CN101250047A - 防漏堵漏水泥浆 - Google Patents

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郑琦明
胡伟
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Abstract

本发明涉及一种防漏堵漏水泥浆。该防漏堵漏水泥浆由下列组分组成，各组分按重量配比如下：水泥100份、水70份、漂珠5份～20份、微硅5份～10份、碳纤维3份～10份、氯化钙或氯化钾0.5份～2份及硅酸钠4份－7份。该防漏堵漏水泥浆具有良好的防漏堵漏性能，达到封固漏失层的作用。

Description

防漏堵漏水泥浆
技术领域：
本发明涉及油田钻井领域一种水泥浆，特别是一种防漏堵漏水泥浆。
背景技术：
国内外在防漏固井技术方面取得了较快的发展，对于易漏井固井，以往的主要方法是采用降低水泥浆密度来达到防止固井漏失的目的，普通低密度水泥浆体系普遍存在水泥石抗压强度低(7-14MPa)、失水量大(500-1000ml)、体系悬浮稳定性差等缺点，只能单一靠降低液柱压力来防漏，对于大的孔隙性漏层、裂缝性漏层难以起到防止固井漏失的作用。产品性能指标差，适用范围窄，生产实践中难以满足目的层封固的质量要求，影响固井质量。
发明内容：
为了解决背景技术中的问题，本发明提供一种防漏堵漏水泥浆，该防漏堵漏水泥浆具有良好的防漏堵漏性能，达到封固漏失层的作用。
本发明的技术方案是：该防漏堵漏水泥浆由下列组分组成，各组分按重量配比如下：水泥100份、水70份、漂珠5份～20份、微硅5份～10份、碳纤维3份～10份、氯化钙或氯化钾0.5份～2份及硅酸钠4份-7份。
本发明具有如下有益效果：本发明是以颗粒级配、紧密堆积理论为基础，优选并添加合理的堵漏材料，辅以一定的外加剂材料配制成的具有防漏堵漏作用的水泥浆体系。防漏堵漏水泥浆进入漏层后，其稠度和塑性强度急剧增加，很快失去流动性，同时与漏失通道的裂缝、孔隙壁面粘附胶结，形成堵塞物，提高地层承压能力，达到提高堵漏效果的目的。满足各种复杂井下条件下固井作业的需要。
具体实施方式：
下面对本发明作进一步说明：
下面配制三种本发明的水泥浆进行性能实验：实验方法如下：
检测标准：GB10238-2005和API标准
检测仪器：密度计，压力机，稠化仪，失水仪等
密度：制备水泥浆后用密度计进行测量。
流动度测试：实验仪器由锥体(容量为120cm3)，同心圆玻璃板组成。将锥体放在水平玻璃板上，锥体的下部边缘与玻璃板上许多同心圆的最小圆圈吻合。配制一定水灰比水泥浆，倒入圆锥体内，并将表面刮平将锥体按竖直方向迅速提起，待水泥浆推开后，取其两相互垂直直径的平均值，即为水泥浆流动度值。
抗压强度测试：试模准备按GB 10238进行。按GB 10238规定的步骤在选定的养护条件下进行水泥浆养护。试模为边长50mm立方体，2个制成一联。抗压强度试验机为液压型试验机。使用液压验机，对于正常强度的试样，加荷速率应为每分钟71.1kN；对强度为3.5MPa或更低的试样，加荷速率应为每分钟17.9kN。在计算抗压强度时，除非试块的尺寸与规定尺寸50.8mm相差1.6mm或更多，否则，试块的横截面积与规定面积2580mm2的偏差应忽略不计。同一样品、同一试验周期的所有合格试块的抗压强度应取平均值并精确到0.1MPa。
游离液测定：实验仪器采用常压稠化仪、250mL量筒、5mL或10mL量筒。把配制好的水泥浆立即倒入常压稠化仪的浆杯中，按照选定的试验方案对水泥浆进行养护。将养护后的水泥浆倒入量筒内至250mL的刻度线。在倒入过程中，不断用搅拌棒搅拌水泥浆样品。然后用塑料薄膜或类似的材料将量筒密封起来，以防水分蒸发。将量筒放在厚约6.4mm的钢板上，钢板下垫一块25.4mm厚的泡沫橡胶垫，钢板和泡沫橡胶垫的尺寸约为200mm×300mm。静置2h，则在水泥浆的上部析出水分，将浮在上面的水用吸管吸出或轻轻倒出，置入合适刻度的小量筒中测量其体积，则为自由水。
稠化时间测试：测试仪器：高温高压稠化仪。按API标准制备水泥浆，将搅拌好的水泥浆装入稠化仪浆杯，按API试验程序试验。从开始给稠化仪升温、加压，到水泥浆稠度达到100Bc所经过的时间，就是水泥浆的稠化时间。实验开始15～30min搅拌期间的最大稠度为初始稠度。水泥浆的稠度大小通过水泥浆杯上的电位计的电量变化，在记录仪中连续记录下来，在记录仪上绘出的时间与稠度变化的关系曲线称为水泥浆的稠化曲线。
失水量测试：实验仪器：高温高压失水仪。预热失水仪到实验温度，把制备好的水泥浆放入常压稠化仪中，在实验温度下搅拌20min。把水泥浆从稠化仪中取出并加以搅拌，然后倒入失水筒内，在失水筒上部留出19mm高的空间供水泥浆膨胀。放入滤网，关闭失水筒上的顶阀和底阀。从停止搅拌到施加压力的时间不应超过2min。把压力管线接到失水筒的上端。只打开顶阀，给失水筒施加7MPa的压力，然后打开底阀，收集滤液。
实验结果见下表1：
表1
    项目     方案1     方案2     方案3
配方   水泥100份+水70份+5份漂珠+10份微硅+10份碳纤维+0.5份氯化钾+4份硅酸钠。   水泥100份+水70份+7份漂珠+8份微硅+4.5份碳纤维+2份氯化钙+7份硅酸钠。   水泥100份+水70份+20份漂珠+5份微硅+3份碳纤维+1份氯化钙+7份硅酸钠。
密度 g/cm3   1.6   1.6   1.6
流动度  mm   226   242   234
初始稠度Bc   13   12   13
稠化时间min   可调整   可调整   可调整
失水量ml(6.9MPa，75℃) 109 118 121
抗压强度MPa(75℃，48h，常压) 18.7 19.3 18.1
该防漏水泥浆体系密度可控制在1.30-1.60g/cm3；水泥浆流动度大于220mm；初始稠度小于16Bc，稠化时间可调；失水量(6.9MPa×75℃)小于250ml；水泥石抗压强度(75℃×48h×常压)大于18Mpa。在同等条件下，水泥浆摩阻系数低于或等于常规水泥浆。水泥浆体系稳定，方便泵送作业。由上表可知：最优配方(1.60g/cm3)为：基浆+7％微珠+8％微硅+4.5％碳纤维+2％氯化钾+7％硅酸钠。
上述方案中漂珠是火电厂燃烧排放物的浮选物，颗粒密度0.7g/cm3左右，平均粒径150-250μm；微硅是铁合金生产过程中分离出来的一种副产品，主要成分是SiO2，含量在89％～98％之间，平均颗粒直径为0.15μm，远比水泥和漂珠小，表面积很大(15～25m2/g)；微珠和微硅用作减轻剂，为两种粒度不同的减轻材料，通过调整两种材料的比例，使2种物料合理匹配，达到既有效降低水泥浆密度，又能保证水泥浆体系具有足够的强度(＞18MPa)，同时微珠及微硅在激活剂硅酸钠和调节剂氯化钾的作用下激发微珠和微硅材料的表面碱质物质活性，使其与水泥发生水化反应形成整体结构，提高水泥浆体系的触变性；
上述方案中防漏碳纤维材料既能够干混又可以湿混，在碳纤维湿混过程中不聚集抱团，能均匀分布在水泥浆体系中，保证水泥浆体系性能稳定；碳纤维长度为3～6mm，通过选择碳纤维材料的长度可以防止渗透型易漏地层的漏失；同时，碳纤维在水泥浆体系结构中形成3维空间网状结构，固井作业时在压差作用下，防漏堵漏水泥浆进入漏失裂缝，不同长度的碳纤维堵漏材料进入裂缝起架桥作用，充填于其孔隙或微裂缝中，堵塞漏失微孔。堵漏材料的柔性和粘性好，变形能力强，具有较强的膨胀能力，利用堵漏材料的边缘与孔隙、裂缝的腔壁产生较大的摩擦、阻挂和滞留作用，在通过漏失层时可在漏失层内形成一种惰性纤维网状物，使其在孔隙或微裂缝处形成一层致密的屏蔽层。这层屏蔽层渗透性很差，阻止了水泥浆向孔隙或微裂缝中漏失，从而达到密封漏失层的作用。因此防漏堵漏水泥浆具有良好的防漏堵漏性能。另外水泥浆可根据需要配制出不同密度的水泥浆体系，满足各种复杂井下条件下固井作业的需要。

Claims (1)

1、一种防漏堵漏水泥浆，由下列组分组成，各组分按重量配比如下：水泥100份、水70份、漂珠5份～20份、微硅5份～10份、碳纤维3份～10份、氯化钙或氯化钾0.5份～2份及硅酸钠4份-7份。
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