煤层气井固井用低温早强剂及含其的固井用水泥浆

摘要

本发明提供了一种煤层气井固井用低温早强剂及含其的固井用水泥浆。该低温早强剂具有以下成分组成：1.5‑2.5重量份甲酸钙、0.20‑0.80重量份硫酸钙、0.30‑1.0重量份硫酸铝、0.20‑1.0重量份硅酸钠、0.20‑0.80重量份硫酸钠、0.10‑0.60重量份铝酸钠、0.30‑0.80重量份碳纳米管。本发明还提供了一种含上述煤层气井固井用低温早强剂的固井用水泥浆。本发明所提供的煤层气井固井用低温早强剂可在低温10℃条件下，12小时抗压强度能够达到3.5MPa以上，24小时能够达到10MPa以上，用于煤层气井固井作业中可以达到缩短煤层气井固井候凝时间，提高固井质量的目的。

权利要求

1.一种煤层气井固井用低温早强剂，该低温早强剂具有以下成分组成：

1.5-2.5重量份甲酸钙、0.20-0.80重量份硫酸钙、0.30-1.0重量份硫酸铝、0.20-1.0重量份硅酸钠、0.20-0.80重量份硫酸钠、0.10-0.60重量份铝酸钠、0.30-0.80重量份碳纳米管；其中，所述碳纳米管的管径为30-50nm，长度为10-30μm。

2.根据权利要求1所述的低温早强剂，其中，所述硫酸钙为半水硫酸钙。

3.根据权利要求1所述的低温早强剂，其中，所述硫酸铝为无水硫酸铝。

4.根据权利要求1所述的低温早强剂，其中，所述硅酸钠的模数为1。

5.根据权利要求1所述的低温早强剂，其中，所述硫酸钠为无水硫酸钠。

6.一种固井用水泥浆，其中，该水泥浆中含有权利要求1所述的低温早强剂。

7.根据权利要求6所述的固井用水泥浆，其中，以所述水泥浆中的水泥的重量计，所述低温早强剂的添加量为2％-6％。

说明书

煤层气井固井用低温早强剂及含其的固井用水泥浆

技术领域

[0001] 本发明涉及一种煤层气井固井用低温早强剂及含该低温早强剂的固井用水泥浆，属于油气井固井技术领域。

背景技术

[0002] 我国煤层气资源丰富，但煤层气井与常规油气井相比产量低，单井钻井投资较少。一般情况下，煤层气井浅，井底温度低，在低温条件下，一方面水泥因水化速度慢导致固井候凝时间长，候凝过程中易发生油气水侵，影响层间封固质量；另一方面，低温条件下水泥石强度发展缓慢、早期强度低，导致建井周期增长，增加成本，降低勘探开发经济效益。

[0003] 目前，煤层气井普遍采用G级油井水泥原浆固井，尤其是冬季固井施工，配浆水水温在0℃左右，表层套管固井、技术套管固井及打水泥塞固井施工结束后，水泥浆长时间处于低温状态，强度发展缓慢，候凝时间一般都在24h以上。

[0004] 个别井采用的油气井用低温早强剂适用温度一般都在25-30℃以上，针对浅层煤层气井固井，尤其是冬季施工，效果不明显。

[0005] 因此，需要使用适合煤层气井固井使用的低温早强剂，加快水泥在低温条件下的水化速度，促进水泥石早期强度发展，达到既能防止油气水侵，提高固井质量，又能缩短建井周期，降低成本的目的。

发明内容

[0006] 为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种煤层气井固井用低温早强剂，采用该低温早强剂能缩短煤层气井固井施工候凝时间，提高浅层煤层气井固井质量。

[0007] 为了实现这一目的，本发明提出了一种煤层气井固井用低温早强剂，具有以下成分组成：

[0008] 1.5-2.5重量份甲酸钙、0.20-0.80重量份硫酸钙、0.30-1.0重量份硫酸铝、0.20-1.0重量份硅酸钠、0.20-0.80重量份硫酸钠、0.10-0.60重量份铝酸钠、0.30-0.80重量份碳纳米管。

[0009] 在上述低温早强剂中，优选地，所述硫酸钙为半水硫酸钙。

[0010] 在上述低温早强剂中，优选地，所述硫酸铝为无水硫酸铝。

[0011] 在上述低温早强剂中，优选地，所述硅酸钠的模数为1。

[0012] 在上述低温早强剂中，优选地，所述硫酸钠为无水硫酸钠。

[0013] 在上述低温早强剂中，优选地，所述碳纳米管的管径为30-50nm，长度为10-30μm。

[0014] 本发明所提供的低温早强剂成分中的甲酸钙、硫酸钙、硫酸铝、硅酸钠、硫酸钠、铝酸钠是通过化学作用促进水泥中硅酸钙等水化作用；碳纳米管由于自身的微纳米结构，能够有效填充在水泥颗粒之间的孔隙中，可以有效提高水泥石的密实程度，提高水泥石抗压强度，属于物理作用。

[0015] 本发明提供的煤层气井固井用低温早强剂的制备方法如下：

[0016] 按比例称取甲酸钙、硫酸钙、硫酸铝、硅酸钠、硫酸钠、铝酸钠、碳纳米管，依次将称量好的上述材料加入混合机内，混合均匀，即得到低温早强剂。

[0017] 本发明还提供了一种固井用水泥浆，其中，该水泥浆中含有上述的低温早强剂。

[0018] 在上述固井用水泥浆中，优选地，以水泥浆中的水泥的重量计，所述低温早强剂的添加量为2％-6％。

[0019] 本发明所提供的煤层气井固井用低温早强剂可在低温10℃条件下，12小时抗压强度能够达到3.5MPa以上，24小时能够达到10.0MPa以上。

[0020] 此外，本发明还有以下优势：

[0021] 1、本发明所提供的煤层气井固井用低温早强剂适用于国际G级、A级水泥，可与粉煤灰、漂珠等减轻剂一起使用，以配制出符合不同低密度要求的水泥浆，对水质无特殊要求。

[0022] 2、现有早强剂大部分增稠作用明显，本发明的低温早强剂无明显增稠，不含氯离子，有利于固井安全施工及保护煤层气井套管。

[0023] 3、本发明的低温早强剂材料来源广泛，且无毒无害，对环境无污染。

附图说明

[0024] 图1是对实施例2的低温早强剂在20℃进行稠化实验的稠化曲线；

[0025] 图2是对实施例2的低温早强剂在30℃进行稠化实验的稠化曲线。

具体实施方式

[0026] 为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

[0027] 实施例1

[0028] 本实施例提供了一种煤层气井固井用低温早强剂，其是通过以下步骤制备的：

[0029] 按甲酸钙：硫酸钙：硫酸铝：硅酸钠：硫酸钠：铝酸钠：碳纳米管＝2:0.3:0.5:0.5:0.5:0.2:0.3的质量比，依次将称量好的上述材料加入混合机内，混合均匀，得到低温早强剂，记为ZQJ-1。

[0030] 实施例2

[0031] 本实施例提供了一种煤层气井固井用低温早强剂，其是通过以下步骤制备的：

[0032] 按甲酸钙：硫酸钙：硫酸铝：硅酸钠：硫酸钠：铝酸钠：碳纳米管＝2.2:0.4:0.4:0.5:0.4:0.1:0.5的质量比，依次将称量好的上述材料加入混合机内，混合均匀，得到低温早强剂，记为ZQJ-2。

[0033] 实施例3

[0034] 本实施例提供了一种煤层气井固井用低温早强剂，其是通过以下步骤制备的：

[0035] 按甲酸钙：硫酸钙：硫酸铝：硅酸钠：硫酸钠：铝酸钠：碳纳米管＝1.8:0.3:0.6:0.6:0.4:0.3:0.7的质量比，依次将称量好的上述材料加入混合机内，混合均匀，得到低温早强剂，记为ZQJ-3。

[0036] 测试例1

[0037] 对实施例2的低温早强剂ZQJ-2的早强功能进行测试，按照以下步骤进行：

[0038] 在山西威顿G级水泥中加入低温早强剂ZQJ-2，按GB/T 19139-2003标准制备水泥浆，水灰比为0.44，水泥浆密度为1.90。测定水泥浆在不同养护温度下的抗压强度，低温早强剂的添加量、养护温度以及评定结果见表1。

[0039] 表1低温早强剂在不同温度下对水泥石抗压强度的影响(常压)

[0040]

[0041] 由表1的结果可以看出，本发明的低温早强剂能显著提高G级油井水泥在低温条件下的抗压强度，当温度越低时，抗压强度增幅越明显，说明本发明的低温早强剂具有优异的低温早强功效，有利于缩短浅层煤层气井固井候凝时间，降低成本。

[0042] 测试例2

[0043] 对实施例2提供的低温早强剂ZQJ-2进行水泥浆的稠化实验，其中，实验温度为20℃，实验压力为10MPa，升温时间为10min，稠化时间为180min/70Bc，水泥浆中，低温早强剂添加量占水泥质量的4％，水灰比为0.44，具体稠化曲线如图1所示。

[0044] 将实验温度调整为30℃、稠化时间调整为143min/70Bc，其他参数同上，重复进行稠化实验，具体稠化曲线如图2所示。

[0045] 由图1和图2可以明显地看出：实施例2提供的低温早强剂可以明显缩短低温条件下水泥浆的稠化时间，有利于提高水泥石低温下早期强度，并且从稠化曲线中可以看出低温早强剂对水泥浆无增稠作用，利于现场施工。

[0046] 对比例

[0047] 对三种不同组成的低温早强剂的相关性能进行对比，其中，三种低温早强剂的具体组成如下所示：

[0048] 低温早强剂A：甲酸钙：硫酸钙：硫酸铝：硅酸钠：硫酸钠：铝酸钠＝2.2:0.4:0.4:0.5:0.4:0.1；

[0049] 低温早强剂B：碳纳米管；

[0050] 低温早强剂C(实施例2的低温早强剂ZQJ-2)：甲酸钙：硫酸钙：硫酸铝：硅酸钠：硫酸钠：铝酸钠：碳纳米管＝2.2:0.4:0.4:0.5:0.4:0.1:0.5。

[0051] 其中，低温早强剂A的制备参考实施例2进行。

[0052] 将上述三种低温早强剂分别加入水泥浆中，测试不同成分的低温早强剂对水泥石抗压强度的影响，相关测试在常压下进行，测试参数以及结果如表2所示。

[0053] 表2不同成分的低温早强剂对水泥石抗压强度的影响(常压)

[0054]

[0055] 从表2中可以看出：本发明所提供的低温早强剂的物理作用和化学作用的协同效应：低温早强剂配方中同时含有起化学作用和物理作用的成分(甲酸钙、硫酸钙、硫酸铝、硅酸钠、硫酸钠、铝酸钠、碳纳米管)比低温早强剂配方中只含有起化学作用的成分(甲酸钙、硫酸钙、硫酸铝、硅酸钠、硫酸钠、铝酸钠)及只含有起物理作用的成分(碳纳米管)的水泥石抗压强度高。