适用于高温地热井的自降解低密度暂堵水泥及制备方法技术

本发明专利技术公开了适用于高温地热井的自降解低密度暂堵水泥及制备方法，包括如下质量百分比的原料配方：聚乳酸0.5‑2％、聚氯乙烯5‑20％、羧甲基淀粉1.5‑3％、十二烷基硫酸钠0.75‑1.5‰、矿渣61.28‑71.88％、粉煤灰15.32‑17.97％，提前将所有固体原材料进行干燥混合，然后将固体材料加入到搅拌着的水中干料混合；低、高速搅拌；将水泥浆注入三联试模中；常温放置于实验室中养护，随后在恒温水浴箱中养护，最后分别在高温200℃、250℃和300℃养护后及浸水。本发明专利技术适用于不同温度，并对适用于高温地热井的可降解暂堵水泥的应用产生强有力的推动作用，将有利于降低地热开发成本以及提高其开发效率。

Self degradation low density temporary plugging cement for high temperature geothermal well and its preparation method

The invention discloses a self degradation low-density temporary plugging cement suitable for high-temperature geothermal well and a preparation method, which comprises a raw material formula with the following mass percentage: polylactic acid 0.5 \u2011 2%, polyvinyl chloride 5 \u2011 20%, carboxymethyl starch 1.5 \u2011 3%, sodium dodecyl sulfate 0.75 \u2011 1.5 \u2030, slag 61.28 \u2011 71.88%, fly ash 15.32 \u2011 17.97%. All solid raw materials are dried and mixed in advance Close, and then add the solid materials to the dry materials in the mixing water for mixing; low and high speed mixing; inject the cement slurry into the triple trial mold; place it in the laboratory at normal temperature for curing, then in the constant temperature water bath box for curing, and finally after curing at high temperature of 200 \u2103, 250 \u2103 and 300 \u2103 and soaking. The invention is suitable for different temperatures and has a strong driving effect on the application of degradable temporary plugging cement suitable for high-temperature geothermal wells, which will be conducive to reducing the cost of geothermal development and improving its development efficiency.

【技术实现步骤摘要】
适用于高温地热井的自降解低密度暂堵水泥及制备方法
本专利技术涉及高温地热井条件不同温度的自降解暂堵水泥的制备方法，特别涉及适用于高温地热井的自降解低密度暂堵水泥及制备方法。
技术介绍
钻井是地热勘探及开发的唯一手段。目前，地热钻探成本占地热发电总成本的1/3-1/2，对于增强地热系统(EGS)则高达60％，甚至更高。钻探成本过高一直是地热能开发利用的最大障碍。很多热储为火山岩和沉积岩互层，且多与区域断裂相连，孔隙、裂隙以及洞穴是地热井的特性之一，因此地热钻井不可避免地会发生钻井液漏失，一方面造成钻井液及配浆材料的浪费，另一方面，漏失往往引发相关钻井问题，比如井壁失稳、卡钻、固井困难，热储渗透率损害导致的产能下降，甚至是井眼报废。漏失是地热钻井的最大挑战之一，有时甚至会由于漏失造成井的报废。为保证钻进，降低成本必须采取堵漏措施。另外，在钻井完毕后，为增加地热流体生产通道、增加产能需要进行重开已有裂缝或者水力压裂。因此，根据地热开发过程研制可自降解的暂堵水泥，使得该材料在钻井时起到护壁堵漏作用，完井后可自降解为地热流体生产提供通道。与油气井和水文水井相比，以高温热水或蒸汽存储于地下的地热流体开发，地热井对暂堵材料的要求具有不同特点，包括：(1)地热井温度高，通常在150～350℃，甚至更高。高温对暂堵材料中的聚合物以及其他添加剂都有很大的影响；(2)地热热储中裂隙更发育，甚至可能是洞穴，同时地层压力和破裂压力更低，堵漏作业更为复杂。那么，为避免堵漏作业中人为诱导裂缝，暂堵材料的密度应较低；(3)地热流体含有腐蚀性流体，其中的CO2和H2S对材料的性能有很大影响。水泥虽然价格低廉、对裂缝的封堵效果较好，但国内目前无针对高温地热井的可自降解暂堵水泥体系。水泥在对地层封堵后，只能通过采取酸化措施，以恢复地层渗透率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供适用于高温地热井的自降解低密度暂堵水泥及制备方法，将弥补我国地热水泥在此方面的空白，并对适用于高温地热井的可降解暂堵水泥的应用产生强有力的推动作用。最终，将有利于降低地热开发成本以及提高其开发效率，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：适用于高温地热井的自降解低密度暂堵水泥，包括如下质量百分比的原料配方：聚乳酸(PLA)0.5-2％、聚氯乙烯(PVC)5-20％、羧甲基淀粉(CMS)0.75-3％、十二烷基硫酸钠(K12)0.75-3‰、矿渣61.28-71.88％、粉煤灰15.32-17.97％。进一步地，包括如下质量百分比的原料配方：聚乳酸(PLA)2％、聚氯乙烯(PVC)5-20％、羧甲基淀粉(CMS)0.75-3％、十二烷基硫酸钠(K12)0.75-3‰、矿渣61.28-71.88％、粉煤灰15.32-17.97％。进一步地，包括如下质量百分比的原料配方：聚乳酸(PLA)1.5％、聚氯乙烯(PVC)5-20％、羧甲基淀粉(CMS)0.75-3％、十二烷基硫酸钠(K12)0.75-3‰、矿渣61.28-71.88％、粉煤灰15.32-17.97％。进一步地，包括如下质量百分比的原料配方：聚乳酸(PLA)1％、聚氯乙烯(PVC)5-20％、羧甲基淀粉(CMS)0.75-3％、十二烷基硫酸钠(K12)0.75-3‰、矿渣61.28-71.88％、粉煤灰15.32-17.97％。进一步地，包括如下质量百分比的原料配方：聚乳酸(PLA)0.5％、聚氯乙烯(PVC)5-20％、羧甲基淀粉(CMS)0.75-3％、十二烷基硫酸钠(K12)0.75-3‰、矿渣61.28-71.88％、粉煤灰15.32-17.97％。本专利技术提供的另一种技术方案是：适用于高温地热井的自降解低密度暂堵水泥的制备方法，包括如下步骤：步骤1：提前将所有固体原材料进行干燥混合2min，然后将固体材料加入到搅拌着的水中进行干料混合；步骤2：低速搅拌120s，停15s后，高速搅拌120s；步骤3：配浆完毕后，将水泥浆注入尺寸为50.8mm×50.8mm×50.8mm标准立方体三联试模中；步骤4：常温放置于实验室中养护72h，随后在恒温水浴箱中85℃养护24h，最后分别在高温200℃、250℃和300℃养护24h后及浸水24h。进一步地，步骤1的干料混合方法可以利用水泥搅拌机搅拌混合或密封袋反复颠倒的方式混合。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的适用于高温地热井的自降解低密度暂堵水泥及制备方法，采用向羧甲基纤维素改性碱激发水泥中引入PLA或对其中的羧甲基纤维素进行替代的方式改善水泥浆体流变性能，根据水泥中聚合物的热降解温度不同，制备适用于不同温度的暂堵水泥。2、本专利技术的适用于高温地热井的自降解低密度暂堵水泥及制备方法，利用加入聚合物后，在处理的不同阶段中聚合物促进材料降解的机理不同，包括高温加热过程中、遇水瞬间、遇水初期及浸水时间的延长过程，以及高温下含氯聚合物的热降解产生HCl腐蚀水泥，从本质上破坏其结构的方式，增强材料的自降解效果。3、本专利技术的适用于高温地热井的自降解低密度暂堵水泥及制备方法，利用表面活性剂十二烷基硫酸钠(K12)和聚合物复配制备低密度暂堵水泥。初步实现对暂堵水泥密度的调控，并得出泡沫暂堵水泥降解机理的关键在于：高温下处于独立泡沫之间水泥中的聚合物热降解，使得原本独立的泡沫连通、水泥结构破坏。附图说明图1为本专利技术K12的热重测试结果统计图；图2为本专利技术不同加热温度下、不同阶段后水泥的抗压强度柱形图；图3为本专利技术的正交第8组：85℃(a)、(b)，300℃(c)、(d)试件内部孔隙分布示意图；图4为本专利技术的正交第12组：85℃(a)、(b)，300℃(c)、(d)试件内部孔隙分布示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1适用于高温地热井的自降解低密度暂堵水泥，包括如下质量百分比的原料配方：聚乳酸(PLA)0.5％、聚氯乙烯(PVC)5-20％、羧甲基淀粉(CMS)0.75-3％、十二烷基硫酸钠(K12)0.75-3‰、矿渣61.28-71.88％、粉煤灰15.32-17.97％。基于上述的自降解低密度暂堵水泥，现提出适用于高温地热井的自降解低密度暂堵水泥的制备方法，包括如下步骤：步骤1：提前将所有固体原材料进行干燥混合2min，然后将固体材料加入到搅拌着的水中进行干料混合，干料混合方法可以利用水泥搅拌机搅拌混合或密封袋反复颠倒的方式混合；步骤2：按照《国家标准GB/T1346-2011》的制备方法，低速搅拌120s，停15s后，高速搅拌120s；步骤3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.适用于高温地热井的自降解低密度暂堵水泥，其特征在于，包括如下质量百分比的原料配方：聚乳酸(PLA)0.5-2％、聚氯乙烯(PVC)5-20％、羧甲基淀粉(CMS)0.75-3％、十二烷基硫酸钠(K12)0.75-3‰、矿渣61.28-71.88％、粉煤灰15.32-17.97％。/n

【技术特征摘要】
1.适用于高温地热井的自降解低密度暂堵水泥，其特征在于，包括如下质量百分比的原料配方：聚乳酸(PLA)0.5-2％、聚氯乙烯(PVC)5-20％、羧甲基淀粉(CMS)0.75-3％、十二烷基硫酸钠(K12)0.75-3‰、矿渣61.28-71.88％、粉煤灰15.32-17.97％。


2.根据权利要求1所述的适用于高温地热井的自降解低密度暂堵水泥，其特征在于，包括如下质量百分比的原料配方：聚乳酸(PLA)2％、聚氯乙烯(PVC)5-20％、羧甲基淀粉(CMS)0.75-3％、十二烷基硫酸钠(K12)0.75-3‰、矿渣61.28-71.88％、粉煤灰15.32-17.97％。


3.根据权利要求1所述的适用于高温地热井的自降解低密度暂堵水泥，其特征在于，包括如下质量百分比的原料配方：聚乳酸(PLA)1.5％、聚氯乙烯(PVC)5-20％、羧甲基淀粉(CMS)0.75-3％、十二烷基硫酸钠(K12)0.75-3‰、矿渣61.28-71.88％、粉煤灰15.32-17.97％。


4.根据权利要求1所述的适用于高温地热井的自降解低密度暂堵水泥，其特征在于，包括如下质量百分比的原料配方：聚乳酸(PLA)1％、聚氯乙烯(PVC)5-20％、羧甲基淀粉(CMS)0.75-3％、十二烷基硫酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑秀华，谭慧静，刘康，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11