一种高温特种油井水泥材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高温特种油井水泥。该水泥是向高贝利特水泥中掺入石英砂粉和外加剂后混匀得到的产品。本发明专利技术的水泥产品具有以下特点：１．高贝利特水泥配以适量的石英砂和外加剂制成的高温特种油井水泥材料，具有较好的热稳定性。２．高温特种油井水泥的水化产物随温度的变化而不同，６０℃－８０℃为ＡＦｔ和氢氧化钙；９０℃时ＡＦｔ消失，出现了硬硅钙石；１１０℃时，水化产物全部转变为硬硅钙石。３．高温特种油井水泥在１．２－１．８水灰比，水泥的各项性能基本满足技术指标要求。４．高温特种油井水泥随水化龄期的延长，强度稳步增加，没有出现倒缩现象。本发明专利技术的水泥产品具有热稳定性高、低污染等优点，制备方法具有对仪器设备要求低和成本低廉等优点，适合大面积推广和应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化工领域中的水泥产品，特别是涉及一种适用温度较宽 (600C -130°C )的微细油井水泥(本专利技术命名为高温特种油井水泥)及其制备方法。
技术介绍
微细油井水泥，是指最大粒径在10-15 μ m,平均粒径2_4 μ m的油井水泥。其特点 是水泥粒径小，比表面积高，一般在800-1600m2/Kg。微细油井水泥的应用是由于近几十年 油田的进一步开发，使得地质储量的动用程度增加。为了延缓原油产量的递减，开发上采用 多次加密调整，注水补充地层能量来稳产。由于长时间的调整开发，造成地层的压力变化， 许多油层被水淹，导致井下出水。根据资料报道，胜利油田、大庆油田等大型油田，每吨采出 液的含水率达90%以上。因此，井下堵水作业是确保油田产量的一项重要工作。常规的堵 水方法分机械法和化学法。机械法是利用器械对井下出水处卡封，但是随着井下出水条件 的日趋复杂，此种方法已解决不了问题；化学法是采用化学灌浆堵剂，它可以有效的解决一 些地区的出水问题，但不适用深井和热采井使用，也不能解决高渗透地层以及存在大裂缝、 大孔道的地层。八十年代末期，日本、美国等提出以微细油井水泥作为封堵材料，由于它的 粒径小，具有比普通水泥高的地层渗透性以及广泛的温度适用性，并且满足施工所要求的 胶结强度，因此得到应用。八十年代末期，在北美地区，微细油井水泥用于修补套管和封堵 水窜取得了显著的效果。近年，微细油井水泥被列在由全球石油固井专家编写的《固井产品 及外加剂总汇》一书中作为固井基本水泥，标志着这个品种水泥的应用取得了世界的认可。 然而，这些微细油井水泥(包括本申请对比实验中使用的美国Hallibuton Services公司 的微细油井水泥产品)，其组成配方均保密，而进口价格也较高，且强度性能低，很难满足目 前我国油田地面施工的需求。目前尚未检索到以高贝利特水泥作为微细油井水泥中基本原 材料的文献报道。
技术实现思路
本专利技术提供了一种由新型水泥制备的性能优异、适用温度较宽(60°C -130°C )的 高温特种油井水泥材料。为解决上述技术问题，本专利技术采取以下技术方案一种高温特种油井水泥材料，是 向高贝利特水泥中掺入石英砂粉和外加剂后混勻得到的产品。所述石英砂粉中的SiO2含量大于98%，添加量为水泥重量的10% -25%，优选为 15-20%。所述高贝利特水泥和石英砂粉的粒径< 15 μ m。所述外加剂为S-2或S-3，S-2添加量为水泥重量的0. 22% -0. 32%, S_3添加量 为水泥重量的0.9% -1.5%。S-2为木质素磺酸盐或改性木质素磺酸盐，如钠盐或钾盐，适用于60°C -90S-3 为乙二胺四亚甲基膦酸盐，如钠盐或钾盐，适用于100°C -130°C，根据需要进行选择。本专利技术的第二个目的是提供一种制备上述高温特种油井水泥材料的方法。本专利技术所提供的制备方法，是向高贝利特水泥中掺入石英砂粉后混勻，再加入外 加剂混合后搅拌，得到高温特种油井水泥。所述搅拌时间为10-30min，优选为15min。本专利技术提供。本专利技术的水泥产品是以 特定的化学成分和矿物组成的硅酸盐胶凝材料，并采用耐高温外加剂改善水泥浆在高温高 压条件下的物理性能。该高温特种油井水泥的水泥浆比重可调范围广，适用于不同区域的 地层压力，水泥浆的稠化性能和浆体稳定性好，能够满足目前我国油田地面施工的具体要 求。另一方面，经实验比较，本专利技术的高温特种油井水泥与美国HallibutonServices公司 提供的微细水泥粒径比较接近，但在相同的试验条件下，24小时抗压强度比Hallibuton Services提供的样品抗压强度高数倍。本专利技术的水泥产品具有以下特点1.高贝利特水泥配以适量的石英砂和外加剂制成的高温特种油井水泥材料，具有 较好的热稳定性。2.本专利技术高温特种油井水泥的水化产物随温度的变化而不同，60°C -80°C为AFt 和氢氧化钙；90°C时AFt消失，出现了硬硅钙石；110°C时，水化产物全部转变为硬硅钙石。 水化产物的变化，有助于其硬化强度的发展。3.本专利技术高温特种油井水泥在水灰比为1. 2-1. 8时，水泥的各项性能基本满足技 术指标要求。4.本专利技术高温特种油井水泥随水化龄期的延长，强度稳步增加，没有出现倒缩现象。5.本专利技术高温特种油井水泥以高贝利特水泥配制，高贝利特水泥与普通水泥相 比，具有低能耗、低排放的优点，因此本专利技术高温特种油井水泥低污染。综上所述，本专利技术的水泥产品具有热稳定性高、低污染等优点，制备方法具有能耗 低、对设备要求低和成本低廉等优点，适合大面积推广和应用。下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1为本专利技术实施例1表3中编号B-4在各温度下高温特种油井水泥水化产物分 析结果。具体实施例方式下述实施例中所用方法除特殊注明外均按照GB10238-88及其附录所规定方法和 仪器进行试验。实施例1、高温特种油井水泥材料的配制本专利技术高温特种油井水泥材料主要用于井底温度60°C _130°C的油气井修井工程。(1).原料的选择高温特种油井水泥材料的适用温度范围宽，最高使用温度高达130°C，最低使用温度为60°C，因此本专利技术提出配制这类水泥材料的原料应具有较好的温度稳定性。配制高温特种油井水泥材料可供选用的有三种国标中规定的硅酸盐水泥，它们分 别是中抗G级油井水泥、高抗D级油井水泥和高贝利特水泥(代号B)。三种水泥的化学成 分和矿物组成见表1。表1三种水泥的化学成分和矿物组成 以上三种水泥和石英砂粉(SiO2含量大于98% )分别在气流磨中粉碎至粒径 ^ 15 μ m超细粉。磨细后的三种水泥中分别掺入水泥重量0%，10%，15%，20%，25%的石 英砂粉和一定量的外加剂S-2或S-3(外加剂的成分和掺量参见后续(3)的介绍)，混合配 制成水泥样品，分别在60°C常压和130°C 乂20.710^水热条件下养护241!后进行抗压强度 试验(水灰比为1.5)。实验结果见表2，G级水泥在60°C下的强度随掺入的石英砂量变化不大，而130°C 的强度则明显增加；D级水泥掺入石英砂后，60°C下的强度为随石英砂掺量的增加明显下 降，130°C的强度普遍比60°C的强度高，当石英砂掺入一定量(15%-20%)时强度最高；高 贝利特水泥加石英砂后，60°C常压和130°C高压的强度波动不大，都能达到5MPa左右，尤其 60°C强度明显高于前两者。三种加砂水泥的强度对比结果说明，高贝利特水泥具有很好的 热稳定性。因此，确定高贝利特水泥作为本专利技术高温特种油井水泥的原材料。表2三种水泥的抗压强度结果 (注G编号为G级水泥；D编号为D级水泥；B编号为高贝利特水泥)(2).高贝利特水泥和石英砂配比的确定向上述磨好的高贝利特水泥中分别掺入水泥重量10 %、15 %、20 %、25 %、30 %的 磨细石英砂粉(石英砂粉粒径要求为< 15 μ m)，再外掺入一定量的外加剂S-2或S-3(外 加剂的成分和掺量参见后续(3)的介绍)，混合制成样品，编号分别为B-0、B-U B-2、B-3、 B-4、B-5。分别在常压 60°C、70°C、80°C、90°C和高压(20. 7MPa) 100°C、110°C、120°C、13本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温特种油井水泥材料，是向高贝利特水泥中掺入石英砂粉和外加剂后混匀得到的产品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：隋同波，李娟，吴晓蓉，王晶，周春英，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]