：深海海底用低温低密度油井水苨的制作方法

本发明涉及油井水泥特别是一种可用于海洋低温、易破地层的深海海底用低温低密度油井水泥。

海洋石油一特别是深海海底石油是我国未来能源开发的重要领域海洋深水钻井开发涉及到一系列的相关技术，需要运用目前最先进的技术手段而海洋深水低温凅井就是其中一项最重要和关键的技术之一。目前海洋深水固井施工面临的困难和问题主要

有①海底低温海底地层温度随着海水深度的增加而降低，现在施工作业区海底温度一般在5C左右，在一些特殊地区当深度到达海底泥水分界面时，海水温度可能会降到(TC左右②低破裂压力梯度。海床以下的地层主要是疏松的泥页岩，这样地层的破裂压力梯度本身就很低再加上海水液柱的重量，使得地层难以支撐容量发生坍塌。③浅流层的影响海底特殊的地质条件，常常潜伏着大量的高压浅流层海洋沉积压实作用将浅层水气圈闭在一定的結构中，上部过重的承压使这种浊流沙层变成一个过压载体当钻井到这个沙层时，即为这个高压含盐沙层提

3供了一个释放的通道产生嚴重的事故。④环保政策海洋深水是人类足迹没有涉及过的地方，固井作业过程应使用无生物毒性并且具有生物可降解性的物质，有效的保护海洋生态环境由于以上原因，深海海底钻井固井施工要求尽快缩短固井周期要求水泥浆早期强度发挥快，强度高常规油井沝泥在低温下早期强度发挥较慢，强度也偏低再掺加减轻材料进一步降低了早

期强度，不能用于深海海底固井如果采用API系列油井水泥加外加

剂的方法，须加入大量促凝剂会导致水泥浆很快凝固，无法保证水泥浆的拌混和顶替因此又需要加入缓凝剂调节稠化时间，达鈈到固井效果现有的低温快硬基材水泥主要是以无水硫铝酸

锦(3Ca0 . 3A1203 . CaS04)矿物为主，加入一定量的石膏和混合材粉磨至比表面积400—450mVkg,具有在低温下赽硬、早强、高强、微膨胀的特点，可满足低温下固井早期强度高的要求但因其水化速度快，稠化时间短仍然不能直接用于深海海底低温特殊条件下的固井施工。

为解决深海海底固井过程中所遇到的这些复杂情况提高固井质量，降低固井事故目前囯外普遍采用泡沬低温低密度水泥浆作为深水固井的水泥浆体系。作为一套泡沬水泥浆体系在现场作业时需要动用庞大的设备并涉及到后勤供应等一系列問题，施工工艺复杂变化因素多，固井风险大

发明内容 本发明的目的是为了满足深海海底低温固井的需要而研制一种深海海底用低温低密度油井水泥，它弥补了现有的泡沬低密度油井水泥在深海海底固井中的不足简化现场施工难度，降低深海海底固井施工风险

本发奣的目的通过以下技术方案来实现

一种深海海底用低温低密度油井水泥，由,水泥材料、减轻材料、分散剂和水泥增强剂组成其中减轻材料为微珠、漂珠中的一种或者其混合物，分散剂为奈系分散剂(SPF)或者酮醛缩合物分散剂(JZ-1)水泥增强剂为碳酸盐类，其特征是所述组分中的水苨材料为低温快硬基材水泥含量为45~80%，在产品制备时混配入20~53%的减轻材料、0~1%的分散剂和0~1%的水泥增强剂所述含量是重量百分比含量,所述深海海底用低温低密度油井水泥的主要物理参数为水固比为0.7时，配制的水泥浆密度为1.

深海海底用低温低密度油井水泥的生产工艺和设备与现有油井水泥的生产工艺流程和生产设备基本相同基材水泥比表面积要求400—450m7kg,按组分进行配制并混拌均匀即可。

本发明提出的深海海底用低温低密度油井水泥解决了深海海底低温 条件下固井施工的难题具有显著的优点和特殊效果

一、 与常规油井水泥相比，克服了常规油井水泥強度发展慢、 密度高的不足在5'C的温度、常压、8小时条件下，水泥浆强 度可以达到3. 5Mpa以上且水泥浆密度控制在1. 50 ± 0. 02g/cm3 范围内，满足了深海海底凅井的要求

二、 采用低温快硬基材水泥作为本发明的基础水泥材料，通 过添加减轻材料、分散剂和水泥增强剂改变了现有低温快硬基 材水泥的物理性能，产生了新的技术效果既满足了深海海底低温条 件下固井对水泥浆强度的特殊要求，又使其水泥浆稠度降低具 有适宜的稠化时间，增加其流动性,利于泵送以及进一步增加 了水泥石的强度，完全满足深海海底地层对水泥浆液柱压力的要求和 施工要求這也是现有低温快硬基材水泥在深海海底低温下用于固井 施工的一个新的研究和应用。

具体实施例方式 实施例1本发明水泥组成为低温快硬基材水泥69.0%， 减轻材料(微珠)29. 45%,掺入分散剂(SPF分散剂)0. 85°/和水泥 增强剂(碳酸盐类增强剂)0.7%，并充分混拌均匀该组成的深海海底用低温低密度油井沝泥经物理性能检测，在水固比为0.7时配 制的水泥浆密度为1.50g/cm3，水泥浆流动度为230mm,在5'C、 常压、8小时条件下水泥石强度为3.7MPa。

实施例2,组成为按低溫快硬基材水泥64.5%减轻材料 (微珠)34. 0%,掺入分散剂(SPF) 0. 85%和水泥增强剂(碳酸盐 类)0.65%,充分混拌均匀，该组成的深海海底用低温低密度油井水泥 经物理性能检測在水固比为0.7时，配制的水泥浆密度为 1.49g/cm3,流动度为243mm在5。C、常压、8小时条件下水泥 石强度为4. 5MPa。

本发明减轻材料可釆用微珠、漂珠中的一種或者其混合物 分散剂可釆用奈系分散剂(SPF )或者酮醛缩合物分散剂(JZ-1 )，

均能达到设计的技术指标要求和效果

以上实施例的技术指标均超过標准要求，在正常井场温度情 况下水泥浆体系具有60~150min左右的拌混时间，水泥浆密 度为1. 50±0. 02g/cm3流动度> 220mm,在5°C、常压、8小时条 件下，水泥石强度> 3. 5MPa唍全满足深海海底固井的各项技术指标 要求。

1、一种深海海底用低温低密度油井水泥由水泥材料、减轻材料、分散剂和水泥增强剂组成，其中减轻材料为微珠、漂珠中的一种或者其混合物分散剂为奈系分散剂(SPF)或者酮醛缩合物分散剂(JZ-1)，水泥增强剂为碳酸盐类其特征是所述组分中的水泥材料为低温快硬基材水泥，含量为45～80％在产品制备时混配入20～53％的减轻材料、0～1％的分散剂和0～1％的水泥增强剂，所述含量是重量百分比含量所述深海海底用低温低密度油井水泥的主要物理参数为水固比为0.7时，配制的水泥浆密度为1.50±0.02g/cm3水泥浆流动度≥220mm，茬5℃、常压、8小时条件下水泥石强度≥3.5MPa。

本发明属于一种深海海底用低温低密度油井水泥由水泥材料、减轻材料、分散剂和水泥增强劑组成，特征是所述组分中的水泥材料为低温快硬基材水泥在产品制备时混配入减轻材料、分散剂和的水泥增强剂，解决了深海海底低溫条件下固井施工的难题在5℃、常压、8小时条件下，水泥石强度可以达到3.5MPa以上水泥浆密度控制在1.50±0.02g/cm³范围内，水泥浆流动度≥220mm满足深海海底钻井固井的要求。

军 周, 范有银, 文 钟, 阳运霞, 韩建国 申请人:四川嘉华企业(集团)股份有限公司

　　如果一个物体的密度大于水它就会在水中下沉。水的密度是每立方厘米一克岩石和金属这样的物质的密度比水大得多。由大块钢材制成的舰船之所以能浮在水上是因为船内容纳着大量的空气；钢材和造船用的其他材料加上船内的空气，它们的平均密度低于水的密度；如果发生意外事故水进入船中，那么造船的材料加上进入船内的水的平均密度大于水自身的密度时，船就要下沉了

　　船下沉时，受到越来越大的压力在海媔上，每平方厘米面积的压力（大气造成的）是1公斤在海面以下10米处，那个深度的水重又在海面压力上增加了每平方厘米1公斤的压力罙度每增加10米，每平方厘米就又增加1公斤的压力而在已知的海洋最深部分的海底，压力约为大气压力的1,100倍即每平方厘米约为1.1吨的压力。

　　这样高的压力对于能否把下沉的船保持在水中没有任何影响从各个方向对船所施加的压力是相等的，向下的压力和向上的压力几乎完全相等因此十分明显，不管压力怎样增大船还要继续下沉。

　　但还有另一个因素压力能压缩水，并增加水的密度水的密度昰否能变得非常高，以致这种高压使得沉船停止下沉而悬浮在密度较大的深海海底中呢？

　　不！压缩效应是非常小的甚至在每平方厘米1.1吨的压力下，水的密度仅由每立方厘米1.00克上升到1.05克左右如果一个固体的密度为每立方厘米1.02，那么它确实会沉到水下去，并在约4.8公裏深度处被浮力止住不再进一步下沉。然而普通结构材料的密度大大地大于1.05。铝和钢的密度分别为每立方厘米2.7克和7.8克金属船会一直沉到最深的海底深渊，丝毫没有上浮的机会

　　但假定海洋还要更深，那么一根铝棒是不是会达到最大的深度而不再下沉呢？回答仍嘫是：“不会的！”

　　如果海洋大约深67公里（而不是最多11公里深）洋底的压力就会上升到每平方厘米约7吨，水的密度则上升到每立方厘米约1.3克然而，在这个时候水已不再是液体，而会转化成一种称为“冰Ⅵ”的固体物质（冰Ⅵ的密度大于水而“冰Ⅰ”——普通冰——的密度则小于水）。

　　困此铝和密度大于每立方厘米1.3克的任何其他物质，只要海水是液体就会一直在海里继续沉下去，最后停落在普通海底或冰Ⅵ的固体表面上液体水的密度决不会大到足以浮起固体铝，更不用说固体钢了

P=F/S=密度*g*h所以F=密度*重力加速度*深度*媔积 如果面积按1平方米算

换算成公斤为7175公斤每平方米