【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及油气固井，具体涉及一种低温低密度固井水泥浆体系。
技术介绍
1、深水固井面对着与陆上固井完全不同的井况条件，主要面临两大问题，一是深水表层泥线温度低，最低可低至0℃左右，而低温下水泥水化速率大幅减缓，早期强度发育缓慢，无法形成有效的层间封隔，阻止浅层油气的运移；二是靠近地表部分的地层疏松胶结弱，地层破裂压力低，安全密度窗口窄，为了维持地层压力的平衡，往往需要使用低密度水泥浆体系。但低密度水泥浆体系同样存在早期强度发育缓慢的问题，叠加低温对水泥水化的影响进一步增大了低温固井的难度。
2、为了尽可能提高水泥石的低温抗压强度，早强剂的使用难以避免，而大多数早强剂在低温条件下的早强效果有限。目前研究表明，纳米c-s-h晶种是一种非常优秀的低温早强剂，但纳米c-s-h晶种的制备繁琐，成本高昂，且由于表面存在大量羟基导致其在水泥浆体中易于团聚。为了解决团聚现象就需要在制备过程中额外引入外加剂进行表面改性，进一步增大了纳米c-s-h晶种的使用成本。
3、目前常用的固井水泥浆体系包括飘珠低密度水泥浆体系、粉煤灰低密度水泥浆体系、玻璃微珠体系、微硅体系和膨润土体系等。但上述水泥浆体系在实际使用过程中均存在一定问题，例如膨润土的加入需要提高水固比，增加了浆体的流动性，但容易引发浆体中固相材料的沉积；粉煤灰降低浆体密度能力有限，一般在1.5g/cm3左右，在实际使用中还会更高；飘珠在搅拌过程中易碎导致浆体密度偏离设计密度；空心玻璃微珠的成本高昂，与水泥基体的界面胶结不良，难以大规模应用。
4、为避免上
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种低温固井水泥浆体系，以解决低温环境下低密度水泥浆水化速率低，早期强度发展缓慢的问题，满足固井施工要求。
2、本专利技术的另一目的在于提供一种以硬硅钙石为体系的低密度水泥浆体系，避免使用玻璃微珠，降低施工成本。
3、本专利技术的又一目的在于提供一种原位生成纳米c-s-h晶种以提高水泥石在0℃左右的超低温环境下的强度，降低纳米c-s-h晶种的使用成本。
4、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
5、一种低温低密度固井水泥浆体系，包括按质量份数计的如下组分：
6、水泥：80～90份；
7、减轻材料：10～20份；
8、复合早强剂：4～8份；
9、缓凝剂：0～2份；
10、降失水剂：0.5～4份；
11、分散剂：0.2～1份；
12、悬浮稳定剂：2～4份；
13、消泡剂：0.03～0.3份；
14、拌合水：60～80份。
15、进一步地，所述水泥为g级高抗硫酸盐油井水泥和超细水泥中的至少一种。
16、进一步地，所述减轻材料为硬硅钙石纤维组成的硬硅钙石空心球和硬硅钙石-大豆油相变微胶囊组成的混合材料，混合材料的密度为0.6g/cm3，制备方式如下：
17、s1：将凝固点为2℃的大豆油加入70℃的去离子水中，大豆油与去离子水的质量比为1:10，加入十二烷基苯磺酸钠，十二烷基苯磺酸钠加入量为大豆油质量0.7％，搅拌制成悬浮液，随后加入硅烷偶联剂kh550，硅烷偶联剂kh550加入量为大豆油质量1％，搅拌均匀，同时滴加浓度均为1mol/l的氯化钙溶液和硅酸钠溶液，芯壁比为1:4，持续搅拌12h，搅拌速率为300rpm，过滤干燥制得相变微胶囊前驱体；
18、s2：按照ca/si＝1.05称取熟石灰和石英砂，同时加入相变微胶囊前驱体，芯壁比为1：3，再置于去离子水中，去离子水加入量为熟石灰、石英砂和相变微胶囊前驱体总质量50倍，陈化3h后加入硅烷偶联剂kh550加入量为相变微胶囊前驱体质量0.5％，再以1.4℃/min的速率升温至190℃，并不断搅拌，搅拌速率为300rpm，保温11h，过滤干燥制得硬硅钙石-大豆油相变微胶囊；
19、s3：按照ca/si＝1.05称取熟石灰和石英砂，再置入熟石灰和石英砂总质量50倍的去离子水中，陈化3h后以1.4℃/min的速率升温至210℃，并不断搅拌，保温11h，过滤干燥制得硬硅钙石空心球；
20、s4：将s2和s3分别制备的硬硅钙石-大豆油相变微胶囊和硬硅钙石空心球按照3:7的重量比混合均匀，即得减轻材料。
21、本专利技术使用的混合减轻材料，一方面作为减轻剂可以降低水泥石的密度，减少水化热的释放，并且其与水泥石基体具有极好的界面结合，另一方面可以提供成核位点促进水泥水化反应和纳米c-s-h晶种的原位沉淀，提高水泥石的致密度。
22、进一步地，所述复合早强剂包括组分a和组分b，所述组分a为易溶于水的钙盐，所述组分b为易溶于水的硅酸盐；复合早强剂使用前，需要提前24h将组分a加入拌合水中溶解为ca2+溶液，组分b作为固体粉末加入至水泥中混合均匀。
23、本专利技术使用的早强剂基于经典晶体成核理论和沉淀与溶解现象。由于casio3不溶于水，当溶液中存在大量ca2+和sio32-时就会原位直接析出casio3，也就是纳米c-s-h晶种。沉淀析出的纳米c-s-h晶种一方面在水化早期为水泥水化提供成核位点，参与搭建c-s-h凝胶骨架，促进水泥石早期抗压强度的提高，另一方面在水化后期填充水泥石中的孔隙，减少有害孔数量，提高水泥石的致密度，以进一步提高水泥石的抗压强度。
24、进一步地，所述组分a为无水氯化钙和四水合硝酸钙中的至少一种。
25、进一步地，所述组分b为九水硅酸钠。
26、进一步地，所述缓凝剂为葡萄糖酸钙。
27、进一步地，所述降失水剂为amps-酰胺-羧酸聚合物类。
28、进一步地，所述分散剂为丙酮-甲醛缩合物类。
29、进一步地，所述悬浮稳定剂为膨润土。
30、本专利技术的低温低密度固井水泥浆体系的制备方法如下：
31、1、称取复合早强剂的组分a加入拌合水中，静置溶解24h得到混合溶液；
32、2、称取水泥、减轻材料、复合早强剂的组分b、缓凝剂、降失水剂、分散剂、悬浮稳定剂和消泡剂均匀混合，得到混合干粉；
33、3、将混合溶液和混合干粉均匀混合，按照gb/t 19139-2012进行水泥浆的制备。
34、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
35、(1)本专利技术基于原位沉淀纳米c-s-h晶种的技术思路，较直接掺入c-s-h
36、晶种，降低了使用成本；
37、(2)本专利技术通过原位沉淀纳米c-s-h晶种，提高水泥石的致密度，在养护早期和后期均可以提高水泥石的抗压强度；
38、(3)本专利技术的减轻材料中掺入部分以大豆油为芯材的相变微胶囊，用以控制水化热，同时做到对环境友好，绿色无污染；
39、(4)与玻璃微珠相比，本专利技术的硬硅钙石空心球保本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低温低密度固井水泥浆体系，其特征在于，包括按质量份数计的如下组分：
2.根据权利要求1所述的一种低温低密度固井水泥浆体系，其特征在于，所述水泥为G级高抗硫酸盐油井水泥和超细水泥中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种低温低密度固井水泥浆体系，其特征在于，所述减轻材料为硬硅钙石纤维组成的硬硅钙石空心球和硬硅钙石-大豆油相变微胶囊组成的混合材料，混合材料的密度为0.6g/cm3，制备方式如下：
4.根据权利要求1所述的一种低温低密度固井水泥浆体系，其特征在于，所述复合早强剂包括组分A和组分B，所述组分A为易溶于水的钙盐，所述组分B为易溶于水的硅酸盐；复合早强剂使用前，需要提前24h将组分A加入拌合水中溶解为Ca2+溶液，组分B作为固体粉末加入至水泥中混合均匀。
5.根据权利要求4所述的一种低温低密度固井水泥浆体系，其特征在于，所述组分A为无水氯化钙和四水合硝酸钙中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的一种低温低密度固井水泥浆体系，其特征在于，所述组分B为九水硅酸钠。
7.根据权利要求1所述的一种低温低
8.根据权利要求1所述的一种低温低密度固井水泥浆体系，其特征在于，所述降失水剂为AMPS-酰胺-羧酸聚合物类。
9.根据权利要求1所述的一种低温低密度固井水泥浆体系，其特征在于，所述分散剂为丙酮-甲醛缩合物类。
10.根据权利要求1所述的一种低温低密度固井水泥浆体系，其特征在于，所述悬浮稳定剂为膨润土。
...【技术特征摘要】
1.一种低温低密度固井水泥浆体系，其特征在于，包括按质量份数计的如下组分：
2.根据权利要求1所述的一种低温低密度固井水泥浆体系，其特征在于，所述水泥为g级高抗硫酸盐油井水泥和超细水泥中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种低温低密度固井水泥浆体系，其特征在于，所述减轻材料为硬硅钙石纤维组成的硬硅钙石空心球和硬硅钙石-大豆油相变微胶囊组成的混合材料，混合材料的密度为0.6g/cm3，制备方式如下：
4.根据权利要求1所述的一种低温低密度固井水泥浆体系，其特征在于，所述复合早强剂包括组分a和组分b，所述组分a为易溶于水的钙盐，所述组分b为易溶于水的硅酸盐；复合早强剂使用前，需要提前24h将组分a加入拌合水中溶解为ca2+溶液，组分b作为固体粉末加入至...
【专利技术属性】
技术研发人员：王佳，曾雪玲，古安林，赵峰，龙丹，魏雪琦，
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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。