低温低密度固井水泥浆 【技术领域】
本发明涉及一种用于海洋深水固井作业的水泥浆。
背景技术
海洋深水油田开发是一项需要大量的先进勘探开发技术作为支撑手段的油田开发过程，而钻井程序中的固井作业是其中很重要的一环。海洋深水具有温度低、压力高的特点，在许多深水开发区块，由于深水地质沉积的特殊性，地层破裂压力较低，泥水分界面以下易于伴生天然气水合物，并且常存在浅层流，给钻井作业及固井带来了挑战，需要针对不同的深水井场情况，采用不同的固井技术措施。对于复杂的深水地层情况，固井作业过程中遇到的问题主要表现在：
1、温度低，水泥水化慢；
2、地层破裂压力低，水泥浆易于漏失；
3、浅层流的存在，易于发生压力失控；
4、气体水合物的存在，在固井作业过程中可能产生水合物的释放。
海洋深水由于低温环境的存在，使得水泥浆的凝固性能变得很差，固井质量及流体窜的控制变得更为困难。在深水情况下，水泥浆的低温性能和防窜能力是水泥浆体系主要的基本的性能要求。
对于低温和浅层流同时存在的复杂情况，国外广泛采用低温低密度水泥浆体系解决固井作业问题。低温低密度水泥浆是一种适合在寒冷地区和地层压力较低的地区使用的水泥浆体系，它通过在水泥浆中混入一定比例的低密度填充介质，降低水泥浆的密度而实现。与常规密度水泥浆相比，低温低密度水泥浆强度相对较低，密度低、热导率低、且呈现直角凝固特点。其直角凝固特征(RAS)在海洋深水固井，特别是地层可能具有潜在浅层流的井场条件下，具有很重要的意义；其过渡期的快速稠度变化，降低了浅层流的发生几率。
目前低温低密度水泥浆体系中主要包括有泡沫水泥浆等，泡沫水泥浆是用机械方法在传统水泥浆中按比例充入一定量的氮气或者通过化学发泡的方法直接使水泥浆中产生气体，形成带有稳定泡沫的低密度水泥浆。泡沫水泥浆的不足之处是对施工要求很高，机械充氮需要额外的供氮设备、控制设备及专门操作人员；而化学发泡很难控制发气的速度和数量。低温低密度水泥浆不存在以上缺陷，利用常规注水泥设备就可以完成作业，相对费用较低。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于提供一种低温低密度固井水泥浆，避免了低温泡沫水泥浆存在的不足，可控性好，作业程序简单。
本发明的一种低温低密度固井水泥浆包括如下组分：高强水泥40.0～62.3％、水29.1～35.0％、促凝剂0.1～0.6％、缓凝剂0.6～0.9％、降滤失剂4.4～5.2％、分散剂0.1～0.3％、稳定剂0.1～0.3％、辅助减轻剂2～20％；其中，所述百分比为重量百分比。
优选地，所述降滤失剂包括如下组分：水66～84.6％、N，N-二甲基丙烯酰胺1～4％、2丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸12～25％、(NH4)2S2O80.1～0.3％、乙二胺四乙酸0.3～0.7％、NaOH2～4％；其中，所述百分比为重量百分比。
优选地，所述辅助减轻剂为空心微珠。
优选地，所述高强水泥为粗高强水泥和/或细高强水泥。
本发明的低温低密度固井水泥浆与低温泡沫水泥浆相比，不需要特殊设备进行注水泥作业，利用常规固井设备即可完成；其稠化时间更易控制，作业程序更为简单。
【具体实施方式】
实施例1 1.70g/cm3水泥浆
首先制备降滤失剂，按照去离子水1200g、NNDMAM(N，N-二甲基丙烯酰胺)30.0g、AMPS(2丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸)264g、(NH4)2S2O81.5g、EDTA(乙二胺四乙酸)7.5g、NaOH60.0g称取各组分。制备步骤如下：将去离子水倒入2000ml烧杯中，再将NNDMAM、AMPS、(NH4)2S2O8、EDTA依次溶入到水中；然后通N220～40分钟，加热到60℃开始反应，加热到90℃时停止加热，控制反应温度低于90℃，在70～85℃之间保温2小时，出料，再加入固体NaOH调整PH为中性，产品颜色呈现淡黄色。所制备的聚合物其固含大约20～30％左右。
其次，配制水泥浆：用水泥浆搅拌杯量取水(为了配置方便，也可以选择海水)280g，放在瓦林搅拌器上边搅拌边依次加入促凝剂2.0g、缓凝剂6.4g、稳定剂6g、降滤失剂42g、分散剂1.8g，配成混合水；然后再量取高强水泥280g和辅助减轻剂20g，混匀后边搅拌边加入混合水中，配成水泥浆。
上述分散剂可选择醛酮缩合物等，促凝剂可选择无机盐、有机化合物、复合促凝早强体系等，缓凝剂可选择木质素糖类、有机酸、糖类衍生物等，稳定剂为硼砂，减轻辅助剂为空心微珠。
本实施例低温低密度水泥浆的测试结果如下表1。
表1密度1.70g/cm3水泥浆
稠度及稠化时间 BC，min 失水 ml 强度 MPa(24h) 20℃ 27℃ 35℃ 25℃ 3℃ 28℃ 30 70 100 30 70 100 30 70 100 80 19.20 23.70 200 206 210 114 116 119 64 68 71
从上表可知，水泥浆的低温强度很高，24h强度，3℃为6.1MPa，28℃为8.2MPa，是泡沫水泥浆的3倍左右。该水泥浆不仅有较高的低温强度，而且注水泥作业不需要特殊设备，常规固井设备即可完成作业；其稠化时间更易控制，作业程序更为简单。
实施例2 1.40g/cm3水泥浆
首先制备降滤失剂，按照水1036g、NNDMAM(N，N-二甲基丙烯酰胺)62.0g、AMPS(2丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸)392g、(NH4)2S2O84.7g、EDTA(乙二胺四乙酸)11.0g、NaOH62.7g称取各组分，然后按照实施例1的制备方法进行制备。
其次，按照：细高强水泥360g、水240g、促凝剂1g、缓凝剂6.4g、降滤失剂36g、分散剂1g、稳定剂3.6g、辅助减轻剂70g称取各组分，其余实施方式同实施例1。
本实施例的低温低密度固井水泥浆的测试结果如下表2。
表2 密度1.40g/cm3水泥浆
稠度及稠化时间 BC，min 失水 ml 强度 MPa(24h) 20℃ 27℃ 30℃ 25℃ 3℃ 28℃ 30 70 100 30 70 100 30 70 100 52 15.6 18.6 190 200 205 110 113 119 60 66 69
实施例3 1.30g/cm3水泥浆
首先制备降滤失剂，按照水1327g、NNDMAM(N，N-二甲基丙烯酰胺)15.7g、AMPS(2丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸)188g、(NH4)2S2O81.6g、EDTA(乙二胺四乙酸)4.7g、NaOH31.4g称取各组分，然后按照实施例1的制备方法进行制备。
其次，按照粗细高强水泥300g(50％细、50％粗，该比例为重量百分比)、水240g、促凝剂1.2g、缓凝剂5.8g、降滤失剂36g、分散剂0.9g、稳定剂3g、辅助减轻剂100g称取各组分，其余实施方式同实施例1。
本实施例的低温低密度固井水泥浆的测试结果如下表3。
表3 密度1.30g/cm3水泥浆
稠度及稠化时间 BC，min 失水 ml 强度 MPa(24h) 20℃ 27℃ 35℃ 25℃ 3℃ 28℃ 30 70 100 30 70 100 30 70 100 80 10.1 15.3 181 190 199 106 108 110 64 66 67
实施例4 1.20g/cm3水泥浆
首先制备降滤失剂，按照水1254g、NNDMAM(N，N-二甲基丙烯酰胺)32g、AMPS(2丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸)222g、(NH4)2S2O83.1g、EDTA(乙二胺四乙酸)6.0g、NaOH50.5g称取各组分，然后按照实施例1的制备方法进行制备。
其次，按照：细高强水泥270g、水240g、促凝剂1.3g、缓凝剂5.2g、降滤失剂36g、分散剂1g、稳定剂2.7g、辅助减轻剂130g称取各个组分，其余实施方式同实施例1。
本实施例的低温低密度固井水泥浆的测试结果如下表4。
表4 密度1.20g/cm3水泥浆
稠度及稠化时间 BC，min 失水 ml 强度 MPa(24h) 20℃ 27℃ 30℃ 25℃ 3℃ 28℃ 30 70 100 30 70 100 30 70 100 88 8.3 10.0 171 178 185 110 112 115 62 67 69