本申請涉及但不限于一種水泥漿體系，特別涉及但不限于一種深水表層固井用低密度水泥漿體系及其用途。
背景技術：
深水固井是深水油氣資源勘探開發(fā)有效進行的前提條件和重要保障，其中，深水表層固井是深水油氣井固井程序的初次固井作業(yè)，由于海底地層孔隙壓力和破裂壓力之間“窗口”狹窄，地層易壓漏，因此通常使用低密度水泥漿(通常密度范圍：1.30-1.60g/cm3)進行深水表層固井作業(yè)。
構建低密度水泥漿通常有兩種方式，第一種是在水泥漿中加入如水玻璃、般土等物質作為懸浮劑(Extender)，為低密度水泥漿提供穩(wěn)定性，但采用此種方式所構建的低密度水泥漿稠化時間不易調節(jié)，在低溫下的強度發(fā)展十分緩慢，難以符合深水表層固井作業(yè)的需要。第二種是在水泥漿中加入密度很低的物質如空心微珠，作為減輕劑(Lightweight agent)，采用此種方式所構建的低密度水泥漿，盡管在低溫下的強度發(fā)展較快，可以滿足深水表層固井作業(yè)的需要，但同時存在水泥漿造漿率低，配方組成復雜；空心微珠使用量大，不利于運輸儲存；現(xiàn)場加料不便，施工工作量巨大等缺陷，對于缺乏岸基支持的作業(yè)現(xiàn)場，這種情況尤為明顯。
目前，各大石油服務公司通常采用空心微珠構建深水表層固井作業(yè)所使用的低密度水泥漿，以滿足對水泥漿密度及抗壓強度的要求，但由于上述技術缺點以及近年來國際油價的下行與空心微珠價格的上漲，采用空心微珠所構建的低密度水泥漿體系已漸漸不能滿足實際施工的需求，世界范圍內的作業(yè)服務公司均在構建既能滿足現(xiàn)場性能需求，又能有效控制成本的低密度水泥漿體系，以滿足新形勢下的作業(yè)需要。
技術實現(xiàn)要素：
以下是對本文詳細描述的主題的概述。本概述并非是為了限制權利要求的保護范圍。
本申請涉及一種可用于深水表層固井的低密度水泥漿體系，用以解決現(xiàn)有深水表層固井水泥漿造漿率低，配方組成復雜；空心微珠使用量大，不利于運輸儲存；現(xiàn)場加料不便，施工工作量巨大等缺陷，以提高深水表層固井效率及固井質量。
第一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N深水表層固井用低密度水泥漿體系，所述低密度水泥漿體系包括以下重量份的組分：水泥100份、液體懸浮劑5-40份、液體增強劑5-40份、液體降失水劑4-10份、液體早強劑2-10份、消泡劑0.05-1.5份，淡水或海水50-250份。
可選地，所述低密度水泥漿體系包括以下重量份的組分：水泥100份、液體懸浮劑10-30份、液體增強劑10-30份、液體降失水劑5-8份、液體早強劑4-7份、消泡劑0.08-1.2份，淡水或海水100-200份。
可選地，所述液體懸浮劑包括二氧化硅液體、聚氨酯懸浮劑和水，并且所述二氧化硅液體:聚氨酯懸浮劑:水的重量比為40～70:10～30:20～50。
可選地，所述二氧化硅液體中二氧化硅的含量為20～60重量％。
可選地，所述二氧化硅液體中二氧化硅的粒徑為5～1000nm，所述二氧化硅液體的pH為7～14；可選地，為8.5～11.5。
可選地，所述液體早強劑包括以下重量百分比的各組分：堿金屬硫酸鹽和/或堿土金屬硫酸鹽33～66％，堿金屬硅酸鹽1～15％，堿金屬氫氧化物和/或堿土金屬氫氧化物5～15％，乙二醇10～30％，醇胺0.3～2％，助劑0.1～1％，增稠劑0.1-2％，余量為水。
可選地，所述堿金屬硫酸鹽選Li2SO4、Na2SO4或K2SO4中的一種或幾種，所述堿土金屬硫酸鹽為CaSO4。
可選地，所述堿金屬硅酸鹽選的分子式為R2O·mSiO2，其中R為Na、K或Li，m＝1～6；可選地，m＝2～4。
可選地，所述堿金屬氫氧化物選自由NaOH、KOH和LiOH組成的組，所述堿土金屬氫氧化物為Ca(OH)2。
可選地，所述堿土金屬氫氧化物為納米Ca(OH)2，所述納米Ca(OH)2的粒徑為200～500nm。
可選地，所述液體增強劑為偏高嶺土、微硅或超細礦渣中的一種或幾種的液體懸浮液。
可選地，所述液體降失水劑為聚乙烯醇降失水劑或AMPS聚合物降失水劑。
可選地，所述液體消泡劑為有機硅類消泡劑。
第二方面，本申請?zhí)峁┮环N如上所述的低密度水泥漿體系在深水表層固井中的用途。
與現(xiàn)有技術相比，該水泥漿體系中不含空心微珠，所有外加劑均為液體，因此具有造漿率高，體系構成簡單，現(xiàn)場施工方便等優(yōu)點。同時，水泥漿稠化時間、失水等性能易于調節(jié)，可泵性好，在低溫下的強度發(fā)展迅速。
具體實施方式
下面通過實施例來描述本申請的實施方式，本領域的技術人員應當認識到，這些具體的實施例僅表明為了達到本申請的目的而選擇的實施技術方案，并不是對技術方案的限制。根據(jù)本申請的教導，結合現(xiàn)有技術對本申請技術方案的改進是顯然的，均屬于本申請保護的范圍。
以下實施例中所使用的原料和試劑，如無特別說明，均為普通市售產品。
以下實施例中，液體早強劑的制備方法為：
按重量百分比稱量各組分；
將增稠劑加入水中，攪拌形成具有粘度的溶液；
將堿金屬硫酸鹽和/或堿土金屬硫酸鹽、堿金屬硅酸鹽加入到乙二醇中，攪拌后加入至所述溶液中；
加入堿金屬氫氧化物和/或堿土金屬氫氧化物，攪拌；
加入醇胺，攪拌；
加入助劑，攪拌，即得到固井用早強劑。
以下實施例中，液體懸浮劑的制備方法為：
按重量百分比稱量各組分；
將各組分攪拌均勻，即得到液體懸浮劑。
在本申請的實施方式中，所述聚氨脂懸浮劑可以為普通市售獲得的產品或者利用本領域常用的方法制得。聚氨脂懸浮劑，又叫聚氨脂增稠劑(HEUR)，在涂料行業(yè)內廣泛使用。由疏水基、親水鏈和聚氨酯基三部分組成。疏水基起締合作用，是增稠的決定因素，疏水基常是油基、十八烷基、十二烷苯基、壬酚基等。親水鏈能提供化學穩(wěn)定性和粘度穩(wěn)定性，常用的是聚醚。HEUR的分子鏈是通過聚氨酯基來擴展的，所用聚氨酯基有IPDI、TDI、HMDI等。
實施例1
液體懸浮劑的制備：
分別稱取50g二氧化硅液體LUDOX HS 40，15g聚氨脂懸浮劑ACRYSOL RM-8W，35g去離子水混合，攪拌均勻，即得液體懸浮劑。其中，LUDOX HS40中二氧化硅的粒徑為12nm，含量為40％，pH＝9.5。
液體早強劑的制備：
納米Ca(OH)2的制備：
(1)稱取11.1g氯化鈣及40g去離子水置于燒杯中攪拌溶解，待完全溶解后置于60℃的水浴鍋中；
(2)向燒杯中加入4g聚羧酸類分散劑，攪拌均勻；
(3)稱取10g氫氧化鈉溶于20g去離子水中，待完全溶解后置入滴液漏斗中，將氫氧化鈉溶液以滴加的方式加入到燒杯中，并且一邊滴加一邊攪拌。
(4)抽濾得到固體，將抽濾得到的固體用乙醇沖洗并抽濾后再用去離子水沖洗并抽濾，總共沖洗8次。
制備的納米Ca(OH)2的粒徑為200～500nm。
液體早強劑的制備：
(1)稱取1g增稠劑，增稠劑為黃原膠，將增稠劑緩慢加入到盛有100g去離子水的燒杯中，并攪拌1h，形成均勻粘稠的溶液；
(2)稱取87g K2SO4、113g Li2SO4及16g K2SiO3，加入到70g乙二醇中，攪拌使之分散均勻；
(3)稱取80g步驟(1)得到的溶液加入步驟(2)得到的液體中，并攪拌使之混合均勻；
(4)加入24g所制備的納米Ca(OH)2，攪拌使之混合均勻；
(5)加入5g三乙醇胺，攪拌使之混合均勻；
(6)加入0.6g助劑，助劑為卡松，攪拌使之混合均勻，即得到早強劑。
液體增強劑的制備：
稱取0.2g溫倫膠(購自河北鑫合生物化工有限公司)，該溫倫膠具有增稠作用，使偏高嶺土、超細礦渣等組分均勻懸浮在水中，將溫倫膠加入至50g去離子水中，攪拌均勻后加入50g偏高嶺土(購自巴斯夫化學股份有限公司)，攪拌使之混合均勻，即得液體增強劑。
低密度水泥漿體系的制備：
稱取G級油井水泥100份、如上所述的液體懸浮劑8份、如上所述的液體增強劑18份、聚乙烯醇降失水劑4份(PC-G75L，購自天津中海油服化學有限公司)、如上所述的液體早強劑6份、有機硅類消泡劑1.0份(PC-X63L，購自天津中海油服化學有限公司)，海水76份，按照API 10B RP中的規(guī)定攪拌使之混合均勻，即得低密度水泥漿體系。
實施例2
液體懸浮劑的制備：
分別稱取50g二氧化硅液體LUDOX AS 40，20g聚氨脂懸浮劑ACRYSOL RM-8W，30g去離子水混合，攪拌均勻，即得液體懸浮劑。其中，LUDOX AS 40中二氧化硅的粒徑為22nm，含量為40％，pH＝9.4。
液體早強劑的制備：
(1)稱取1.38g黃原膠，緩慢加入到盛有100g去離子水的燒杯中，并攪拌1h，形成均勻粘稠的溶液；
(2)稱取142g K2SO4及148g Na2SO4及16g Na2SiO3，加入到80g乙二醇中，攪拌使之分散均勻；
(3)稱取80g步驟(1)得到的溶液加入步驟(2)得到的液體中，并攪拌使之混合均勻；
(4)加入28g實施例1制備的納米Ca(OH)2，攪拌使之混合均勻；
(5)加入7.2g三乙醇胺，攪拌使之混合均勻；
(6)加入0.6g卡松，攪拌使之混合均勻，即得液體早強劑。
液體增強劑的制備：
稱取0.32g溫倫膠(購自河北鑫合生物化工有限公司)，將溫倫膠加入至50g去離子水中，攪拌均勻后加入25g超細礦渣(購自南京柏陽化工有限公司)，25g偏高嶺土(購自巴斯夫化學股份有限公司)，攪拌使之混合均勻，即得液體增強劑。
低密度水泥漿體系的制備：
稱取G級油井水泥100份、如上所述的液體懸浮劑16份、如上所述的液體增強劑24份、AMPS聚合物降失水劑6份(AMPS聚合物降失水劑型號為PC-G80L，購自天津中海油服化學有限公司)、如上所述的液體早強劑8份、有機硅類消泡劑0.8份(有機硅類消泡劑型號為PC-X63L，購自天津中海油服化學有限公司)，淡水94份，按照API 10B RP中的規(guī)定攪拌使之混合均勻，即得低密度水泥漿體系。
實施例3
液體懸浮劑的制備：
分別稱取55g二氧化硅液體LUDOX SM 30，25g聚氨脂懸浮劑ACRYSOL RM-2020W，20g去離子水混合，攪拌均勻，即得液體懸浮劑。其中，LUDOX SM30中二氧化硅的粒徑為7nm，含量為30％，pH＝10。
液體早強劑的制備：
(1)稱取1.2g黃原膠，緩慢加入到盛有100g去離子水的燒杯中，并攪拌1h，形成均勻粘稠的溶液；
(2)稱取160g Na2SO4及3g Na2SiO3，加入到50g乙二醇中，攪拌使之分散均勻；
(3)稱取50g步驟(1)得到的溶液加入步驟(2)得到的液體中，并攪拌使之混合均勻；
(4)加入20g實施例1制備的納米Ca(OH)2，攪拌使之混合均勻；
(5)加入3.8g三乙醇胺，攪拌使之混合均勻；
(6)加入1.2g卡松，攪拌使之混合均勻，即得液體早強劑。
液體增強劑的制備：
稱取0.28g溫倫膠(購自河北鑫合生物化工有限公司)，將溫倫膠加入至50g去離子水中，攪拌均勻后加入10g超細礦渣(購自南京柏陽化工有限公司)，10g微硅(購自天津中海油服化學有限公司)，30g偏高嶺土(購自巴斯夫化學股份有限公司)，攪拌使之混合均勻，即得液體增強劑。
低密度水泥漿體系的制備：
稱取G級油井水泥100份、如上所述的液體懸浮劑22份、如上所述的液體增強劑30份、AMPS聚合物降失水劑8份(PC-G86L，購自天津中海油服化學有限公司)、如上所述的液體早強劑10份、有機硅類消泡劑1.0份(PC-X63L，購自天津中海油服化學有限公司)，海水142份，按照API 10B RP中的規(guī)定攪拌使之混合均勻，即得低密度水泥漿體系。
實施例4
液體懸浮劑的制備：
分別稱取50g二氧化硅液體LUDOX HS 30，25g聚氨脂懸浮劑ACRYSOL RM-500，25g去離子水混合，攪拌均勻，即得液體懸浮劑。其中，LUDOX HS30中二氧化硅的粒徑為12nm，含量為30％，pH＝9.8。
液體早強劑的制備：
(1)稱取1.0g黃原膠，緩慢加入到盛有100g去離子水的燒杯中，并攪拌1h，形成均勻粘稠的溶液；
(2)稱取200g Na2SO4及4g Na2SiO3，加入到60g乙二醇中，攪拌使之分散均勻；
(3)稱取80g步驟(1)得到的溶液加入步驟(2)得到的液體中，并攪拌使之混合均勻；
(4)加入20g實施例1制備的納米Ca(OH)2，攪拌使之混合均勻；
(5)加入4.8g三乙醇胺，攪拌使之混合均勻；
(6)加入0.7g卡松，攪拌使之混合均勻，即得液體早強劑。
液體增強劑的制備：
稱取0.30g溫倫膠(購自河北鑫合生物化工有限公司)，將溫倫膠加入至50g去離子水中，攪拌均勻后加入10g微硅(購自天津中海油服化學有限公司)，40g偏高嶺土(購自巴斯夫化學股份有限公司)，攪拌使之混合均勻，即得液體增強劑。
低密度水泥漿體系的制備：
稱取G級油井水泥100份、如上所述的液體懸浮劑30份、如上所述的液體增強劑40份、聚乙烯醇降失水劑10份(PC-G74L，購自中海油服化學有限公司)、如上所述的液體早強劑12份、有機硅類消泡劑0.5份(PC-X63L，購自中海油服化學有限公司)，海水224份，按照API 10B RP中的規(guī)定攪拌使之混合均勻，即得低密度水泥漿體系。
將實施例1-4制得的低密度水泥漿體系按照API 10B中的深水固井試驗標準進行性能測試，結果如表1所示。
表1低密度水泥漿體系性能測試數(shù)據(jù)
從上表的測試結果可以看出，所得各密度水泥漿自由液均為零，性狀穩(wěn)定，失水、稠化時間及流變性能良好，低溫下強度發(fā)展迅速，能夠滿足現(xiàn)場施工需要。
雖然本申請所揭露的實施方式如上，但所述的內容僅為便于理解本申請而采用的實施方式，并非用以限定本申請。任何本申請所屬領域內的技術人員，在不脫離本申請所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式及細節(jié)上進行任何的修改與變化，但本申請的專利保護范圍，仍須以所附的權利要求書所界定的范圍為準。