高效 MTC激活剂和激活助剂的研发与应用

徐淼 杨吉祥 濮洪 叶安臣 徐蔚

【摘要】：针对传统激活剂、激活助剂在井下温度较低（≤35℃）效能发挥过慢，致使胶结质量差的问题，研发出一套适用于低温条件下的高效激活剂与激活助剂，解决因激活剂与激活助剂效能发挥慢引起MTC固井液不稳定，水泥石强度发挥慢的问题，从而改善固井质量。

【关键词】：MTC 激活剂 激活助剂 固井

油田矿渣MTC技术是利用钻井工程中废弃的钻井液的降失水性和悬浮性，加入高炉水淬矿渣、矿渣激活剂、激活助剂，必要时再加入少量的缓凝剂，使钻井液转化为性能完全可以和油井水泥浆相当或更好的矿渣MTC固井液。浆体具有流变性好，稠化时间易调，沉降稳定性好等特点；直接成本低于同性能的油井水泥；与钻井液的相容性好，能提高顶替效率，从而提高固井质量。

矿渣自身具备一定的水硬活性，但其内部大量的玻璃体的存在阻止了水进入玻璃体内部，使得矿渣内部离子也无法渗出，水化反应几乎终止，因而矿渣只有在有激活剂存在下才能被激活，其水硬活性表现出来。单纯被激活的矿渣MTC固化物通常不能满足固井所需抗压强度，需要加入激活助剂来增强固化物的抗压强度，满足固井所需。目前在一些井下温度较低（≤35℃）的井仍存在因激活剂、激活助剂效能发挥过慢，致使胶结质量差等问题出现，从而影响固井质量。

1、研究路线

本实用新型推出一种低温条件下的高效激活剂（GXJHJ)与激活助剂(GXJHZJ)，解决激活剂与激活助剂在温度低于较低30℃条件下效能发挥慢引起MTC固井液不稳定，水泥石强度发挥慢，最终影响固井质量所带来的问题。

2、主要组成

激活剂由氢氧化钠、碳酸钠三乙醇胺组成；激活助剂由硅酸钠和硫酸钙组成

3、原理及特征

该高效激活剂与激活助剂的制作方式（激活剂（GXJHJ)由氢氧化钠、碳酸钠三乙醇胺组成，激活助剂(GXJHZJ)由硅酸钠和硫酸钙复配而成，激活助剂由硅酸钠90%，硫酸钙10%组成）。

本发明的特征（采用工业产品进行复配，其中氢氧化钠为液体（质量浓度38%），碳酸钠为固相颗粒，三乙醇胺为工业纯）。

4、室内试验

4.1 相同密度、相同加量、不同温度条件下，与传统MTC的稠化时间和早期强度对比，（密度1.50g/cm³，激活剂20%，激活助剂7%）

温度（℃）	传统MTC
	稠化时间 (min)	强度（6h×0.1MPa）	强度（24h×0.1MPa）	强度（48h×0.1MPa）
30	232	无	9.3	10.7
35	205	无	10.1	12.3
40	184	无	11.3	12.4
50	152	2.9	11.9	12.6
60	114	3.7	12.8	12.9

温度（℃）	高效MTC
	稠化时间 (min)	强度（6h×0.1MPa）	强度（24h×0.1MPa）	强度（48h×0.1MPa）
30	153	2.8	15.1	16.3
35	137	3.1	15.3	17.1
40	113	3.4	15.4	17.3
50	97	4.3	15.7	17.4
60	78	4.9	15.9	17.5

由上表可知，在循环温度≤35℃条件下，与传统MTC激活剂与激活助剂相比，高效MTC激活剂与激活助剂在MTC固井液的稠化时间可控，并且矿渣MTC固化物抗压强度上均能达到技术要求；在循环温度大于35℃条件下，高效MTC稠化时间可控性和矿渣MTC固化物抗压强度更优于传统MTC。

4.2 相同密度，相同温度，不同加量条件下，高效MTC稠化曲线与强度发展曲线（以密度1.50g/cm3，温度35℃为例）

密度（g/cm3）	温度（℃）	加量（%）		稠化时间 (min)	强度（0.1MPa）
		激活剂	激活助剂		6h	24h	48h
1.50	35	10	5	189	1.3	12.4	14.8
1.50	35	12	5	176	1.5	13.2	15.1
1.50	35	13	6	164	1.6	14.1	15.3
1.50	35	15	6	137	1.8	14.3	15.7
1.50	35	18	7	119	2.3	14.6	16.1
1.50	35	20	7	102	2.8	15.1	16.3

由上表综合分析可知，密度1.50 g/cm³，温度35℃下，最优加量为激活剂15%+激活助剂6%。

同理，根据以上方法可得出口井温度和密度下，最优的激活剂与激活助剂加量。

4.3 根据以上原理优选出的不同密度、不同温度条件下对应加量的MTC性能对照表

密度（g/cm3）	温度（℃）	加量（%）		失水量 （ml）	稠化时间 (min)	强度（0.1MPa）
		激活剂	激活助剂			6h	24h	48h
1.50	46	10	6	48	198	2.2	15.1	16.1
1.60	46	10	6	45	165	2.3	15.2	16.5
1.70	43	12	6	46	106	2.4	14.8	16.7
1.80	34	15	6	42	148	2.6	15.3	16.9

由上表实验数据可知，针对不同井，不同密度、不同温度条件下对应不同的激活剂和激活助剂加量，都能表现出较好的MTC性能。

5 现场应用

高效MTC激活剂和激活助剂在新疆油田五2东区取得成功应用，以下为3口井的使用情况：

现场应用统计表

井号	井深m	泥浆密度 g/cm³	水泥浆密度g/cm³	稠化时间min	试验温度℃	激活剂%	激活助剂%	CBL声幅解释
									5D6002	1773	1.62	1.80	148	34	15	6	优质
56089	2283	1.26	1.50/1.60	198/165	46	10	6	优质
56000	1760	1.52	1.70	106	43	12	6	优质

以下为3口井现场试验情况：

5.1 5D6002井试验：

试验井队：克钻50597队

钻井资料：该井是一口生产井，完井井深1773m，目的层克上、克下组油气活跃，钻井液密度1.62 g/cm³ ，粘度48s，滤失4.5ml/30min，泥饼0.4mm，含砂0.3%，PH值9，,井底温度34℃，MTC密度1.80 g/cm³，稠化时间148min。

固井结果：固井施工正常， 48hr后测井，水泥浆返高达到设计要求，CBL声幅解释全井段固井质量优质。

5.2 56089井试验：

试验井队：克钻50619队

钻井资料：该井是一口生产井，完井井深2283m，目的层克上、克下及佳木河组油气活跃，钻井液密度1.26 g/cm³ ，粘度46s，滤失6.0ml/30min，泥饼0.5mm，含砂0.3%，PH值9，,井底温度43℃，MTC领浆密度1.50g/cm³，稠化时间198min，MTC尾浆密度1.60g/cm³，稠化时间165min。

固井结果：固井施工正常， 48hr后测井，水泥浆返高达到设计要求，CBL声幅解释全井段固井质量优质。

5.3 56000井试验：

试验井队：克钻30640队

钻井资料：该井是一口生产井，完井井深1760m，目的层克上、克下组油气活跃，钻井液密度1.52 g/cm³ ，粘度40s，滤失4.0ml/30min，泥饼0.5mm，含砂0.3%，PH值9，井底温度40℃，MTC密度1.70g/cm³，稠化时间106min。

固井结果：固井施工正常， 48hr后测井，水泥浆返高达到设计要求，CBL声幅解释全井段固井质量优质。

6 结论

（1）在循环温度≤35℃条件下，高效MTC激活剂与激活助剂在MTC固井液的稠化时间可控，并且矿渣MTC固化物抗压强度能达到技术要求，在循环温度大于35℃条件下，高效MTC稠化时间可控性和矿渣MTC固化物抗压强度更优于传统MTC；

（2）由试验选出的最优激活剂和激活助剂加量下的MTC，都能表现出较好的MTC性能；

（3）室内试验和现场试验结果证明，高效MTC在循环温度低于35℃情况下，激活剂与激活助剂效能高，水泥石强度发挥快，具有很好的抗油、水侵能力。