特別涉及低溫易漏地層固井用早強(qiáng)泡沫水泥漿。
【背景技術(shù)】
[0002] 泡沫水泥漿是采用直接在水泥漿中充氣的方法降低水泥漿密度，即以氣體作為減 輕劑達(dá)到降低密度的目的。1978年，美國S. Yamada等人試驗(yàn)并第一次成功地制造出油井用 泡沫水泥。八十年代，泡沫水泥的固井技術(shù)有了很大發(fā)展。研宄人員改進(jìn)了泡沫發(fā)生器，并 嚴(yán)格選擇表面活性劑作為穩(wěn)泡劑，使氣體以互相分離的均勻氣泡的形式穩(wěn)定分散于整個(gè)體 系中，制造出性能優(yōu)良的泡沫水泥漿。
[0003] 前蘇聯(lián)、美國、加拿大等地的油田以及一些海上油田，多次應(yīng)用泡沫水泥固井，成 功率較高。我國新疆也成功的應(yīng)用了泡沫水泥的固井技術(shù)。泡沫水泥漿為平衡壓力固井、 保護(hù)地層提供了條件，而且是典型的可壓縮體系，為克服"失重"現(xiàn)象發(fā)生，以及超長封固段 固井提供了可能。
[0004] 隨著石油資源的勘探開發(fā)的不斷拓展，目前勘探區(qū)域已經(jīng)向深海及寒冷地區(qū)發(fā) 展。深海固井時(shí)，表層溫度低、地層疏松，易發(fā)生漏失、淺層竄流等問題，而泡沫水泥漿具有 良好的防漏、防竄的能力，同時(shí)具有可壓縮性的特點(diǎn)，有利于保持水泥環(huán)的完整性，因此國 外深水表層固井廣泛采用了泡沫水泥漿技術(shù)。目前的泡沫水泥漿主要有機(jī)械發(fā)泡和化學(xué)發(fā) 泡兩種方法。國外主要采用機(jī)械發(fā)泡方法，機(jī)械充氣泡沫水泥漿需要設(shè)備多，工藝復(fù)雜，需 精心設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，不適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和控制將導(dǎo)致泡沫不穩(wěn)定而造成嚴(yán)重后果。
[0005] 在文章"適用于長慶油田固井的超低密度泡沫水泥漿"（《鉆井液與完井液》1997 年05期）研宄了化學(xué)發(fā)泡水泥漿，開發(fā)了發(fā)泡劑FCA、FCB和穩(wěn)泡劑FCF，采用以漂珠水泥 漿為基漿，加入FCA和FCB產(chǎn)生氮?dú)?，進(jìn)一步降低水泥漿密度，加入穩(wěn)泡劑FCF提高泡沫穩(wěn) 定性，配成超低密度泡沫水泥漿，使水泥漿密度可降至I. 20g/cm3。
[0006] 在專利CN103525387中公開了一種化學(xué)發(fā)泡水泥漿體系，其發(fā)泡劑1為含有氯、 氧、溴或氮的陰離子基團(tuán)與含有鉀、鈉、銨、鎂、鋰、鈣或鋁組成了陽離子基團(tuán)組成的易溶于 水的化合物，發(fā)泡劑2為含氮物質(zhì)配制的溶液，可為氯化銨、鹽酸羥胺、乙二胺等。該發(fā)明的 化學(xué)充氮泡沫水泥漿密度在〇. 80~I. 50g/cm3可調(diào)，可用于10~95°C范圍油氣井固井作 業(yè)。
[0007] 以上的化學(xué)發(fā)泡水泥漿均采用油井水泥配制基漿，而油井水泥在低溫下強(qiáng)度發(fā)展 緩慢，靜膠凝發(fā)展慢，影響水泥漿的防竄能力，導(dǎo)致固井質(zhì)量差，不能適應(yīng)低溫尤其深水表 層固井要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決是針對采用油井水泥配制的泡沫水泥在低溫下強(qiáng)度發(fā)展緩慢的 問題，提供一種滿足低溫易漏地層固井要求的早強(qiáng)泡沫水泥漿。
[0009] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0010] 一種固井用早強(qiáng)泡沫水泥漿，組分及質(zhì)量配比為：硫鋁酸鹽水泥100份、發(fā)泡劑 4~12份、穩(wěn)泡劑2~7份、緩凝劑1~3份、降失水劑3~5份，水30~40份。
[0011] 進(jìn)一步地，所述發(fā)泡劑由發(fā)泡劑A和發(fā)泡劑B組成，其中發(fā)泡劑A為2~6份，發(fā) 泡劑B為2~6份；所述的發(fā)泡劑A是由氯酸鉀、氯酸鈉、高氯酸鈉、氯酸鈣、硝酸鈣、硝酸鈉 和硝酸鉀中的一種或幾種組合，所述發(fā)泡劑B是由氯化銨、鹽酸羥胺、亞硝酸銨、甲酰胺、硫 酸銨和乙酰胺中的一種或幾種組合所配成質(zhì)量百分濃度為40~60%的溶液。
[0012] 進(jìn)一步地，所述穩(wěn)泡劑為N-十二烷基亞氨基二乙酸鈉脂肪醇、聚氧乙烯聚氧丙烯 嵌段聚醚和十六烷基三甲基氯化銨的混合物料，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算，N-十二烷基亞氨基二乙 酸鈉脂肪醇含量為30~60份，聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚含量為20~50份，十六烷基三 甲基氯化銨的含量為10~30份。
[0013] 進(jìn)一步地，所述緩凝劑為檸檬酸和有機(jī)膦酸的水溶液，其中以質(zhì)量百分比計(jì)，檸檬 酸為20~30 %，有機(jī)膦酸為20~30 %，水為40~60 %。
[0014] 進(jìn)一步地，所述的降失水劑是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸和烯丙基聚 氧乙烯醚的三元共聚物；三種單體以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸為40~ 50份，丙烯酸為30~50份，烯丙基聚氧乙烯醚5~20份。
[0015] 一種制備上述早強(qiáng)泡沫水泥漿的方法，將緩凝劑、降失水劑和水混合，水泥與發(fā)泡 劑A混合，然后將二者混合配制成水泥基漿；將發(fā)泡劑B和穩(wěn)泡劑配制成混合液，然后將混 合液與水泥基漿混合，即得。
[0016] 本發(fā)明提供的一種固井用早強(qiáng)泡沫水泥漿，密度在0. 55~I. 40g/cm3可調(diào)，并且 低溫強(qiáng)度發(fā)展快，可用于井底溫度為4~25°C的油氣井固井施工。具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0017] 1、本發(fā)明的固井用早強(qiáng)泡沫水泥漿采用硫鋁酸鹽水泥配制基漿在低溫下強(qiáng)度發(fā) 展快，可應(yīng)用于地層溫度為4°C甚至更低極地或深水表層固井。
[0018] 2、本發(fā)明的固井用早強(qiáng)泡沫水泥漿采用了新的穩(wěn)泡劑，解決了舊的穩(wěn)泡劑不適用 于硫鋁酸鹽水泥的問題，保證了泡沫水泥的的均勻和穩(wěn)定性。
[0019] 3、本發(fā)明的固井用早強(qiáng)泡沫水泥漿早期強(qiáng)度高，體系穩(wěn)定，過渡時(shí)間短，具有優(yōu)良 的防漏、防氣竄能力。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 一種固井用早強(qiáng)泡沫水泥漿，組分及質(zhì)量配比為：硫鋁酸鹽水泥100份、發(fā)泡劑 4~12份、穩(wěn)泡劑2~7份、緩凝劑1~3份、降失水劑3~5份，水30~40份。采用硫鋁 酸鹽水泥配制基漿以提高水泥漿的早期強(qiáng)度發(fā)展，采用發(fā)泡劑在水泥漿中充入氮?dú)饨档退?泥漿密度，加入高效泡沫穩(wěn)定劑提高泡沫的穩(wěn)定，使得泡沫在硫鋁酸鹽水泥能均勻分散保 持穩(wěn)定。
[0021] 所述發(fā)泡劑由發(fā)泡劑A和發(fā)泡劑B組成，其中發(fā)泡劑A為2~6份，發(fā)泡劑B為 2~6份；所述的發(fā)泡劑A是由氯酸鉀、氯酸鈉、高氯酸鈉、氯酸鈣、硝酸鈣、硝酸鈉、硝酸鉀 等化合物中的一種或幾種組合，所述發(fā)泡劑B是由氯化銨、鹽酸羥胺、亞硝酸銨、甲酰胺、硫 酸銨、乙酰胺、等物質(zhì)中的一種或幾種組合所配成質(zhì)量百分濃度為40~60%的溶液。采用 上述的發(fā)泡劑，可以在水泥漿中進(jìn)行完全反應(yīng)，不受溫度和壓力變化的影響，生成氣量大。
[0022] 所述穩(wěn)泡劑為N-十二烷基亞氨基二乙酸鈉脂肪醇、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚 和十六烷基三甲基氯化銨的混合物料，以質(zhì)量份數(shù)計(jì)算，N-十二烷基亞氨基二乙酸鈉脂肪 醇含量為30~60份，聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚含量為20~50份，十六烷基三甲基氯化 銨的含量為10~30份。上述三種物質(zhì)復(fù)配適用，可以從物理結(jié)構(gòu)，電荷分布及表面張力方 面形成復(fù)合效應(yīng)，提高泡沫在水泥漿的穩(wěn)定性。
[0023] 所述緩凝劑為檸檬酸和有機(jī)膦酸的水溶液，其中以質(zhì)量百分比計(jì)，檸檬酸為20~ 30%，有機(jī)膦酸為20~30%，水為40~60%。
[0024] 所述的降失水劑是一種2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸和烯丙基聚氧乙烯 醚的三元共聚物；三種單體按質(zhì)量份數(shù)計(jì)算為：2_丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸為40~50 份，丙烯酸為30~50份，烯丙基聚氧乙烯醚5~20份。
[0025] 本發(fā)明的固井用早強(qiáng)泡沫水泥漿在使用時(shí)，將緩凝劑、降失水劑和水混合均勻，水 泥與發(fā)泡劑A混合均勻成干料，然后將二者混合配制成水泥基漿；將發(fā)泡劑B和穩(wěn)泡劑配制 成混合液，然后將混合液與水泥基漿混合，形成本產(chǎn)品。
[0026] 實(shí)例 1