一种固井用早强剂及其制备方法

摘要

一种固井用早强剂，以重量百分比计，所述固井用早强剂包括33～66％的碱金属硫酸盐和/或碱土金属硫酸盐、1～15％的碱金属硅酸盐、5～15％的碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物、10～30％的乙二醇、0.3～2％的醇胺、0.1～1％的助剂、0.1‑2％的增稠剂和余量的水。本申请的固井用早强剂具有早强效果较好，利于保护环境及施工人员的安全，与常见固井水泥浆体系配伍良好，在低温环境下早强效果明显的优点。

权利要求

1.一种固井用早强剂，所述固井用早强剂包括以下重量百分比的各组分：所述碱土金属氢氧化物为Ca(OH)2；所述Ca(OH)2为粒径为50～1000nm的纳米Ca(OH)2。

2.根据权利要求1所述的固井用早强剂，其中，所述固井用早强剂包括以下重量百分比的各组分：

3.根据权利要求1或2所述的固井用早强剂，其中，所述碱金属硫酸盐选自由Li2SO4、Na2SO4和K2SO4组成的组，所述碱土金属硫酸盐为CaSO4。

4.根据权利要求3所述的固井用早强剂，其中，所述碱金属硫酸盐为Na2SO4。

5.根据权利要求1或2所述的固井用早强剂，其中，所述碱金属硅酸盐选的分子式为R2O·mSiO2，其中R为Na、K或Li，m＝1～6。

6.根据权利要求5所述的固井用早强剂，所述碱金属硅酸盐选的分子式R2O·mSiO2，其中m＝2～4。

7.根据权利要求1或2所述的固井用早强剂，其中，所述碱金属氢氧化物选自由NaOH、KOH和LiOH组成的组。

8.根据权利要求7所述的固井用早强剂，其中，所述Ca(OH)2粒径为200～500nm的纳米Ca(OH)2。

9.根据权利要求8所述的固井用早强剂，所述纳米Ca(OH)2通过下述方法制备：将氯化钙溶于水中，升温至60℃；

加入聚羧酸类分散剂；

滴加氢氧化钠溶液，抽滤。

10.根据权利要求9所述的固井用早强剂，其中，所述纳米Ca(OH)2的制备还包括：将抽滤得到的固体用乙醇和去离子水冲洗并抽滤5～10次，即得到所述纳米Ca(OH)2。

11.根据权利要求1或2所述的固井用早强剂，其中，所述醇胺选自由二乙醇胺、三乙醇胺和三异丙醇胺组成的组。

12.根据权利要求11所述的固井用早强剂，其中，所述醇胺为三乙醇胺。

13.根据权利要求1或2所述的固井用早强剂，其中，所述增稠剂选自由黄原胶、温伦胶和瓜胶组成的组。

14.一种制备根据权利要求1-13中任一项所述的固井用早强剂的方法，包括：按重量百分比称量各组分；

将增稠剂加入水中，搅拌形成具有粘度的溶液；

将碱金属硫酸盐和/或碱土金属硫酸盐、碱金属硅酸盐加入到乙二醇中，搅拌后加入至所述溶液中；

加入碱土金属氢氧化物或碱金属氢氧化物和碱土金属氢氧化物，搅拌；

加入醇胺，搅拌；

加入助剂，搅拌，即得到固井用早强剂。

说明书

一种固井用早强剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本申请涉及但不限于一种固井用早强剂及其制备方法，特别涉及但不限于一种可在低温环境下使用的液体型固井用早强剂及其制备方法。

背景技术

[0002] 固井是将水泥浆注入地下并使之凝固的过程，其主要作用是支撑套管、封隔地层，是油气田开发的重要技术环节。随着油气田开发不断深入，低纬地区固井及深水固井作业越来越多。其共同特点是井下温度低，如水深800～1200m时，泥线温度只有10℃左右，水深1500～2000m时，泥线温度则降至3℃左右。

[0003] 低温环境下存在的主要问题是水泥浆水化速度大幅度降低，影响了水泥石抗压强度的发展，特别是在近似0℃的低温环境下，普通“G”级油井水泥几乎停止了水化、固化反应，使固井作业的目的难以达到，影响下步钻进的进行。在低密度水泥浆中，这一现象将更加明显。通常的做法是在水泥浆中加入早强剂，加快水泥在低温条件下的水化速度，促进水泥石早期强度的发展，达到既能防止油气水窜，又能缩短建井周期的目的。

[0004] 目前，常见的早强剂在低温环境下(＜20℃)大都存在早强效果不明显的缺点，在低密度水泥浆中这一现象更加明显，此外，常用的无机盐类早强剂多为固体形式，在海洋固井作业中易扬尘，因此不宜使用。

[0005] 因此，需研制在低温环境下早强效果明显并且方便现场使用的新型早强剂。

发明内容

[0006] 本申请提供了一种固井用早强剂。

[0007] 本申请提供的固井用早强剂，包括以下重量百分比的各组分：

[0008]

[0009] 在本申请的实施方式中，所述固井用早强剂可以包括以下重量百分比的各组分：

[0010]

[0011] 在本申请的实施方式中，所述碱金属硫酸盐可以选自由Li2SO4、Na2SO4和K2SO4组成的组，所述碱土金属硫酸盐可以为CaSO4。

[0012] 可选地，所述碱金属硫酸盐为Na2SO4。

[0013] 在本申请的实施方式中，所述碱金属硅酸盐选的分子式可以为R2O·mSiO2，其中R为Na、K或Li，m＝1～6；可选地，m＝2～4。

[0014] 在本申请的实施方式中，所述碱金属氢氧化物可以选自由NaOH、KOH和LiOH组成的组，所述碱土金属氢氧化物可以为Ca(OH)2。

[0015] 在本申请的实施方式中，所述Ca(OH)2可以为粒径为50～1000nm的纳米Ca(OH)2。

[0016] 可选地，所述Ca(OH)2为粒径为200～500nm的纳米Ca(OH)2。

[0017] 在本申请的实施方式中，所述纳米Ca(OH)2可以通过下述方法制备：

[0018] 将氯化钙溶于水中，升温至60℃；

[0019] 加入聚羧酸类分散剂；

[0020] 滴加氢氧化钠溶液，抽滤；

[0021] 可选地，将抽滤得到的固体用乙醇和去离子水冲洗并抽滤5～10次，即得到所述纳米Ca(OH)2。

[0022] 在本申请的实施方式中，所述将抽滤得到的固体用乙醇和去离子水冲洗并抽滤5～10次，指的是用乙醇冲洗并过滤后再用去离子水冲洗并抽滤，总共冲洗5～10次。

[0023] 在本申请的实施方式中，所述聚羧酸类分散剂可以为现有的聚羧酸类分散剂，例如，BASF的Sokalan CP或Sokalan HP系列产品，罗地亚的SOPROPHOR SC系列产品、亨斯曼的TERSPERSE系列产品等。

[0024] 在本申请的实施方式中，所述醇胺选可以自由二乙醇胺、三乙醇胺和三异丙醇胺组成的组。

[0025] 可选地，所述醇胺为三乙醇胺。

[0026] 在本申请的实施方式中，所述增稠剂可以选自由黄原胶、温伦胶和瓜胶组成的组。

[0027] 可选地，所述增稠剂为黄原胶。

[0028] 在本申请的实施方式中，所述助剂为本领域常用的助剂，例如，杀菌剂等。

[0029] 可选地，所述助剂为卡松。

[0030] 本申请还提供了一种制备如上所述的固井用早强剂的方法，包括：

[0031] 按重量百分比称量各组分；

[0032] 将增稠剂加入水中，搅拌形成具有粘度的溶液；

[0033] 将碱金属硫酸盐和/或碱土金属硫酸盐、碱金属硅酸盐加入到乙二醇中，搅拌后加入至所述溶液中；

[0034] 加入碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物，搅拌；

[0035] 加入醇胺，搅拌；

[0036] 加入助剂，搅拌，即得到固井用早强剂。

[0037] 本申请的固井用早强剂具有以下优点：

[0038] (1)使用乙二醇预分散无机盐，并加入增稠剂使得早强剂形成稳定的悬浮液的形式，无机盐不受溶解度的影响，在早强剂中的有效含量较高，使得早强剂的早强效果较好；

[0039] (2)为液体产品，使用方便，避免了使用固体早强剂带来的扬尘问题，利于保护环境及施工人员的安全，与常见固井水泥浆体系配伍良好；

[0040] (3)在低温环境下早强效果明显。

具体实施方式

[0041] 下面通过实施例来描述本申请的实施方式，本领域的技术人员应当认识到，这些具体的实施例仅表明为了达到本申请的目的而选择的实施技术方案，并不是对技术方案的限制。根据本申请的教导，结合现有技术对本申请技术方案的改进是显然的，均属于本申请保护的范围。

[0042] 以下实施例中所使用的原料和试剂，如无特别说明，均为普通市售产品。

[0043] 实施例1

[0044] 纳米Ca(OH)2的制备：

[0045] (1)称取11.1g氯化钙及40g去离子水置于烧杯中搅拌溶解，待完全溶解后置于60℃的水浴锅中；

[0046] (2)向烧杯中加入4g聚羧酸类分散剂，搅拌均匀；

[0047] (3)称取10g氢氧化钠溶于20g去离子水中，待完全溶解后置入滴液漏斗中，将氢氧化钠溶液以滴加的方式加入到烧杯中，并且一边滴加一边搅拌。

[0048] (4)抽滤得到固体，将抽滤得到的固体用乙醇冲洗并抽滤后再用去离子水冲洗并抽滤，总共冲洗8次。

[0049] 制备的纳米Ca(OH)2的粒径为200～500nm。

[0050] 早强剂的制备：

[0051] (1)称取1g黄原胶，缓慢加入到盛有100g去离子水的烧杯中，并搅拌1h，形成均匀粘稠的溶液；

[0052] (2)称取87g K2SO4、113g Li2SO4及16g K2SiO3，加入到70g乙二醇中，搅拌使之分散均匀；

[0053] (3)称取80g步骤(1)得到的溶液加入步骤(2)得到的液体中，并搅拌使之混合均匀；

[0054] (4)加入24g所制备的纳米Ca(OH)2，搅拌使之混合均匀；

[0055] (5)加入5g三乙醇胺，搅拌使之混合均匀；

[0056] (6)加入0.6g卡松，搅拌使之混合均匀，即得到早强剂。

[0057] 实施例2

[0058] (1)称取1.38g黄原胶，缓慢加入到盛有100g去离子水的烧杯中，并搅拌1h，形成均匀粘稠的溶液；

[0059] (2)称取142g K2SO4及148g Na2SO4及16g Na2SiO3，加入到80g乙二醇中，搅拌使之分散均匀；

[0060] (3)称取80g步骤(1)得到的溶液加入步骤(2)得到的液体中，并搅拌使之混合均匀；

[0061] (4)加入28g实施例1制备的纳米Ca(OH)2，搅拌使之混合均匀；

[0062] (5)加入7.2g三乙醇胺，搅拌使之混合均匀；

[0063] (6)加入0.6g卡松，搅拌使之混合均匀，即得到早强剂。

[0064] 实施例3

[0065] (1)称取1.2g黄原胶，缓慢加入到盛有100g去离子水的烧杯中，并搅拌1h，形成均匀粘稠的溶液；

[0066] (2)称取160g Na2SO4及3g Na2SiO3，加入到50g乙二醇中，搅拌使之分散均匀；

[0067] (3)称取50g步骤(1)得到的溶液加入步骤(2)得到的液体中，并搅拌使之混合均匀；

[0068] (4)加入20g实施例1制备的纳米Ca(OH)2，搅拌使之混合均匀；

[0069] (5)加入3.8g三乙醇胺，搅拌使之混合均匀；

[0070] (6)加入1.2g卡松，搅拌使之混合均匀，即得到早强剂。

[0071] 早强剂性能测试

[0072] 分别将实施例3的早强剂和市售早强剂加入水泥浆中，考察早强剂对水泥石的抗压强度和对水泥浆稠化时间的影响，具体结果请见表1。

[0073] 表1

[0074]

[0075]

[0076] 从上表可以看出，与市售早强剂相比：在低温环境中使用时，本申请实施例3的早强剂能够使固井水泥浆达到更好的早强效果；当用于1.4g/cm3的低密度固井水泥浆时，本申请实施例3的早强剂的早强效果更好。

[0077] 所述仅为本申请的优选实施例，并非对本申请作出任何形式上和实质上的限制。本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，当可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更改、修饰与演变的等同变化均为本申请的等效实施例；同时，凡依据本申请的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更改、修饰与演变等均在本申请的由权利要求界定的范围内。