一种抗高温耐腐蚀油井水泥材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种抗高温耐腐蚀油井水泥材料、制备方法及应用。所述材料包括按重量百分比计的以下组分：矿渣20～50wt％；火山灰活性矿物30～70wt％；激活材料1～20wt％；活化矿渣为经过物理活化的矿渣；所述激活材料为有机盐类、无机盐类、强碱的一种或几种。将本发明专利技术的抗高温耐腐蚀材料掺混入固井水泥浆中，固化后水泥石具有抗高温、耐CO2、H2S能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及油井固井
，进一步地说，是涉及一种抗高温耐腐蚀油井水泥材料、制备方法及应用。
技术介绍
随着我国油气勘探开发的深入，高温、高含腐蚀性气体油气田越来越多，CO2和H2S并存。中国石油工业由于腐蚀每年损失达数百亿美元。道威尔·斯伦贝谢公司R.A.Bruckdorfer研制出了一种具有高抗CO2性能的XP-1外加剂。格伦特等人在此基础上研究认为，高灰水比、低渗透性、无游离石灰等水泥具有最好的抗CO2侵蚀性能。Dowell公司的抗CO2腐蚀水泥，由水泥、XP-1、分散剂、降滤失剂，减水剂、酸式盐膨胀剂形成水化程度高、渗透率低的水泥石，同时加入特定级别粉煤灰，利用粉煤灰与水泥水化产物水化，及其对水泥石空隙的填充改善水泥石的抗CO2腐蚀性能。BJ公司的油井水泥抗CO2腐蚀技术是在水泥中加入矿渣、石英砂、胶乳、降失水剂、稳定剂、分散剂、缓凝剂和消泡剂，通过降低水泥石的渗透率、减少Ca(OH)2的生成等措施实现水泥石抗CO2腐蚀性能。Schlumberger的油井水泥抗CO2腐蚀技术是采取在水泥中掺料及固体颗粒紧密堆积技术等手段，通过改善水化产物及水泥石密度改善水泥石抗CO2腐蚀性能；该公司进而研发了以涂层防腐为依据，油井注水泥完成后，向井内注入一种环氟树脂溶液，在射孔孔眼及水泥通道的水泥石表面形成薄而强度高的环氟树脂封闭剂层，能有效地防止CO2对水泥石的腐蚀。俄罗斯公布研究成功一种耐H2S腐蚀的加重水泥的配方：高炉矿渣65份+重晶石55份+砂10份+石蜡0.16份。陈大钧等人利用水溶性聚合物防止油井水泥H2S腐蚀的研究，合成出一种水溶性低分子聚合物FH，其遇强酸固化成膜。与石英砂复配使用能达到较理想的防H2S腐蚀效果；中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院(以下简称工程院)研究人员在CO2、H2S腐蚀研究中，通过分析CO2和H2S的腐蚀产物，腐蚀前后的水泥石的渗透率和强度变化的关系，并初步开发出了抗腐蚀外加剂，申请了“一种防止硫化氢腐蚀的油井水泥外加剂及其制备方法和应用”和“一种防止二氧化碳腐蚀的油井水泥外加剂及其制备方法和应用”两个专利技术专利。并针对川东北地区固井安全窗口窄、防窜防漏矛盾突出等技术难题进行了研究攻关，较好地解决了普光气田的固井技术难题。目前，解决高温、酸性气体腐蚀技术，尤其是油井水泥制备技术没有完全解决。
技术实现思路
为解决现有技术中出现的问题，本专利技术提供了一种抗高温耐腐蚀油井水泥材料、制备方法及应用。通过向油井水泥中掺入该材料后，水泥浆固化后可抗高温、耐CO2、H2S的腐蚀，延长油井寿命。本专利技术的目的之一是提供一种抗高温耐腐蚀油井水泥材料。所述材料包括按重量百分比计的以下组分:矿渣20～50wt％；优选为30～40wt％；火山灰活性矿物30～70wt％；优选为40～60wt％；激活材料1～20wt％；优选为5～10wt％。所述火山灰活性矿物是经过煅烧后具有硅氧和铝氧结构的固体材料。所述矿渣为普通矿渣粉经过机械粉碎、研磨与细化分选至200-250目细度获得。以上所述激活材料为有机盐类、无机盐类、强碱中的一种或几种，例如为烧碱、硅酸盐、铝酸盐、氯盐的一种或几种；优选为烧碱、硅酸盐、硅铝酸盐、有机钠盐的一种或几种；更优选为，烧碱-硅铝酸盐-有机钠盐复合激活剂。本专利技术提供的抗高温耐腐蚀材料主要为无机胶凝材料，其优点为在激活材料激发下火山灰活性矿物和活化矿渣火山灰活性可生成胶凝网状物质，改善水泥水化产物组成，降低易腐蚀组分含量，增强水泥石致密性，降低水泥石渗透率，从而提高水泥石抗高温性能和耐CO2、H2S腐蚀性能。本专利技术的目的之二是提供一种抗高温耐腐蚀油井水泥材料的制备方法，包括：所述组分按所述用量搅拌混合均匀后制得所述抗高温耐腐蚀油井水泥材料。本专利技术的目的之三是提供一种抗高温耐腐蚀油井水泥材料在油井水泥固井中的应用。所述抗高温耐腐蚀油井水泥材料的添加量为固井水泥浆中水泥重量的15～65wt％，优选为35～50wt％。将本专利技术的抗高温、耐腐蚀材料掺混入固井水泥浆中，固化后水泥石具有抗高温、耐CO2、H2S能力，水泥石抗高温性能和耐CO2、H2S腐蚀性能与该材料加量有关。可根据地层温度和CO2、H2S含量调节该材料加量，以满足不同井眼条件下水泥石抗高温、耐CO2、H2S腐蚀性能，其加量一般以固井水泥浆中水泥重量15～65％wt，优选35～50％wt，将其混入固井水泥浆中，搅拌均匀即可。上述固井水泥浆可采用目前固井常用水泥浆体系，一般包含以下组分：水泥：100％wt，降失水剂2～7％wt，防气窜剂5～15％wt，分散剂和缓凝剂1～5％wt。上述水泥浆体系中水泥为常用固井水泥，降失水剂、防气窜剂、分散剂和缓凝剂均为固井水泥浆体系常用助剂，均可市售获得。本专利技术所述的抗高温耐腐蚀材料加入固井水泥浆体系中，能够提高固化水泥石抗高温、耐CO2、H2S腐蚀效果：①水泥石24h抗压强度>14MPa；②水泥石抗温能力达到130℃；③CO2腐蚀60d抗压强度增加，渗透率降低；④H2S腐蚀60d抗压强度增加，渗透率降低；⑤CO2和H2S混合腐蚀30d抗压强度增大，渗透率降低；⑥加入抗高温、耐CO2、H2S腐蚀材料的水泥浆体系流变性良好，满足施工要求。具体实施方式下面结合实施例，进一步说明本专利技术。腐蚀实验方法说明：本专利技术所述的抗高温、耐CO2、H2S腐蚀材料的腐蚀实验方法包含以下步骤：①按照API标准10制备水泥浆倒入试模中，放置于高温高压养护釜中养护24h，取出脱模；②将制备好的水泥石编号，放入腐蚀养护釜中，加满水并密封；③通入CO2或H2S并升温至实验温度，随时关注温度、压力变化，并及时调整，实验时间根据要求调整，本次实验时间为60d和30d；④实验结束后对试样进行腐蚀性能检测，包括抗压强度、渗透率变化，腐蚀深度、腐蚀后水泥石矿物组成，微观结构等。为了说明问题，一般腐蚀试样需和在相同温度、压力条件下的非腐蚀试样进行对比。具体实验参数说明如下：抗压强度变化率：水泥石腐蚀后抗压强度减未腐蚀的抗压强度差值与未腐蚀抗压强度的比值，以百分数表示。气体渗透变化率：水泥石腐蚀后气体渗透率减腐蚀前气体渗透率的差值与腐蚀前气体渗透率的比值，以百分数表示。原料说明：①火山灰活性矿物质为井多煅烧的具有硅氧和铝氧结构的固体材料；矿渣为普通矿渣粉经过研磨、细化与分选获得60-120目颗粒；激活材料为烧碱-硅铝酸盐-有机钠盐复合激活剂；硅粉即为二氧化硅粉。②实验所用火山灰活性矿物、硅粉均有市售获得，降失水剂DZJ-Y(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸与丙烯酰胺聚合物)，缓凝剂DZH(磷酸盐和酒石酸的复配物)等材料购于中石化石油工程技术研究院德州石油钻井研究所油田助剂研发中心。实施例1取50％wt矿渣，加入35％wt火山灰活性矿物，15％硅酸盐/硅铝酸盐混合物放入混拌机中，反复混拌至均匀后得到灰色粉末状物质，记为产品1。实施例2取40％wt矿渣，加入50％wt火山灰活性矿物，10％烧碱/有机钠盐混合物放入混拌机中，反复混拌至均匀后得到灰色粉末状物质，记为产品2。实施例3取25％wt矿渣，加入70％wt火山灰活性矿物，5％烧碱/硅酸盐/有机钠盐混合物放入混拌机中，反复混拌至均匀后得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗高温耐腐蚀油井水泥材料，其特征在于：所述材料包括按重量百分比计的以下组分：矿渣                 20～50wt％；火山灰活性矿物       30～70wt％；激活材料             1～20wt％；矿渣的细度为200～250目；所述激活材料为有机盐类、无机盐类、强碱的一种或几种。

【技术特征摘要】
1.一种抗高温耐腐蚀油井水泥材料，其特征在于：所述材料包括按重量百分比计的以下组分：矿渣20～50wt％；火山灰活性矿物30～70wt％；激活材料1～20wt％；矿渣的细度为200～250目；所述激活材料为有机盐类、无机盐类、强碱的一种或几种。2.如权利要求1所述的抗高温耐腐蚀油井水泥材料，其特征在于：所述材料包括按重量百分比计的以下组分：矿渣30～40wt％；火山灰活性矿物40～60wt％；激活材料5～10wt％。3.如权利要求1所述的抗高温耐腐蚀油井水泥材料，其特征在于：所述激活材料为烧碱、硅酸盐、铝酸盐、氯盐的一种或几种。4.如权利要求1或2所述的抗高温耐腐蚀油井水泥材料，其特征在于：所述矿渣的细度为60-120目。5.如权利要求1或2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：周仕明，黄金营，高元，刘建，汪晓静，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11