一种新型CO2-EGS模式的干热岩用高温抗腐蚀固井水泥体系制造技术

本发明专利技术公开了一种新型CO2‑

【技术实现步骤摘要】
一种新型CO2
‑
EGS模式的干热岩用高温抗腐蚀固井水泥体系


[0001]本专利技术涉及油气井固井
，具体涉及一种新型CO2‑
EGS模式的干热岩用高温抗腐蚀固井水泥体系。

技术介绍

[0002]随着我国经济的快速发展，能源短缺和环境污染问题日益显著，对清洁型能源的需求急剧增加。干热岩是地热能的一种存在形式，是指埋藏较深的内部不存在流体或仅有少量流体的致密高温岩体。干热岩蕴藏着巨大的热能，是国际社会公认的高效清洁能源，因其具有储集量大、清洁低碳、安全可靠等优越性而极具竞争力。合理开发利用地热能可有效缓解当前过度依赖化石能源以及其对环境污染的压力，提高国家能源安全。
[0003]干热岩区域经过储层改造形成增强型地热系统( Enhanced geothermal system，EGS)，是一种高效的开采干热岩地热能的人工系统，即利用传热介质的循环，抽取地热到地面加以利用。现阶段干热岩的采热介质有2 种，即水和二氧化碳。注水循环热交换( H2O
‑
EGS)和注二氧化碳循环热交换( CO2‑
EGS)，两者采热原理一致，但效果具有明显差异。与传统的H2O
‑
EGS模式相比，新型CO2‑
EGS 模式具有明显的优势。
[0004]利用新型CO2‑
EGS 模式在生产实施过程中，生产井将面临高温、高应力、高浓度CO2侵蚀的复杂环境，此外还需要水泥环具有较低的导热系数，能有效的降低井筒内部的热量损失。因此新型CO2‑
>EGS 模式的干热岩生产井需具备良好的抗高温性能、抗碳化性能以及低导热性等复合性能。
[0005]目前针对新型CO2‑
EGS模式所采用的固井水泥浆体系的研究较少，主要是关于耐高温性能或者抗碳化性能的单一性能的研究。CN201610053575.9 介绍了一种干热岩用高温固井水泥浆及其制备方法，该水泥浆含有如下组分：油井G级水泥；以油井G级水泥的质量为100％计的：40
‑
60％的强度处理剂；3
‑
5％的缓凝剂；3
‑
5％的减阻剂；3
‑
5％的降失水剂；0.05
‑
0.1％的消泡剂；63
‑
72％的水。李全双等人在《适用于干热岩固井抗高温高强度水泥浆体系研究》一文中通过优选富硅铝活性材料SCM及配套高温缓凝剂和增韧剂的室内评价方法来改善水泥石高温强度，以构建适用于干热岩层地质工况特点的抗高温高强度水泥浆体系。研究成果在青海干热岩的超深高温高压井进行了初步应用，取得较好的成果。CN200810008061.7介绍了一种抗高温水泥浆体系，该抗高温水泥浆的组分及配比按重量份数比如下：水泥100份、水55～65份、降滤失剂6～15份、缓凝剂4.8～7.2份、减阻剂20～40份、填充剂3～5份、稳定剂1～3份。
[0006]CN201110297635.9 介绍了一种可耐CO2腐蚀的固井用水泥，该水泥的组成为：1重量份的铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥、0.1~0.5重量份的磷酸盐以及0~2重量份的填充材料。CN201310030129.2介绍了一种固井用铝酸盐水泥基耐二氧化碳腐蚀水泥体系；其重量份比组成为：铝酸盐水泥100份，水40份，磷酸钠盐8~12份，油井水泥消泡剂0.4~0.6份，缓凝剂0~3.5份。
[0007]由于采用新型CO2‑
EGS模式的干热岩生产井要求固井水泥环具有高温强度稳定
性、耐CO2腐蚀性和低热传导率，上述固井水泥体系均不能有效满足新型CO2‑
EGS模式的干热岩高温固井水泥的性能要求。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于解决上述问题，本专利技术提供了一种新型CO2‑
EGS模式的干热岩用高温抗腐蚀固井水泥体系，该水泥体系的水泥石在高温、高压和高浓度CO2条件下具有优良的耐腐蚀性能、抗高温性能及保温性能，能够满足新型CO2‑
EGS 模式的干热岩生产井长期封固，减少能耗的要求，为勘探开发、高效生产和环境保护提供保障。
[0009]本专利技术通过下述技术方案实现：一种新型CO2‑
EGS模式的干热岩用高温抗腐蚀固井水泥体系，按重量百分比计由以下原料组成：低水化热水泥或低钙硅比水泥
ꢀꢀꢀꢀ
75
‑
88%；高温强度增强剂
ꢀꢀꢀꢀ
11
‑
20%；抗CO2腐蚀材料
ꢀꢀꢀꢀ1‑
5%。
[0010]优选的，所述低水化热水泥的C2S含量≥40%，比表面积为280
‑
330m2/Kg，7d水化热≤240kJ/kg。
[0011]优选的，所述低钙硅比水泥的化学成分中氧化钙/氧化硅摩尔比为1.8
‑
2.2。
[0012]优选的，所述高温强度稳定剂为废弃混凝土，废弃混凝土的SiO2含量≥70%，粉体细度≥300目。
[0013]优选的，所述抗CO2腐蚀材料为云母粉、聚醚醚酮树脂超细粉末中一种或几种。
[0014]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：（1）、本专利技术中，该固井材料具有良好的高温外加剂适应性和高抗压强度：采用低热水泥或低钙硅比水泥在高温水热环境条件下，具有更好的抗压强度稳定性和外加剂适应性，其机理在于两个方面：一方面，高钙硅比的水泥水化反应时，由于石英砂溶液速率较慢的问题，导致水化产物中钙硅离子不是理想中均匀分布的状态，这种分布不均匀的状态导致部分区域仍存在高钙硅比水化产物的产生，这导致了水泥石的高温强度衰退的问题。通过采用低热水泥及低钙硅比水泥水化产物中的氢氧化钙含量更低，需要的高温强度稳定剂和高温强度增强剂加量更少，提高了水泥水化产物的均匀性，通过改善水泥高温水化产物的微观、介观结构分布，可以有效提高高温固井水泥高温强度稳定性；另一方面，低热水泥及低钙硅比水泥中的硅酸二钙含量高、水泥比表面积小，在高温条件下的水化速度更慢，所需要的高温缓凝剂、降失水剂掺量及适应性更好。
[0015]（2）、本专利技术中，该固井材料具有绿色环保和低成本的特点：废弃混凝土主要由水泥、砂和骨料组成，其中部分混凝土中砂石骨料中的化学成分以二氧化硅为主，从成分上满足高温固井水泥的性能需求，采用废弃混凝土作为高温强度稳定剂有以下特点：a.绿色环保：废弃混凝土是城市建设中常见的固体废弃物，已成为一种重要的环境污染源，将废弃混凝土粉磨后作为高温固井水泥的强度稳定剂成为处理该类废弃物的有效方式之一；b.成本低、来源广：通过采用低热水泥或低钙硅比水泥作为主要材料后，对高温强度稳定剂的组分要求下降，放宽了对硅质材料中的二氧化硅含量要求，扩大了高温强度稳
定剂的来源，降低高温固井水泥的成本；c.加入的高温强度增强剂中含有活性铝氧四面体结构，该结构在高温固井水泥中能起到两个方面的作用，一是快速吸附水泥水化过程释放的钙离子，降低水泥水化产物形核
‑
结晶
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型CO2‑
EGS模式的干热岩用高温抗腐蚀固井水泥体系，其特征在于，按重量百分比计由以下原料组成：低水化热水泥或低钙硅比水泥
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75
‑
88%；高温强度增强剂
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11
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20%；抗CO2腐蚀材料
ꢀꢀꢀꢀ1‑
5%。2.根据权利要求1所述的一种新型CO2‑
EGS模式的干热岩用高温抗腐蚀固井水泥体系，其特征在于：所述低水化热水泥的C2S含量≥40%，比表面积为280
‑
330m2/Kg，7d水化热≤24...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵峰，曾雪玲，种娜，古安林，张洋勇，龙丹，
申请(专利权)人：嘉华特种水泥股份有限公司，
类型：发明
国别省市：