一种超高温固井用高强硅酸盐水泥浆及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种超高温固井用高强硅酸盐水泥浆及其制备方法与应用。以重量份计，该水泥浆的成分组成包括：100份硅酸盐水泥，4

【技术实现步骤摘要】
一种超高温固井用高强硅酸盐水泥浆及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种超高温固井用高强硅酸盐水泥浆及其制备方法与应用，属于油井固井


技术介绍

[0002]针对稠油火驱热力采油和煤层气化作业的井筒内温度均在600℃
‑
1000℃，普通油井加砂水泥石在高温下水泥石结构疏松、抗压强度明显降低、渗透率增大，严重影响水泥环的环空密封能力，大大缩短稠油热采井和煤气化作业井的生产寿命。因此，开发一种高温下水泥石抗压强度高，且长期高温抗压强度发展稳定的水泥浆体系是很有必要的。
[0003]目前主要采用硅酸盐水泥加石英砂、铝酸盐水泥、磷铝酸盐水泥作为固井水泥浆体系，虽然高温抗压强度较纯水泥浆有所提高，但仍存在一些问题：
[0004](1)硅酸盐水泥加石英砂的600℃高温抗压强度衰退很严重，水泥环易失去层间封隔能力。
[0005](2)铝酸盐水泥或磷铝酸盐水泥的价格是硅酸盐水泥价格的十几倍。
[0006](3)开发适合铝酸盐水泥或磷铝酸盐水泥的降失水剂、缓凝剂等外加剂的难度大，而硅酸盐水泥有现成的配套外加剂。
[0007](4)目前硅酸盐水泥在固井行业的应用还是占据主要市场，各固井施工单位的固井设备几乎都接触过硅酸盐水泥，而铝酸盐水泥或磷铝酸盐水泥一旦接触硅酸盐水泥就会絮凝，敏感性很强，易引起固井事故。
[0008](5)普通硅酸盐水泥加石英砂、铝酸盐水泥、磷铝酸盐水泥的600℃高温水泥石抗压强度均小于20MPa。

技术实现思路

[0009]为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种能够适用于超高温600℃固井作业的水泥浆，该水泥浆具有沉降稳定性好，低温下强度发展快，600℃高温下水泥石抗压强度高，且长期高温抗压强度发展稳定的特点，满足稠油火驱热采井和煤气化作业井的现场应用要求。
[0010]为达到上述目的，本专利技术提供了一种超高温固井用高强硅酸盐水泥浆，以重量份计，该水泥浆的成分组成包括：
[0011]100份硅酸盐水泥，4
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6份高温防裂材料，80
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105份高温增强材料，70
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78份水，0.5
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1.5份分散剂，1
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3份降失水剂，0.5
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2.5份缓凝剂，0.2
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0.5份消泡剂；
[0012]其中，所述高温增强材料为质量比为25
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35:5
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15:1酸洗石英砂、偏高岭土、硫酸铝的组合，或者，质量比为25
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35:5
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15:5
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15:1的酸洗石英砂、偏高岭土、长石、硫酸钠的组合，或者，质量比为25
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35:5
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15:5
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15:1的酸洗石英砂、偏高岭土、长石、亚硝酸钙的组合。
[0013]根据本专利技术的具体实施方案，上述硅酸盐水泥可以为油气井固井用硅酸盐A级水泥、B级水泥、C级水泥、D级水泥、E级水泥、F级水泥、G级水泥、H级水泥和J级水泥中的一种或
两种以上的组合。
[0014]根据本专利技术的具体实施方案，上述高温防裂材料可以包括玄武岩纤维、莫来石、海泡石中的两种材料的组合，并且两种材料的质量比为1
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3:1，优选为1：1。
[0015]根据本专利技术的具体实施方案，高温增强材料优选为质量比为30:10:1的酸洗石英砂、偏高岭土、硫酸铝的组合，或者，质量比为30:10:10:1的酸洗石英砂、偏高岭土、长石、硫酸钠的组合，或者，质量比为30:10:10:1的酸洗石英砂、偏高岭土、长石、亚硝酸钙的组合。本专利技术的水泥浆采用了上述特定的3种或4种高温增强材料并控制其质量比，能够使所制备的水泥石生产抗高温的稳定晶相，从而使水泥石的高温晶相结构能够保持稳定，在经过高温之后，强度不会衰退，而且还会增加。
[0016]根据本专利技术的具体实施方案，上述分散剂可以包括醛酮缩合物或聚羧酸类分散剂。
[0017]根据本专利技术的具体实施方案，上述降失水剂可以为AMPS聚合物类降失水剂；具体的，可以从本领域已知的AMPS聚合物类降失水剂中根据需要进行选择。
[0018]根据本专利技术的具体实施方案，上述缓凝剂可以为羟乙基叉二磷酸、羟基亚乙基二膦酸和乙二胺四亚甲基膦酸等中的一种或两种以上的组合。
[0019]根据本专利技术的具体实施方案，上述消泡剂可以为二甲基硅油和/或磷酸三丁酯。
[0020]本专利技术还提供了上述超高温固井用高强硅酸盐水泥浆的制备方法，其包括以下步骤：
[0021]将高温防裂材料、高温增强材料、降失水剂、分散剂与硅酸盐水泥干混均匀；将缓凝剂、消泡剂与水湿混均匀；
[0022]在搅拌条件下，将干混料加入到湿混料中，搅拌均匀，得到所述超高温固井用高强硅酸盐水泥浆。
[0023]本专利技术还提供了上述超高温固井用高强硅酸盐水泥浆在固井作业中的应用，优选地，所述固井作业为600℃以上的固井作业。
[0024]本专利技术所提供的是一种超高温600℃固井用高强硅酸盐水泥浆，该水泥浆具有低温下强度发展快，600℃高温下抗压强度高，且长期高温抗压强度发展稳定的特点，可有效保证超高温下水泥环的密封完整性，实现良好的层间封隔，延长稠油火驱热采井和煤气化作业井的使用寿命，为稠油火驱热采井和煤气化作业井的长期、安全、有效运行提供技术支撑。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0026](1)水泥浆的沉降稳定性的上下密度差为0，低温下水泥石抗压强度大于14MPa，满足稠油火驱热采井和煤气化作业井前期的固井需求。
[0027](2)600℃高温下130天长期的水泥石抗压强度超过50MPa。而且，在800℃的高温下也能够保持较高的抗压强度，并且水泥石的抗压强度在环境温度升高之后并不会下降，仍能够保持温度，甚至提升。
[0028](3)本专利技术的水泥浆采用的是材料均为普通材料，没有特种材料，与铝酸盐水泥的价格1.5万元/吨、磷铝酸盐水泥的价格2.1万元/吨相比，本专利技术的高强硅酸盐水泥的价格0.8万元/吨，其费用降低一半左右。
[0029](4)不需要单独开发非硅酸盐水泥的外加剂，大大节约了开发水泥浆配套外加剂
的成本。
[0030](5)本专利技术的高强硅酸盐水泥以油气井固井用硅酸盐G级水泥为基础，与硅酸盐水泥接触不絮凝增稠，相容性好，提高了固井施工安全，并大大降低了固井施工作业成本。
具体实施方式
[0031]为了对本专利技术的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本专利技术的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本专利技术的可实施范围的限定。
[0032]对比例1
[0033]本对比例提供了一种水泥浆，其由以下各组分按重量份配比组成：
[0034]100份硅酸盐水泥(油气井固井用硅酸盐G级水泥)；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高温固井用高强硅酸盐水泥浆，以重量份计，该水泥浆的成分组成包括：100份硅酸盐水泥，4
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6份高温防裂材料，80
‑
105份高温增强材料，70
‑
78份水，0.5
‑
1.5份分散剂，1
‑
3份降失水剂，0.5
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2.5份缓凝剂，0.2
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0.5份消泡剂；其中，所述高温增强材料为质量比为25
‑
35:5
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15:1酸洗石英砂、偏高岭土、硫酸铝的组合，或者，质量比为25
‑
35:5
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15:5
‑
15:1的酸洗石英砂、偏高岭土、长石、硫酸钠的组合，或者，质量比为25
‑
35:5
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15:5
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15:1的酸洗石英砂、偏高岭土、长石、亚硝酸钙的组合。2.根据权利要求1所述的超高温固井用高强硅酸盐水泥浆，其中，所述硅酸盐水泥为油气井固井用硅酸盐A级水泥、B级水泥、C级水泥、D级水泥、E级水泥、F级水泥、G级水泥、H级水泥和J级水泥中的一种或两种以上的组合。3.根据权利要求1或2所述的超高温固井用高强硅酸盐水泥浆，其中，所述高温防裂材料包括玄武岩纤维、莫来石、海泡石中的两种材料的组合，并且两种材料的质量比为1
‑
3:1。4.根据权利要求3所述的超高温固井用高强硅酸盐水泥浆，其中，组成高温防裂材料的两种材料的质量比为1：1。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华，靳建洲，于永金，曲从锋，齐奉忠，徐明，刘硕琼，王兆会，郭玉超，刘继亮，吕斌，丁志伟，张弛，刘子帅，纪宏飞，夏修建，李勇，周崇峰，张晓兵，
申请(专利权)人：中国石油集团工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：