一种泵送性能优异的耐超高温固井水泥体系及其制备方法技术

本发明专利技术属于固井工程技术领域，公开了一种泵送性能优异的耐超高温固井水泥体系及其制备方法，所述泵送性能优异的耐超高温固井水泥体系由固体组分和液体组分组成；固体组分含有14

【技术实现步骤摘要】
一种泵送性能优异的耐超高温固井水泥体系及其制备方法


[0001]本专利技术属于固井工程
，尤其涉及一种泵送性能优异的耐超高温固井水泥体系及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于井下的高压和高温(HPHT)条件，深层油气储量的开发给固井水泥体系带来了重大挑战。不同于稠油热采井领域的水泥成型方式(低温成型高温养护)，超高温深井井况要求固井水泥在达到超高温环境时仍处于流体状态，并在超高温高压条件下原位凝固成型。最近的研究表明(Pang,Xueyu等,Long～term strength retrogression of silica～enriched oil well cement:A comprehensive multi～approach analysis,Cement and Concrete Research 144(2021)106424；李宁等，200℃加砂硅酸盐水泥配方优化设计及强度衰退机理[J].硅酸盐学报,2020,48(11):1824～1833)，由于微观结构粗化，经过优化后的传统的富硅砂G级油井水泥体系，经过原位成型方式(直接高温条件下成型)，在200℃超高温环境长期养护(≥30d)过程中仍然会出现显著的强度退化。此外，有研究表明(Qin,Jiankun等Various admixtures to mitigate the long
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term strength retrogression of Portland cement cured under high pressure and high temperature conditions，Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering，2022)通过在富硅砂G级油井水泥体系中降低硅砂粒径并添加氧化铝、纳米氧化铁及增韧材料等方法，可以保证水泥石强度在90天内的高温高压环境下强度保持在30MPa以上，并且具有较稳定的杨氏模量，但相比于水泥石养护2天的强度，其衰退幅度均达到40％以上，难以保证油井在一次固井成功之后实现井眼环空的长期有效封隔，严重时将会导致井筒完整性失效，报废。
[0003]固井水泥浆体的稠化性能对于现场顺利施工应用至关重要，而水泥石强度发展对于固井质量同样关键。在设计水泥浆体系时需要同时兼顾浆体的工作性和力学性能。粉煤灰和矿渣粉是优质的混凝土掺合料和水泥混合材，是当今世界公认的配制高性能混凝土的重要材料。现有公开技术将粉煤灰或矿渣粉用以解决传统富硅砂体系高温强度衰退问题时存在较多不足，例如矿渣体系初始稠度较小，容易发生泌水问题；粉煤灰体系则初始稠度较大，泵送性能差，不利于现场施工应用；养护周期集中在30天及以下短龄期的研究，无法对井筒长期完整性进行准确评估等问题。此外专利公开号CN102153996、CN112194389A、CN110092597B公布了耐高温地质聚合物固井体系，但由于各种添加剂配伍等问题，地质聚合物体系同样因为稠化性能较差，现场应用难度较大。
[0004]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0005]行业内普遍解决固井水泥石高温强度衰退问题的方法是添加硅砂，非硅砂外掺料研究较少。
[0006]现有研究表明即使经过优化后的传统富硅砂油井水泥体系在模拟超高温固井(高温条件下直接成型和养护)时仍然会发生强度衰退问题。
[0007]现有公开技术将粉煤灰或矿渣粉用以解决传统富硅砂体系高温强度衰退问题时
存在较多不足，例如矿渣体系抑制衰退效率一般，需要很高的加量才有效果，而且初始稠度较小，容易发生泌水问题；粉煤灰体系抑制衰退效果好，但初始稠度大，泵送性能差，不利于现场施工应用；养护周期集中在30天及以下短龄期的研究，无法对井筒长期完整性进行准确评估等问题。长期以来围绕开发水泥浆体稠化性能好，并且针对解决固井水泥体系强度衰退的问题出现了大量的技术和研究，但仍未出现重大突破。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种泵送性能优异的耐超高温固井水泥体系及其制备方法。
[0009]本专利技术是这样实现的，一种泵送性能优异的耐超高温固井水泥体系由固体组分和液体组分组成；所述固体组分和液体组分的重量比为1:(0.23～0.83)；所述固体组分由水泥、硅砂、粉煤灰以及矿渣粉组成；所述液体组分由水和添加剂组成。
[0010]所述固体组分按重量百分比计由14～70％的水泥、3～80％的硅砂、3～80％的粉煤灰以及3～80％的矿渣粉组成，所述硅砂和粉煤灰、或硅砂和矿渣粉、或粉煤灰和矿渣粉的重量比为(0.05～24):1；
[0011]所述液体组分按重量百分比计由70～90％的水和10～30％的添加剂组成。
[0012]进一步，所述水泥为G级油井水泥。
[0013]进一步，所述硅砂中SiO2的含量大于95％。
[0014]进一步，所述硅砂的粒度D90为38.6～206μm。
[0015]进一步，所述粉煤灰为燃煤电厂粉煤灰。
[0016]进一步，所述矿渣粉为S75级、S95级或S105级矿渣粉。
[0017]进一步，所述添加剂中含有缓凝剂。
[0018]进一步，所述添加剂中还含有悬浮剂、分散剂、降失水剂和消泡剂中的至少一种。
[0019]本专利技术的另一目的在于提供一种泵送性能优异的耐超高温固井水泥体系的制备方法，所述泵送性能优异的耐超高温固井水泥体系的制备方法包括以下步骤：
[0020]步骤一，将水泥、硅砂、矿渣粉按照配比进行混合，得到固体组分A；
[0021]步骤二，称取粉煤灰得到固体组分B；
[0022]步骤三，将水和添加剂按照配比进行混合，得到液体组分C；
[0023]步骤四，在4000rpm的搅拌速度下，将步骤一得到的固体组分A加入步骤三得到的液体组分C，加入完毕后然后以12000rpm的速度搅拌35秒，步骤二得到的固体组分B低速(600rpm)缓慢加入其中，加入完毕后然后以3000rpm的速度搅拌35秒，得到耐高温的固井水泥体系。
[0024]结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
[0025]第一，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本专利技术所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
[0026]由于矿渣粉和粉煤灰对水泥浆体稠化性能不同，通常粉煤灰会增大浆体稠度，矿渣粉会减小浆体稠度，本专利技术中各组分重量比中创造性的将矿渣粉和粉煤灰重量比设定在(0.05～24):1范围内，配以1:(0.23～0.83)范围比例的液体组分，其中液体组分中包括70
～90％的水和10～30％的添加剂，获得固井水泥体系稠化时间普遍可以超过6小时，初始稠度在23.8Bc
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33.6Bc之间。硅砂组分重量比设定为3～80％，用以调整体系的钙硅比以及丰富体系中SiO2类型，将获得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泵送性能优异的耐超高温固井水泥体系，其特征在于，所述泵送性能优异的耐超高温固井水泥体系由固体组分和液体组分组成；所述固体组分和液体组分的重量比为1:(0.23～0.83)；所述固体组分由水泥、硅砂、粉煤灰以及矿渣粉组成；所述液体组分由水和添加剂组成。2.如权利要求1所述的泵送性能优异的耐超高温固井水泥体系，其特征在于，所述固体组分按重量百分比计由14～70％的水泥、3～80％的硅砂、3～80％的粉煤灰以及3～80％的矿渣粉组成，所述硅砂和粉煤灰、或硅砂和矿渣粉、或粉煤灰和矿渣粉的重量比为(0.05～24):1；所述液体组分按重量百分比计由70～90％的水和10～30％的添加剂组成。3.如权利要求1所述的泵送性能优异的耐超高温固井水泥体系，其特征在于，所述水泥为G级油井水泥。4.如权利要求1所述的泵送性能优异的耐超高温固井水泥体系，其特征在于，所述硅砂中SiO2的含量大于95％。5.如权利要求1所述的泵送性能优异的耐超高温固井水泥体系，其特征在于，所述硅砂的粒度D90为38.6～206μm。6.如权利要求1所述的泵送性能优异的耐超高温固井水泥体系，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞学玉，程国东，王闯闯，秦建鲲，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：