基于石墨材料的高温高强度韧性水泥浆及其制备与应用制造技术

本发明专利技术提供了一种基于石墨材料的高温高强度韧性水泥浆及其制备与应用，以重量份计，所述基于弹性石墨的高温高强度韧性水泥浆包括：高抗硫酸盐型

【技术实现步骤摘要】
基于石墨材料的高温高强度韧性水泥浆及其制备与应用


[0001]本专利技术涉及一种基于石墨材料的高温高强度韧性水泥浆及其制备与应用，属于石油天然气勘探开发

。

技术介绍

[0002]随着中国经济和社会的快速发展，其对油气资源需求量持续增长，为保障国家能源安全，降低油气对外依存度，必须加大勘探开发力度
。
其中，深层超深层油气潜力巨大，是重要接替资源
。
塔里木
、
准噶尔
、
四川
、
柴达木等盆地相继探明
8000m
以深油气藏，随着油气勘探开发的深入，深井
、
超深井数量逐渐增多，井筒温度越来越高，井底温度可达
240℃
以上，同时稠油热采井
、
页岩油原位转化井，井底温度可高达
600℃
，高温超高温固井水泥浆技术对保障深层超深层非常规油气勘探开发具有重要意义
。
[0003]针对油井水泥在
110℃
以上温度条件强度衰退导致长期强度低问题，本领域主要采用水泥石中加入石英砂以提高水泥石的硅钙比，从而保证高温水泥石长期强度，研究表明加砂水泥石在
110
‑
200℃
的长期强度可保持较好稳定性
。
但是
200℃
以上超高温条件下，加砂水泥石长期强度低
。
同时，水泥石脆性大，在超高温作用下容易破碎，韧性有待提高
。
>因此，开发一种高性能的高温高强度韧性水泥浆体系对提升超高温油气井固井质量和水泥环密封完整性具有重要作用
。
[0004]现有技术已公开了诸多有关提高高温水泥浆的强度和韧性的相关研究
。
例如：中国专利
CN104371678A
公开了一种膨胀韧性固井水泥浆及其制备方法，该技术采用橡胶粉作为增韧材料，但是橡胶粉在高温条件下对水泥石韧性的改造会失效
。
中国专利
CN109679600A
公开了一种纳米材料混合改性超高温高性能固井水泥浆体系及其制备方法，该技术采用粗细硅砂搭配，并结合纳米二氧化硅和纳米碳酸钙来改善高温水泥石的力学性能，5天强度可达
60MPa
，弹性模量为
8.5
左右，在
240℃
以上高温下会发生长期强度衰退
(28
天以上
)。
中国专利
CN110484223A
公开了一种防止高温强度衰退的油井水泥浆体系及其制备方法，该技术中所使用的强度增强剂为石墨烯乳液，悬浮稳定剂为微米级定型二氧化硅和8‑
12
％黄原胶，水泥浆在温度为
180℃
的条件下施工性能良好，强度为
35MPa
，
14
天内不衰退
。
但是该技术所用材料成本较高，且不适用于
200℃
以上超高温条件下固井施工
。
中国专利
CN110563428A
公开了一种用于超高温深井的固井水泥及其制备方法和应用，该技术所使用的第一抗强度衰退剂为硅粉，第二抗强度衰退剂为三氧化二铝
、
氢氧化铝
、
氧化锌
、
氢氧化锌和氯化锶中的一种或多种，在温度为
200
‑
240℃
的条件下，水泥石强度
30MPa
不衰退
。
但是其所提供的产品的超高温强度仍不够高，且未进行韧性改造
。
[0005]以上述专利为代表的现有技术，虽在高温水泥的力学改性等方面取得了一定的效果，但是在提高水泥石长期强度
、
超高温水泥石增韧方面仍存在一定问题，不能满足深井
、
超深井
、
稠油热采井等高温超高温固井作业需求
。
[0006]因此，提供一种新型的基于石墨材料的高温高强度韧性水泥浆及其制备与应用已经成为本领域亟需解决的技术问题
。

技术实现思路

[0007]为了解决高温超高温条件下，加砂水泥石长期强度低
、
脆性大易破裂以及水泥石在高温超高温作用下容易破碎，韧性有待提高等技术问题，本专利技术的一个目的在于提供一种基于石墨材料的高温高强度韧性水泥浆
。
[0008]本专利技术的另一个目的还在于提供以上所述基于石墨材料的高温高强度韧性水泥浆的制备方法
。
[0009]本专利技术的又一个目的还在于提供以上所述的基于石墨材料的高温高强度韧性水泥浆在高温超高温井固井作业中的应用
。
[0010]本专利技术的再一个目的还在于提供一种高温超高温井固井方法，其使用以上所述的基于石墨材料的高温高强度韧性水泥浆
。
[0011]为了实现以上目的，一方面，本专利技术提供了一种基于石墨材料的高温高强度韧性水泥浆，其中，以重量份计，所述基于石墨材料的高温高强度韧性水泥浆包括：
[0012][0013][0014]本专利技术中，所述高抗硫酸盐型
G
级油井水泥为市售产品，其主要的矿物组分包括硅酸二钙
(2CaO
·
SiO2)、
硅酸三钙
(3CaO
·
SiO2)、
铝酸三钙
(3CaO
·
Al2O3)、
铁铝酸四钙
(4CaO
·
A12O3·
Fe2O3)、
碱性物质
(Na2O
和
K2O)、MgO
和
SO3等
。
[0015]作为本专利技术以上所述水泥浆的一具体实施方式，其中，高抗硫酸盐型
G
级油井水泥的尺寸为
300
‑
400
目
。
[0016]作为本专利技术以上所述水泥浆的一具体实施方式，其中，石墨材料，即弹性石墨和膨胀石墨的尺寸均为
80
‑
200
目
。
[0017]作为本专利技术以上所述水泥浆的一具体实施方式，其中，所述弹性石墨耐温达
800℃
，回弹率为
20
‑
50
％
。
[0018]作为本专利技术以上所述水泥浆的一具体实施方式，其中，所述膨胀石墨在
200℃
以上的高温条件下会发生膨胀，膨胀率
>200mL/g。
本专利技术中，所述弹性石墨和所述膨胀石墨均为市售产品
。
[0019]作为本专利技术以上所述水泥浆的一具体实施方式，其中，所述石英砂包括
100
‑
400
目
石英砂和
600
‑
1500
目石英砂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于石墨材料的高温高强度韧性水泥浆，其特征在于，以重量份计，所述基于石墨材料的高温高强度韧性水泥浆包括：
2.
根据权利要求1所述的水泥浆，其特征在于，所述弹性石墨耐温达
800℃
，回弹率为
20
‑
50
％
。3.
根据权利要求1或2所述的水泥浆，其特征在于，所述膨胀石墨在
200℃
以上的高温条件下会发生膨胀，膨胀率
>200mL/g。4.
根据权利要求1或2所述的水泥浆，其特征在于，所述石英砂包括
100
‑
400
目石英砂和
600
‑
1500
目石英砂的混配物
。5.
根据权利要求1所述的水泥浆，其特征在于，所述超高温强度防衰退材料包括偏高岭石
、
高岭石
、
蓝晶石及绿泥石中的两种或多种的复配混合物
。6.
根据权利要求1或5所述的水泥浆，其特征在于，所述超高温强度防衰退材料的细度为
100
‑
400
目
。7.
根据权利要求1或5所述的水泥浆，其特征在于，当井底温度为
150
‑
180℃
时，超高温强度防衰退材料加量为0‑5重量份，当井底温度为
180
‑
240℃
时，超高温强度防衰退材料加量为5‑
10
重量份，当井底温度为
240℃
以上时，超高温强度防衰退材料加量为
10
‑
15
重量份
。8.
根据权利要求1或2所述的水泥浆，其特征在于，所述高温稳定剂包括纳米氧化铝
、
硅酸镁铝和聚乙烯醇形成的复配物
。9.
根据权利要求1或2所述的水泥浆，其特征在于，所述分散剂包括油井水泥用聚羧酸分散剂
。10.
根据权利要求1或2所述的水泥浆，其特征在于，所述高温降失水剂包括2‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸
/N,N
‑
二甲基丙烯酰胺
/
衣康酸
/
马来酸酐四元聚合物
。11.
根据权利要求1或2所述的水泥浆，其特征在于，所述高温缓凝剂包括2‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸

【专利技术属性】
技术研发人员：刘慧婷，于永金，靳建洲，齐奉忠，张华，曲从锋，张弛，夏修建，张佳滢，王贵富，张晓兵，徐璞，徐文华，
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：