一種耐高溫高強度低密度固井水泥漿的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種耐高溫高強度低密度固井水泥漿，由以下組分配制而成，各組分重量份數(shù)為：G級油井水泥100份，減輕劑15~76份，微硅20~40份，降失水劑2~10份，分散劑1~8份，緩凝劑0~5份，促凝劑0~1.25份，防氣竄劑0~5份，消泡劑0.2~0.8份，淡水50~120份，所述的G級油井水泥為符合API標(biāo)準(zhǔn)的高抗硫油井水泥，所述的減輕劑為高性能空心玻璃微珠。本發(fā)明依據(jù)顆粒級配原理，配制一系列密度為0.90~1.50g/m3的低密度固井水泥漿。該低密度固井水泥漿在保證水泥漿強度、高溫高壓穩(wěn)定性好、低失水等綜合性能的前提下，降低了水泥漿的密度，增大了低密度水泥漿在深井、超深井、低壓易漏井等復(fù)雜井的適用范圍，提高了固井質(zhì)量。
【專利說明】一種耐高溫高強度低密度固井水泥漿

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油田鉆井固井【技術(shù)領(lǐng)域】所用的一種水泥漿，適用于深井、超深井低壓 易漏井、欠平衡井等固井作業(yè)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著鉆完井技術(shù)的發(fā)展，對古潛山油藏、海相碳酸鹽裂縫油藏等復(fù)雜地層油藏的 開發(fā)越來越多。面對復(fù)雜地層油藏的開發(fā)多采用深井、超深井、欠平衡井、裸眼長封固等鉆 完井設(shè)計，其中分級固井技術(shù)由于對設(shè)備要求較高，耗時且容易出現(xiàn)事故造成重大損失，故 而主要使用低密度水泥漿，以防止壓漏低壓地層污染儲層。傳統(tǒng)低密度水泥漿一般有以下 幾類：（1)通過增大水灰比降低密度，如膨潤土、硅藻土作為減輕劑的低密度水泥漿；（2) 泡沫低密度水泥漿；（3)漂珠類低密度水泥漿；（4)空心玻璃微珠類低密度水泥漿。
[0003] 傳統(tǒng)低密度水泥漿多通過增大水灰比降低水泥漿密度，例如膨潤土、硅藻土類減 輕劑，該類低密度水泥漿密度最低可降至1. 45 g/cm3,且水灰比增大導(dǎo)致水泥漿性質(zhì)不穩(wěn) 定。
[0004] 制備泡沫低密度水泥漿通過化學(xué)或者機械的方法使水泥漿中充氮氣或者空氣，從 而達到降低密度的方法。其化學(xué)發(fā)氣法簡單方便，但是發(fā)氣量較少，因此密度降低有限。而 且該體系缺乏均質(zhì)性，水泥漿的密度會沿著水泥柱發(fā)生變化，發(fā)泡的有效程度有限，要小心 控制才能得到預(yù)期效果。機械充氣法可使水泥漿達到較低的密度，但是使用該技術(shù)制備泡 沫水泥的設(shè)備復(fù)雜、成本高、工藝過于繁瑣，故而目前應(yīng)用較少。
[0005] 目前使用最多的低密度水泥漿是以漂珠或粉煤灰作為減輕劑。粉煤灰為火電廠燃 燒副產(chǎn)物，經(jīng)過漂洗挑選出中空的漂珠，密度一般為〇.7g/CnTl.OO g/cm3。漂珠強度只有 十幾兆帕甚至幾兆帕，高壓下容易破碎，運輸過程中容易分層，其作為減輕劑降低密度效果 有限。且近幾年由于火電廠進行脫硫改造，粉煤灰及漂珠的產(chǎn)量和質(zhì)量下降，急需一種新的 減輕材料替代。
[0006] 空心玻璃微珠類低密度水泥漿是一種新型低密度水泥漿，其密度低、抗壓強度高， 是一種優(yōu)良的低密度水泥漿。中國專利申請200710120029. 3公開了一種低溫低密度固井 水泥漿，包括如下組分：高強水泥40. 0?62. 3%、水29. 1?35. 0%、促凝劑0. 1?0. 6%、緩凝 劑0. 6?0. 9%、降濾失劑4. 4?5. 2%、分散劑0. 1?0. 3%、穩(wěn)定劑0. 1?0. 3%、輔助減輕劑 2?20%。該專利申請主要配制低溫低密度水泥漿，由于大多數(shù)深井、超深井井底溫度較高， 在深井、超深井使用較少。目前空心玻璃微珠類低密度水泥漿多使用國外空心玻璃微珠，價 格昂貴，限制了其在油氣田開采中的廣泛推廣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的就是針對為了克服傳統(tǒng)低密度水泥漿的缺點，提供一種流動性好、 高溫高壓穩(wěn)定性好，具有不可壓縮性、低失水率的耐高溫高強度低密度固井水泥漿，并且比 其他空心玻璃微珠低密度水泥漿具有更低的密度及成本。
[0008] 為實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明一種耐高溫高強度低密度固井水泥漿采用以下 技術(shù)方案。
[0009] 本發(fā)明一種耐高溫高強度低密度固井水泥漿，是由以下組分配制而成，各組分重 量份數(shù)為： G級油井水泥 100份 減輕劑 15~76份 微娃 20?40份 降失水劑 2~10份 分散劑 份 緩凝劑 〇~5份 促凝劑 （Tl. 25份 防氣竄劑 〇~5份 消泡劑 0. 2、. 8份 淡水 50?120份 所述的G級油井水泥為符合API標(biāo)準(zhǔn)的高抗硫油井水泥，所述的減輕劑為高性能空心 玻璃微珠。
[0010] 本發(fā)明一種耐高溫高強度低密度固井水泥漿，各組分重量份數(shù)優(yōu)先采用： G級油井水泥 100份 減輕劑 27~75. 5份 微硅 25?32. 5份 降失水劑 4~8份 分散劑 2~6. 5份 緩凝劑 2~3. 2份 促凝劑 （Tl份 防氣竄劑 〇~2份 消泡劑 0. 25?0. 42份 淡水 66. 25?116. 5份 依據(jù)顆粒級配原理，使用不同粒徑大小的材料復(fù)配，配制后的低密度固井水泥漿的密 度為0. 9(Tl. 50g/m3。該低密度水泥漿具有流動性好、高溫高壓穩(wěn)定性好、不可壓縮性、低失 水率等優(yōu)點，適用于深井、超深井、欠平衡井、低壓易漏井等類型油氣井固井。
[0011] 所述微硅平均粒徑0. l(T〇. 15 i! m，Si02含量彡96% ;所述防氣竄劑為丁苯乳膠或 羧基丁苯乳膠；所述降失水劑為AM/AA(丙烯酰胺-丙烯酸)丙烯酰胺-丙烯酸共聚物體系； 所述緩凝劑為AMPS/AA (丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)共聚物體系或AMPS-衣康酸 (2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸-甲叉基丁二烯)共聚物體系；所述促凝劑為市售常用三乙醇 胺，最好為分析純級三乙醇胺；所述分散劑為甲醛和丙酮縮聚物；所述的消泡劑為市售常 用消泡劑。
[0012] 所述的減輕劑為高性能空心玻璃微珠，Y系列中鋼高性能空心玻璃微珠或為中 鋼集團馬鞍山礦院新材料科技有限公司生產(chǎn)的Y系列高性能空心玻璃微珠。該產(chǎn)品是一 種玻璃質(zhì)密閉中空正球體，壁厚1~3. 5 ii m、粒徑2~120 ii m呈正態(tài)分布、真實密度0. 30g/ cm3~0. 62g/cm3、抗壓強度達14~83MPa，球體內(nèi)充有稀薄的氮氣、二氧化碳等氣體，主要化學(xué) 成分為堿石灰硼硅酸鹽玻璃，化學(xué)性能穩(wěn)定。該產(chǎn)品經(jīng)過了特殊的表面處理，增強其與油井 水泥添加劑的配伍性。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種耐高溫高強度低密度固井水泥漿的有益效果是： (1)與傳統(tǒng)低密度水泥漿相比，本發(fā)明低密度水泥漿可以達到 更低的密度，密度范圍〇. 9(Tl. 50g/m3。
[0014] (2)本發(fā)明低密度水泥漿承壓強度更高，最高可達lOOMPa，具 有不可壓縮性，適用井深更深。
[0015] (3)本發(fā)明所用高性能空心玻璃微珠粒徑為2~120iim，其中 D10 < 25、D50 < 50、D90 < 95,其與G級油井水泥、微硅形成合理顆粒級配，沉降穩(wěn)定 性更好，水泥漿上下密度差小于0.03 g/m3。
[0016] (4)本發(fā)明所用高性能空心玻璃微珠可以堵塞濾餅表面微小孔 洞，改善泥餅質(zhì)量、降低失水率，失水量< 50ml。
[0017] (5)本發(fā)明低密度水泥漿稠化時間可調(diào)，呈直角稠化。

【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明一種耐高溫高強度低密度固井水泥漿作進一步說明。但 本發(fā)明要求保護的范圍并不局限于實施例表述的范圍。實施例中所涉及組份均為市面在 售產(chǎn)品，百分比均按重量份記，密度分別為：G級油井水泥密度3. 15g/cm3、Y4000高性能空 心玻璃微珠密度〇. 4(T〇. 42g/cm3、Y6000高性能空心玻璃微珠密度0. 46?0. 48g/cm3、Y8000 高性能空心玻璃微珠密度0. 6(T〇. 62g/cm3、Y12000高性能空心玻璃微珠密度0. 6(T〇. 62g/ cm3、微硅密度 2. 20g/cm3、防氣竄劑（FLOCK-2)密度 2. 00g/cm3、降失水劑（LANDY-806L) 密度1. 08g/cm3、緩凝劑（LANDY-606L)密度1. 04g/cm3、促凝劑密度1. lOg/cm3、分散劑 (LANDY-906L)密度1. 15g/cm3、消泡劑（LANDY-19L)密度1. 00 g/cm3。實施例中水泥漿實驗 參照《GBT19139-2012油井水泥試驗方法》，實驗配方中各組分配比。
[0019] 實施例1 :密度為0? 95g/cm3的水泥漿 配方：1〇〇份G級油井水泥+ 75. 5份Y4000+32. 5份微硅+116. 5份淡水+4份降失水 劑+6. 5份分散劑+1. 25份促凝劑+0. 42份消泡劑。水泥漿主要性能參數(shù)見表1。
[0020] 表1密度為0. 95g/cm3的水泥漿主要性能參數(shù)

【權(quán)利要求】
1. 一種耐高溫高強度低密度固井水泥漿，其特征在于是由以下組分配制而成，各組分 重量份數(shù)為： G級油井水泥 100份 減輕劑 15~76份 微娃 20?40份 降失水劑 2~10份 分散劑 Γ8份 緩凝劑 （Γ5份 促凝劑 （Γ1. 25份 防氣竄劑 〇~5份 消泡劑 0. 2、. 8份 淡水 5(Tl20份 所述的G級油井水泥為符合API標(biāo)準(zhǔn)的高抗硫油井水泥，所述的減輕劑為高性能空心 玻璃微珠。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種耐高溫高強度低密度固井水泥漿，其特征在于各組分重量 份數(shù)為： G級油井水泥 100份 減輕劑 27~75. 5份 微硅 25?32. 5份 降失水劑 4~8份 分散劑 2~6. 5份 緩凝劑 2~3. 2份 促凝劑 （Γ1份 防氣竄劑 〇~2份 消泡劑 0. 25?0. 42份 淡水 66. 25?116. 5份。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種耐高溫高強度低密度固井水泥漿，其特征在于：配制后的 低密度固井水泥漿的密度為〇. 9(Tl. 50g/m3。
4. 如權(quán)利要求如權(quán)利要求1、2或3所述的一種耐高溫高強度低密度固井水泥漿，其特 征在于：所述微硅平均粒徑0. 1(Γ〇. 15 μ m，Si02含量> 96% ;所述防氣竄劑為丁苯乳膠或羧 基丁苯乳膠；所述降失水劑為AM/AA (丙烯酰胺-丙烯酸）丙烯酰胺-丙烯酸共聚物體系； 所述緩凝劑為AMPS/AA (丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)共聚物體系或AMPS-衣康酸 (2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸-甲叉基丁二烯)共聚物體系；所述促凝劑為市售常用三乙醇 胺；所述分散劑為甲醛和丙酮縮聚物。
5. 如權(quán)利要求4所述的一種耐高溫高強度低密度固井水泥漿，其特征在于：所述的高 性能空心玻璃微珠為Y系列中鋼高性能空心玻璃微珠。
6. 如權(quán)利要求4所述的一種耐高溫高強度低密度固井水泥漿，其特征在于：所述的高 性能空心玻璃微珠為中鋼集團馬鞍山礦院新材料科技有限公司生產(chǎn)的Y系列高性能空心 玻璃微珠。
7.如權(quán)利要求4所述的一種耐高溫高強度低密度固井水泥漿，其特征在于：所述的高 性能空心玻璃微珠為一種玻璃質(zhì)密閉中空正球體結(jié)構(gòu)，壁厚1~3. 5 μ m、粒徑2~120 μ m呈正 態(tài)分布、真實密度〇. 30g/cnT〇. 62g/cm3、抗壓強度14~83MPa，球體內(nèi)充有稀薄的氮氣、二氧 化碳氣體，主要化學(xué)成分為堿石灰硼娃酸鹽玻璃。
【文檔編號】C09K8/467GK104263332SQ201410519715
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月8日
【發(fā)明者】許傳華, 柳雷, 劉亞輝 申請人:中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司, 中鋼集團馬鞍山礦院新材料科技有限公司