一種過飽和氯化鉀固井水泥漿的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種石油鉆井固井用水泥漿，具體涉及一種過飽和氯化鉀固井水泥 漿。
【背景技術】
[0002] 鹽層固井一直以來都是工程界的一大難題，至今仍然無法完全解決。鹽層固井的 復雜性主要表現在以下四個方面：一是在鉆井過程中，鹽層會發生溶解，發生塑性變形和蠕 動流動，近而形成不規則井眼，提高頂替效率較為困難；二是鹽在不同濃度、不同溫度環境 下，對水泥漿性能的影響復雜，采用普通水泥漿固井，會造成水泥漿中水向鹽層流動，井壁 易發生膨脹造成井徑擴大或失穩，同時使鹽層夾縫中泥頁巖含水量增加，密度下降，沿井眼 周圍產生微裂縫，因而泥頁巖強度降低，進一步產生嚴重的井眼不穩定問題；三是固井抗鹽 添加劑產品較少，鹽膏層固井水泥漿配方設計存在一定困難，實際固井中針對不同鹽巖層， 需要不同配方和特點的水泥漿體系來進行固井；四是針對含鉀石巖以及含石巖、石膏以及 芒硝的粉質泥巖地層固井，普通固井水泥漿與地層的膠結質量差，鹽層蠕變，套管承受非均 質載荷，使套管變形或被擠毀。
[0003] 為提高長段含石巖、石膏以及芒硝的粉質泥巖地層的固井質量，開發出一種能夠 與此類地層形成良好膠結的水泥漿顯得非常重要。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的是提供一種與鹽膏層具有良好膠結性能，并具有優異的抗鹽污和抗 鈣侵能力的過飽和氯化鉀固井水泥漿。該水泥漿能有效封固含鉀石巖以及含石巖、石膏以 及芒硝的粉質泥巖地層，水泥石具有較高抗壓強度和防竄性能能夠有效延長油氣井使用壽 命，保證復雜鹽膏層井段套管地層的有效封固；有效解決了常規水泥漿在復雜鹽膏層膠結 性能差、膠凝強度發展緩慢、早期強度低、不能有效抵御因鹽層地層蠕變引起的外擠力導致 厚壁套管變形的問題。
[0005] 本發明提供的過飽和氯化鉀固井水泥漿，它包括以下組份：高抗硫G級水泥、抗鹽 降失水劑、防腐劑、緩凝劑、水、氯化鉀、增強防竄劑和膨脹劑。
[0006] 上述固井水泥漿中，所述固井水泥漿中還包括加重劑。
[0007] 上述固井水泥漿中，其組成組分可為1)和2)中任一種：
[0008] 1)高抗硫G級水泥、加重劑、抗鹽降失水劑、防腐劑、緩凝劑、水、氯化鉀、增強防竄 劑和膨脹劑；
[0009] 2)高抗硫G級水泥、抗鹽降失水劑、防腐劑、緩凝劑、水、氯化鉀、增強防竄劑和膨 脹劑。
[0010] 上述固井水泥漿中，各組分所占重量份如下：
[0011] 尚抗硫G級水泥：100份
[0012] 加重劑：0?200份
[0013] 抗鹽降失水劑：5?15份
[0014] 防腐劑：6?15份
[0015] 緩凝劑：0.2?2份
[0016] 水：35 ?60 份
[0017] 氯化鉀：15?55份
[0018] 增強防竄劑：0.2?1份
[0019] 膨脹劑：0.25?1份。
[0020] 上述固井水泥漿具體可為下述1)-10)中任一種：
[0021] 1)由下述重量份的組分組成：
[0022] 高抗硫G級水泥：100份，加重劑：0?150份，抗鹽降失水劑：8?14份，防腐劑： 8?12份，緩凝劑：0.2?0.9份，水：35?47份，氯化鉀：19?27份，增強防竄劑：0.5份， 膨脹劑：〇. 5份；
[0023] 2)由下述重量份的組分組成：
[0024] 高抗硫G級水泥：100份，加重劑：0?80份，抗鹽降失水劑：8?11份，防腐劑： 8?10份，緩凝劑：0.2?0.6份，水：35?42份，氯化鉀：19?23份，增強防竄劑：0.5份， 膨脹劑：〇. 5份；
[0025] 3)由下述重量份的組分組成：
[0026] 高抗硫G級水泥：100份，加重劑：15?118份，抗鹽降失水劑：10?13份，防腐 劑：10?12份，緩凝劑：0.4?0.8份，水：38?45份，氯化鉀：21?25份，增強防竄劑：0.5 份，膨脹劑：0.5份；
[0027] 4)由下述重量份的組分組成：
[0028] 高抗硫G級水泥：100份，加重劑：52?150份，抗鹽降失水劑：11?14份，防腐 劑：8?10份，緩凝劑：0. 6?0. 9份，水：42?47份，氯化鉀：23?27份，增強防竄劑：0. 5 份，膨脹劑：0.5份；
[0029] 5)由下述重量份的組分組成：
[0030] 高抗硫G級水泥：100份，加重劑：0份，抗鹽降失水劑：8份，防腐劑：8份，緩凝劑： 0. 2份，水：35份，氯化鉀：19份，增強防竄劑：0. 5份，膨脹劑，0. 5份；
[0031] 6)由下述重量份的組分組成：
[0032] 高抗硫G級水泥：100份，加重劑：15份，抗鹽降失水劑：10份，防腐劑：10份，緩凝 劑：〇. 4份，水：38份，氯化鉀，21份，增強防竄劑：0. 5份，膨脹劑：0. 5份；
[0033] 7)由下述重量份的組分組成：
[0034] 高抗硫G級水泥：100份，加重劑：52份，抗鹽降失水劑：11份，防腐劑：12份，緩凝 劑：〇. 6份，水：42份，氯化鉀：23份，增強防竄劑：0. 5份，膨脹劑：0. 5份；
[0035] 8)由下述重量份的組分組成：
[0036] 高抗硫G級水泥：100份，加重劑：80份，抗鹽降失水劑：13份，防腐劑：12份，緩凝 劑：〇. 8份，水：45份，氯化鉀：25份，增強防竄劑：0. 5份，膨脹劑：0. 5份；
[0037] 9)由下述重量份的組分組成：
[0038] 高抗硫G級水泥：100份，加重劑：118份，抗鹽降失水劑：14份，防腐劑：12份，緩 凝劑：〇. 9份，水：47份，氯化鉀：27份，增強防竄劑：0. 5份，膨脹劑：0. 5份；
[0039] 10)由下述重量份的組分組成：
[0040] 高抗硫G級水泥：100份，加重劑：150份，抗鹽降失水劑：14份，防腐劑：12份，緩 凝劑：〇. 9份，水：47份，氯化鉀：27份，增強防竄劑：0. 5份，膨脹劑：0. 5份。
[0041] 上述固井水泥漿中，所述加重劑為赤鐵礦；所述赤鐵礦的粒徑為200目?1200目， 密度為4. 8?5. lg/cm3;可通過使用較少量的加重劑，獲得所要求密度的水泥漿，有利于水 泥漿流動性的調節，也有利于提高水泥石的早期強度。
[0042] 上述固井水泥漿中，所述抗鹽降失水劑為N，N-二甲基丙烯酰胺（NNDMA)、丙烯 酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物（AA-AMPS共聚物）、丙烯酰胺-2-丙烯酰胺-2-甲 基丙磺酸共聚物（AM-AMPS共聚物）和丙烯酰胺-丙稀酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共 聚物（AMPS/AM/AA三元共聚物）中的任一種；N，N-二甲基丙烯酰胺（NNDMA)可引入不易水 解基團，可增強耐高溫性能；AMPS耐溫耐鹽能力強，聚合活性高。AMPS/AM/AA三元共聚物具 有熱穩定性好，降濾失能力和抗溫抗鹽能力強，可很好地處理多種類型的水泥漿；
[0043] 所述共聚物的分子量為10萬?250萬；
[0044] 上述固井水泥漿中，所述防腐劑為活性二氧化硅與水的混合物，所述混合物為懸 濁液，所述活性二氧化硅是指活性在95%以上的無定形二氧化硅，通過將二氧化硅干燥、分 散后與水按照1 :1的比例混合，高速攪拌后制得。
[0045] 所述活性二氧化硅與水的質量比為1 :1 ;
[0046] 所述活性二氧化娃顆粒粒徑為0. 01?5 ym，利用納米SiO2表面多介孔結構和超 強的吸附能力以及奇異的理化特性，一方面能夠有效降低水泥石滲透率，另一方面能夠有 效增強水泥石抗壓強度，摻入水泥漿中具有很好的防腐效果，可有效降低對厚壁套管的腐 蝕。
[0047] 上述固井水泥漿，所述緩凝劑為酒石酸鉀鈉、硼酸和有機磷酸鹽中的至少一種，所 述有機磷酸鹽可為羥基乙叉二磷酸、羥基乙叉二磷酸鈉或羥基乙叉二磷酸鈣中的任一種， 所述緩凝劑用于調節水泥漿的稠化時間，在抗鹽降失水劑、膨化劑的綜合作用下，當水化反 應達到一定程度時，使水泥漿迅速過渡到凝結期，此時水泥漿稠度迅速上升，稠化曲線幾乎 呈直角，達到水泥漿的"直角稠化"理想狀態。
[0048] 上述固井水泥漿中，氯化鉀的加入具有穩定井壁，提高井壁強度的作用：主要表現 在，第一，氯化鉀具有良好的粘土膨脹性抑制性，可防止含有泥頁巖鹽膏層發生膨脹造成井 徑擴大或失穩的作用；第二，加入水后，形成的過飽和氯化鉀溶液易使近井筒地帶地層發生 脫水，孔隙壓力降低，有利于增加地層強度和近井筒有效應力。同時，過飽和氯化鉀還可有 助于水泥漿抵抗鹽膏層中芒硝，石膏，鈉、鉀、鎂等石鹽的影響。
[0049] 上述固井水泥漿中，所述水為去離子水或自來水。
[0050] 上述固井水泥漿中，所述增強防竄劑為三乙醇胺、二乙醇胺和三異丙醇胺中的任 一種與氯化鉀按質量比為10 :1的比例混合而成的混合物。三乙醇胺又名三羥乙基胺，是一 種無氯有機促凝劑，呈堿性，常用作水泥早強劑；三異丙醇胺主要用于水泥外加劑，用以提 高球磨效率、降低能耗、增加水泥強度，其后期強度優于三乙醇胺。二乙醇胺又名雙羥乙基 胺，主要用作酸性氣體吸收劑。任用其中一種與氯化鉀混合使用，均具有很好的增強防竄性 能。
[0051] 上述固井水泥漿中，所述膨脹劑為金屬氧化物；
[0052] 所述金屬氧化物為氧化鎂、氧化鈣、氧化鐵和氧化鋅中的至少一種；
[0053] 所述膨脹劑的粒徑可為10?26 y m。
[0054] 上述固井水泥漿中，利用過飽和溶液性質的不穩定性及具有介穩狀態的性質，在 硅酸鹽水泥中按配比加入抗鹽降失水劑、緩凝劑、增強防竄劑、膨脹劑、加重劑（可不加）、 水、氯化鉀，使該過飽和氯化鉀固井水泥漿體系具有以下優點：
[0055] (1)過飽和氯化鉀水泥漿具有穩定井壁，提高井壁強度的作用；主要體現在兩個 方面①氯化鉀具有良好的粘土膨脹性抑制性，防止含有泥頁巖鹽膏層發生膨脹造成井徑擴 大或失穩；②過飽和氯化鉀溶液易使近井筒地帶地層發生脫水，孔隙壓力降低，有利于增加 地層強度和近井筒有效應力。
[0056] (2)過飽和氯化鉀有助于水泥漿抵抗鹽膏層中芒硝，石膏，鈉、鉀、鎂等石鹽的影 響；
[0057] (3)通過優選水泥漿添加劑材料，水泥漿稠化時間可控，且溫度變化對稠化時間的 影響呈線性規律變化；
[0058] (4)氯化鉀具有較高的溶解度，過飽和氯化鉀水泥漿高密度的實現更容易，水泥漿