一种固井用水泥浆体系制造技术

一种固井用水泥浆体系，由以下重量配比的原料组成：油井水泥100份；微硅20～45份；活性减轻材料20～50份；降失水剂2.5～3.5份；分散剂0.5～1份；缓凝剂0.9～1.8份；早强剂1.5～3份；消泡剂1～1.5份；水112～250份。其优点是：水泥浆体系中，活性减轻材料的添加，在降低水泥浆密度的同时，可与水泥水化产物进行化学反应，并与之融为一体，提高低密度水泥石的早期强度，同时，克服了漂珠在高压和高搅拌条件下易碎的问题；缓凝剂采用复合离子型缓凝剂，自身具有温度自适应特性，当在低温环境中时，分子链蜷曲，吸附基团处于束缚状态，减少对水泥颗粒的吸附，缓凝性能减弱；当在高温条件下，分子链舒展，暴露出更多的吸附基团，缓凝性能增强。

Cement slurry system for cementing

The cement slurry system for cementing, consists of the following: the weight ratio of the raw materials of cement 100; micro silicon 20 ~ 45; 20 to 50 portions of active reducing material; reducing water loss of 2.5 ~ 3.5; dispersant 0.5 to 1; 0.9 to 1.8 portions of retarder; early strength agent 1.5 ~ 3 a; defoaming agent 1 ~ 1.5; 112 to 250 parts of water. Its advantages are: cement slurry system, reduce the activity of material added, in reducing the density of cement slurry at the same time, chemical reaction and hydration products of cement, and with the integration, improve the early strength, low density cement at the same time, to overcome the floating beads at high pressure and stirring conditions fragile; retarder retarder using compound ion type, its temperature adaptive characteristics, when in low temperature environment, the molecular chain and twisted adsorption group in the bound state, reduce the adsorption of cement particles, retarding performance weakened; when in high temperature conditions, the molecular chain stretch, exposed the adsorption group more, retarding performance enhancement.

【技术实现步骤摘要】
一种固井用水泥浆体系
本专利技术涉及深井、超深井固井
，具体地说是一种固井用水泥浆体系。
技术介绍
目前，国内大多浅层油气资源经过长期的开采相继接近枯竭，可采、易采储量有限，为了提高原油产量，支撑国民经济的发展，勘探开发工作已经开始向深部油气藏扩展，特别是近年来大量深井超深井的发现，为人们带来可喜石油储量的同时，也给固井作业带来了巨大的挑战；现有的水泥浆具有较高的水固比，且本身稳定性较差，由于减轻材料与水泥颗粒密度悬殊，容易导致浆体因为重力分离而发生沉降，如目前常用的漂珠(ρ≈0.7g/cm3)，极易上浮，使得浆体稳定性变差，更甚者，由于漂珠抗剪切性及抗压性能较差，易剪切破碎，或在井底高压环境下出现破裂，引起水泥浆实际密度比设计密度偏大，存在压漏地层的风险。再者，作为水泥浆制备之一的缓凝剂，由于其跨温区使用，使得低温条件下缓凝剂的缓凝效应难以及时消除，致使水泥石顶部抗压强度发展缓慢甚至不凝固的情况发生，因此，如何解决上述技术问题，是目前水泥浆体系方面亟待解决的问题。
技术实现思路
为了解决上述技术缺陷，本专利技术提供一种固井用水泥浆体系，使得制备的水泥浆密度低、且克服了低温水泥柱超缓凝的问题，增强了水泥体系在顶部低温环境下的早期强度。一种固井用水泥浆体系，由以下重量配比的原料组成：油井水泥100份；微硅20～45份；活性减轻材料20～50份；降失水剂2.5～3.5份；分散剂0.5～1份；缓凝剂0.9～1.8份；早强剂1.5～3份；消泡剂1～1.5份；水112～250份。一种固井用水泥浆体系，其优点是：水泥浆体系中，活性减轻材料的添加，在降低水泥浆密度的同时，可与水泥中水化产物进行化学反应，并与之融为一体，提高低密度水泥石的早期强度，同时，克服了漂珠在高压和高搅拌条件下易碎的问题；缓凝剂采用复合离子型缓凝剂，其自身具有温度自适应特性，当在低温环境中时，分子链蜷曲，吸附基团处于束缚状态，减少对水泥颗粒的吸附，缓凝性能减弱；当在高温条件下，分子链舒展，暴露出更多的吸附基团，缓凝性能增强。并且，这一过程是可逆的，从而可适应大温差固井环境，克服了常规缓凝剂引起的低温水泥柱超缓凝的难题；而材料中使用的早强剂具有双重激活作用，即可激活油井水泥又可激活活性减轻材料，从而提高水泥浆在顶部低温环境下的早期强度。具体实施方式一种固井用水泥浆体系，由以下重量配比的原料组成：油井水泥100份；微硅20～45份；活性减轻材料20～50份；降失水剂2.5～3.5份；分散剂0.5～1份；缓凝剂0.9～1.8份；早强剂1.5～3份；消泡剂1～1.5份；水112～250份。优选地，所述活性减轻材料为环氧树脂和活性填料经固化剂固化后的复合物，且环氧树脂：活性填料：固化剂的质量比为20：4：3；进一步地，所述活性填料为矿渣和粉煤灰的混合物，且混合物中矿渣和粉煤灰的质量比为15:5；进一步地，固化剂为脂肪胺。优选地，所述降失水剂为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸和N-乙烯基吡咯烷酮的共聚物，且共聚物中2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸：丙烯酸：N-乙烯基吡咯烷酮的摩尔比为40:50:10；进一步地，所述共聚物是通过水溶液自由基聚合法聚合而成的。优选地，所述分散剂为磺化丙酮甲醛缩合物、苯乙烯-马来酸酐磺化共聚物中的一种。优选地，所述缓凝剂为复合离子缓凝剂；进一步地，所述复合离子缓凝剂为衣康酸、对苯乙烯磺酸钠、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基烯丙基聚氧乙烯醚的四元共聚物，且共聚物中衣康酸：对苯乙烯磺酸钠：丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵：甲基烯丙基聚氧乙烯醚的摩尔比为25:60:15:0.05；进一步地，所述共聚物是通过水溶液自由基聚合法聚合而成的。优选地，所述早强剂为CaO、K2SiO3、Na2SO4、NaOH的复合物，且复合物中CaO：K2SiO3：Na2SO4：NaOH的质量比为35:25:20:20。优选地，所述消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚中的一种。以下就具体实施例对本专利技术做进一步说明：实施例一不同密度水泥浆体系的制备：制备密度为1.3g/cm3的水泥浆体系，此实验命名为编号1：取100份G级油井水泥、45份微硅、50份减轻材料、3.5份降失水剂、0.8份分散剂、0.9份缓凝剂、3份早强剂、1.5份消泡剂、250份水，依据API规范Spe-10A制备水泥浆，备用；制备密度为1.4g/cm3的水泥浆体系，此实验命名为编号2：取100份G级油井水泥、25份微硅、35份减轻材料、3份降失水剂、0.5份分散剂、1.2份缓凝剂、1.5份早强剂、1份消泡剂、175份水，依据API规范Spe-10A制备水泥浆，备用；制备密度为1.5g/cm3的水泥浆体系，此实验命名为编号3：取100份G级油井水泥、30份微硅、25份减轻材料、2.5份降失水剂、1份分散剂、1.8份缓凝剂、2份早强剂、1.2份消泡剂、112份水，依据API规范Spe-10A制备水泥浆，备用；实施例二对水泥浆性能的评价以实例1为测试对象，依据GB/T19139-2012《油井水泥试验方法》进行水泥浆基本性能测试评价，试验结果见表1。表1不同密度下水泥浆基本性能测试结果由表1可以看出，用该专利技术的水泥浆配方制备的水泥浆的流动度在21～24cm之间，说明水泥浆可泵性良好。自由水含量小于0.1％，说明本专利技术制备的水泥浆稳定性良好，兼顾到了整个体系的稳定性与流变性。此外，整套体系失水量在75mL以内，因而能有效控制施工过程中的失水，从而避免大量失水引起的水泥浆性能变化，利于地层的保护。综上所述，该专利技术的水泥浆体系配方性能良好，满足行业标准相关性能要求。实施例三对水泥浆稠化时间和抗压强度的评价以实例1为例，依据GB19139-2003采用高温动态预制方式测试水泥柱顶部抗压强度，即水泥浆配浆后装入高温高压稠化仪，按稠化试验方案进入高温恒温段，恒温60min后降至顶部静止温度，拆出稠化仪浆杯，去油处理，然后制模置于顶部温度下养护至龄期。试验结果见表2：表2不同密度水泥浆稠化时间和抗压强度试验结果由表2可知，该专利技术制备的水泥浆体系在高温150℃条件下水泥浆稠化时间均大于300min，满足安全泵注的要求。此外，该体系顶部水泥石抗压强度发展良好，密度为1.3g/cm3抗压强度大于13.6MPa，密度为1.4g/cm3抗压强度最高超过18.3MPa，密度为1.5g/cm3抗压强度可高达22.6MPa。由此可见，该专利技术的水泥浆体系即可满足高温条件下水泥浆的安全泵送，又可保证低温井段水泥石抗压强度的发展，从而说明缓凝剂和早强剂配比的合理性。实例四水泥浆体系沉降稳定性的评价以实例1为例，水泥浆的沉降稳定性具体实验为：将在对应循环温度下稠化200min后的水泥浆倒入长30cm、内径为2.5cm的沉降管中，再将沉降管垂直放置于80℃的水浴恒温箱中养护至龄期(48h)，随后取出制备的水泥柱分割为长度相等的6段，分别测每段的密度，以密度分布来考察水泥浆稳定性，实验结果见表3：表3水泥石密度分布结果由表3可知，采用本专利技术水泥浆体系制备的水泥石密度分布差异较小，最大密度差为0.021g/cm3，最小密度差为0.013g/cm3，小于0.03g/cm3，由此说明，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固井用水泥浆体系，其特征在于：由以下重量配比的原料组成：油井水泥100份；微硅20～45份；活性减轻材料20～50份；降失水剂2.5～3.5份；分散剂0.5～1份；缓凝剂0.9～1.8份；早强剂1.5～3份；消泡剂1～1.5份；水112～250份。

【技术特征摘要】
1.一种固井用水泥浆体系，其特征在于：由以下重量配比的原料组成：油井水泥100份；微硅20～45份；活性减轻材料20～50份；降失水剂2.5～3.5份；分散剂0.5～1份；缓凝剂0.9～1.8份；早强剂1.5～3份；消泡剂1～1.5份；水112～250份。2.根据权利要求1所述一种固井用水泥浆体系，其特征在于：所述活性减轻材料为环氧树脂和活性填料经固化剂固化后的复合物，且环氧树脂：活性填料：固化剂的质量比为20：4：3。3.根据权利要求2所述一种固井用水泥浆体系，其特征在于：所述活性填料为矿渣和粉煤灰的混合物，且混合物中矿渣和粉煤灰的质量比为15:5。4.根据权利要求1所述一种固井用水泥浆体系，其特征在于：所述降失水剂为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸和N-乙烯基吡咯烷酮的共聚物，且共聚物中2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸：丙烯酸：N-乙烯基吡咯烷酮的摩尔比为40:50:10。5.根据权利要求1所述一种固井用水泥浆体系，其特征在于：所述分散剂为磺化丙酮甲醛缩合物、苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：于小荣，陈大钧，罗跃，杨欢，张直建，王炜，
申请(专利权)人：长江大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42