一种固井的油井水泥组合物及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于固井的油井水泥组合物，其包括按质量份数计的：熟料50‑60份、抗强度衰退剂5‑10份、降脆增韧剂4‑8份、高温增强剂2‑5份、BFS 10‑20份、分散剂0.5‑4份；所述抗强度衰退剂是由硅灰石微粉与偏高岭土按照1:4混合制成；降脆增韧剂为高弹模PVA纤维、低弹模聚丙烯纤维、硫酸钙晶须、碳纤维、含固化剂的水性环氧树脂中的一种或几种的组合；所述高温增强剂为纳米SiO

【技术实现步骤摘要】
一种固井的油井水泥组合物及其制备方法
本专利技术涉及特种水泥
，具体涉及一种用于固井的油井水泥组合物及其制备方法。
技术介绍
开采石油时首选需要在地面钻井，深度数百米至几千米，然后在井孔内插入钢制套管。为使套管与地层紧密结合为一体，业界一直以油井水泥为胶结材料进行固井施工，从而起到支撑套管和封隔地层的作用，此后还要在不同深度含油地质层位进行射孔，以实现石油的开采。由于地质条件不同，井下压力、温度、地下岩层酸碱性、地下水等理化参数差别很大，因此要确保固井质量达到优质标准，难度较大。良好的井筒长期完整性对油井正常生产、持续稳产具有重要意义。随着油气勘探的深入进行，深井、超深井等复杂油气藏钻井数量日益增加，井底静止温度高于150℃甚至高于180℃的高温深井不断出现，因此对水泥环长期密封性能提出了更高的要求。固井水泥石的强度能否在长期高温环境下保持稳定，是保证高温油井水泥环长期密封完整性、延长油井寿命的关键因素。但是，固井水泥石在高温环境下的强度极易发生快速衰退，严重影响高温深井井筒长期完整性，导致油井寿命大大缩短。针对这一问题，国内外开展了大量相关研究。通用的做法，是在温度高于110℃的情况下，向水泥中加入30-40％甚至更多的硅粉、微硅等硅质材料作为防强度衰退剂，通过加入硅粉、微硅等硅质材料后，将水泥中的钙硅比降至1：1或更低，从而生成结构致密、强度高的雪硅钙石(C5S6H5)等有利晶相，从而保障了水泥石的长期强度稳定。其中，针对不同的温度区间，硅粉、微硅等防强度衰退剂的加量会有所不同，一般温度越高，硅粉、微硅等的掺量也相应增大。比如在120-150℃以下的高温环境下，硅粉合理掺量约为30％；在温度高于150℃的高温环境下，一般要求掺加35％或者更多的硅粉。但是，关于高温深井(井底静止温度为150-200℃、井深为4500-6000m)水泥石的研究多局限于7天以内的短期强度研究，而长期强度衰退的研究相对较少。实验结果表明，180℃以上高温环境下，加入40％-60％的硅粉作为强度稳定剂，7天以内短期强度均不会发生明显变化，但是水泥石28天长期强度往往会产生较大程度的衰退，衰退率最多可达60％以上，直接影响井筒水泥环长期密封性能。总体而言，对于高温深井固井水泥石，单纯依靠增加硅粉用量难以起到持久的效果。因此，提供一种用于固井的油井水泥组合物配方及配套的制备工艺，防止固井水泥石在高温水热环境下的长期强度发生严重衰退，对于保障井筒水泥环长期密封完整性，延长油井寿命，具有非常重要的实际意义。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种用于固井的油井水泥组合物，用于解决固井水泥石在高温水热环境下强度易快速衰退老化的问题，同时兼顾提升水泥的抗冲击能力、增强韧性、降低脆性、改善流变性能。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：本专利技术提供一种用于固井的油井水泥组合物，包括按质量份数计的：熟料50-60份、抗强度衰退剂5-10份、降脆增韧剂4-8份、高温增强剂2-5份、BFS10-20份、分散剂0.5-4份；所述BFS由以下重量百分比的原料组成：CaO35-45％，SiO230-40％，Al2O310-18％，MgO5-12％，Fe2O30.2-1％，MnO0.2-1％，SO31-5％；所述抗强度衰退剂是由硅灰石微粉与偏高岭土按照质量比1:4混合组成；所述降脆增韧剂为高弹模PVA纤维、低弹模聚丙烯纤维、硫酸钙晶须、碳纤维、含固化剂的水性环氧树脂中的一种或几种的组合；所述高温增强剂为纳米SiO2溶胶；所述分散剂为APC分散剂。根据本专利技术较佳实施例，其中，所述油井水泥组合物中还含有4A-1沸石，用量范围0.5-1份。根据本专利技术较佳实施例，其中，所述油井水泥组合物中还含有自膨胀封堵剂，所述自膨胀封堵剂为交联聚合物微球膨胀剂，所述交联聚合物微球膨胀剂是由丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸酯聚合制备的粒径为50nm-150nm的交联聚合物微球膨胀剂；该交联聚合物微球膨胀剂用量为0.2-1份。交联聚合物微球膨胀剂可在水泥拌合后期，施工之前加到水泥拌合物之中，再继续拌合均匀。根据本专利技术较佳实施例，其中，所述降脆增韧剂是由高弹模PVA纤维、低弹模聚丙烯纤维、硫酸钙晶须按照1:1:10的质量比混合组成；其中，使硫酸钙晶须在油井水泥组合物中的含量为3-4wt％。根据本专利技术较佳实施例，其中，所述降脆增韧剂是由碳纤维和含固化剂的水性环氧树脂所组成，其中碳纤维和含固化剂的水性环氧树脂质量比为1:5，且控制碳纤维在油井水泥组合物中的含量为0.2wt％。根据本专利技术较佳实施例，其中，所述纳米SiO2溶胶在油井水泥组合物中的含量为2-4wt％。根据本专利技术较佳实施例，其中，所述APC分散剂在油井水泥组合物中的含量为2wt％。本专利技术还提供了一种用于固井的油井水泥组合物的制备方法，其包括；S1：原料研磨准备熟料50-60质量份和BFS10-20质量份；所述BFS由以下重量百分比的原料组成：CaO35-45％，SiO230-40％，Al2O310-18％，MgO5-12％，Fe2O30.2-1％，MnO0.2-1％和SO31-5％；将BFS和熟料按配比混合后，磨细至颗粒的比表面积为2900-3300cm2/g，得到粉料；S2:配制抗强度衰退剂和降脆增韧剂抗强度衰退剂是由硅灰石微粉与偏高岭土按照质量比1:4混合组成；降脆增韧剂由高弹模PVA纤维、低弹模聚丙烯纤维、硫酸钙晶须按照1:1:10的质量比混合组成；S3:混配取S1步骤的粉料60-80质量份、抗强度衰退剂5-10份、降脆增韧剂4-8份、纳米SiO2溶胶2-5份、APC分散剂0.5-4份，在混料机内混合均匀。(三)有益效果(1)相对于现有技术，本专利技术采用特殊原材料BFS，充分利用这种原材料的结构特点和化学活性，使得各项性能指标达到了良好平衡，因而使油井水泥的综合性能指标明显优于常规的G级油井水泥，实际工程应用效果很好，改善固井质量的效果非常明显。(2)本专利技术的增明的组合物含有抗强度衰退剂，所述抗强度衰退剂为硅灰石微粉或偏高岭土或二者的混合物，硅灰石微粉可有效提高水泥固化体的抗压强度、抗折强度、抗冲击强度，可在一定程度上阻止水泥石裂纹发生和扩展，起到增强水泥石力学性能的作用。偏高岭土添加到了水泥浆中，水泥石的抗压强度和剪切强度均随水化龄期的增加而增加。(3)本专利技术的组合物含有降脆增韧剂，其为高弹模PVA纤维、低弹模聚丙烯纤维、硫酸钙晶须、碳纤维、含固化剂的水性环氧树脂中的一种或几种的组合。高弹模PVA纤维、低弹模聚丙烯纤维、硫酸钙晶须材料混用有助于对水泥固化体降脆增韧。相对于单掺纤维或单掺晶须,将二者混杂使用的增韧效果更好，其原理在于晶须属于微米级材料,可以阻止微米级微裂纹的产生和扩展；纤维属于毫米级材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于固井的油井水泥组合物，其特征在于，其包括按质量份数计的：熟料50-60份、抗强度衰退剂5-10份、降脆增韧剂4-8份、高温增强剂2-5份、BFS 10-20份、分散剂0.5-4份；/n所述BFS由以下重量百分比的原料组成：CaO35-45％，SiO

【技术特征摘要】
1.一种用于固井的油井水泥组合物，其特征在于，其包括按质量份数计的：熟料50-60份、抗强度衰退剂5-10份、降脆增韧剂4-8份、高温增强剂2-5份、BFS10-20份、分散剂0.5-4份；
所述BFS由以下重量百分比的原料组成：CaO35-45％，SiO230-40％，Al2O310-18％，MgO5-12％，Fe2O30.2-1％，MnO0.2-1％和SO31-5％；
所述抗强度衰退剂是由硅灰石微粉与偏高岭土按照质量比1:4混合组成；
所述降脆增韧剂为高弹模PVA纤维、低弹模聚丙烯纤维、硫酸钙晶须、碳纤维、含固化剂的水性环氧树脂中的一种或几种的组合；
所述高温增强剂为纳米SiO2溶胶；
所述分散剂为APC分散剂。


2.根据权利要求1所述的用于固井的油井水泥组合物，其特征在于，所述油井水泥组合物中还含有4A-1沸石，用量范围0.5-1质量份。


3.根据权利要求1所述的用于固井的油井水泥组合物，其特征在于，所述油井水泥组合物中还含有自膨胀封堵剂，所述自膨胀封堵剂是由丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸酯聚合制备的粒径为50nm-150nm的交联聚合物微球膨胀剂；该交联聚合物微球膨胀剂用量为0.2-1质量份。


4.根据权利要求2或3所述的用于固井的油井水泥组合物，其特征在于，所述降脆增韧剂是由高弹模PVA纤维、低弹模聚丙烯纤维、硫酸钙晶须按照1:1:10的质量比混合组成；其中，使硫酸钙晶须在油井水泥组合物中的含量为3-4wt％。

...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建生，
申请(专利权)人：李建生，
类型：发明
国别省市：河北;13