CN101747009A - 高温低密度水泥及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料领域，特别涉及一种高温低密度水泥及其应用。本发明提供的高温低密度水泥抗高温性能优异，它是由如下重量百分比的组分组成：水泥基材30％-70％，减轻材料14％-40％，高温强度稳定剂14％-30％，高温缓凝剂0.02％-0.10％；其中，所述高温缓凝剂为有机酸钠盐类；高温强度稳定剂材料为微硅、硅粉中的一种或其组合。该水泥具有施工工艺简单，造浆率高，抗高温性能优异等特性，可应用于油井固井等特殊环境，可显著提高固井质量和原油产量。采用本发明水泥进行固井作业和高温采油作业时，能够保证固井施工性能和水泥石高温下强度不衰退性能。

Description

高温低密度水泥及其应用
技术领域
本发明属于建筑材料领域，特别涉及一种高温低密度水泥及其应用。
背景技术
随着我国石油勘探开发技术的不断进步，以前难以开发的低压、易渗、易漏失长封固段固井难题越来越多的摆在石油技术人员面前。在低压井区开发的复杂井数量不断增加，且低压易漏、易渗、长封固段固井极易发生“井漏”事故，而解决“井漏”最有效的技术措施是使用低密度油井水泥固井。在稠油开采过程中，通过地面向地层注入过热蒸汽，过热蒸汽温度在300℃以上，目前的低密度油井水泥固井仅能适用于地层温度在20℃-90℃左右，在如此高的温度下，由API系列水泥固井形成的水泥石强度会急剧衰退，水泥石变得疏松，不能有效地封隔地层，层间流体相互窜通，缩短了油井寿命，降低生产效率和采收率。
中国专利申请耐高温低密度油井水泥减轻剂(CN200710056881.9)是以如下重量配比的组分组成：超低密度水泥40份、漂珠28份、硫酸钠11.5份、微硅10份、激活剂5份(氢氧化钠+碳酸钠)、减阻剂(葡萄糖酸钠+丙酮)2.5份、碱式氯化铝3份，可解决易漏地层和地热井、热采井固井施工问题。产品特点：耐高温、密度低、强度符合要求。可使用在循环温度38-120℃之间。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种抗高温性能优异的高温低密度水泥。
本发明水泥是采用如下重量百分比的组分组成：
水泥基材30％-70％、减轻材料14％-40％、高温强度稳定剂14％-30％、高温缓凝剂0.02％-0.10％；其中，高温强度稳定剂材料为微硅、硅粉中的一种或几种的组合；高温缓凝剂为有机酸钠盐类，具体为多羟基己酸钠。
上述水泥基材可采用适用于高温性能的水泥基材，本发明优选硅酸盐胶凝材料类。
减轻材料采用粉煤灰、微珠、硅藻土、膨润土中的一种或几种的组合。
本发明高温低密度油井水泥具有如下物理性能特征：浆体比重为1.30-1.60；在不低于110℃时，80Mpa，50min升温条件下稠化时间≥300min，30min稠度≤20Bc。常压养护条件下24h抗压强度≥5.0Mpa；常压养护条件下48h抗压强度≥10.0Mpa。
本发明选取水泥基材按照一定比例加入减轻材料、高温强度稳定剂、高温缓凝剂，使之能够在高温地层90℃-140℃左右的地层固井时有较高的抗压强度、有较长的稠化时间和好的流变性，并能保证水泥浆不压破地层的适宜密度范围，从而保证有良好的固井施工性能，同时在采油期间可以承受300℃高温下的采油作业。产品特点：耐高温、密度低、强度高，高温(300℃)水热条件下7d的抗压强度不衰退。因此本发明水泥可应用于要求严格的油井固井环境。
该水泥具有施工工艺简单，造浆率高，抗高温性能优异等特性，可显著提高固井质量和原油产量。采用本发明进行固井作业和高温采油作业时，能够保证固井施工性能和水泥石高温下强度不衰退性能。
具体实施方式
本发明高温低密度水泥中，由30％-70％水泥基材、14％-40％减轻材料、14％-30％高温强度稳定剂、0.02％-0.10％高温缓凝剂组成。
其中，高温缓凝剂为有机酸钠盐类，具体为多羟基己酸钠；高温稳定剂材料为微硅、硅粉中的一种或几种的组合；减轻材料为粉煤灰、微珠、硅藻土、膨润土中的一种或几种的组合；水泥基材为硅酸盐胶凝材料类。
以下通过组分筛选数据证明本发明水泥的有益效果。
将混配得到的水泥制成浆体，分别考察其在110℃、常压养护条件下水泥石24h和48h抗压强度；在110℃，80Mpa，50min升温条件下稠化时间；在300℃、常压养护条件下水泥石24h和48h抗压强度，水泥组成见表1，水泥性能考察结果见表2。
表1水泥组成
  组别   水泥基材   减轻材料   高温强度稳定剂 高温缓凝剂   浆体比重
1.   硅酸盐胶凝材料类30kg   煤灰40kg   微硅15kg硅粉15kg   多羟基己酸钠0.02kg 1.30
2.   硅酸盐胶凝材料类60kg   煤灰20kg   微硅10kg硅粉10kg   多羟基己酸钠0.05kg 1.55
3.   硅酸盐胶凝材料类70kg   煤灰15kg   微硅5kg硅粉10kg   多羟基己酸钠0.08kg 1.60
表2水泥性能考察结果
Figure G200910310954120091204D000031
综上，由API系列水泥固井形成的水泥石强度会急剧衰退，水泥石变得疏松，不能有效地封隔地层，层问流体相互窜通，降低生产效率和采收率。而本发明高温低密度水泥能够在高温地层90℃-140℃左右的地层固井时，有较高的抗压强度、有较长的稠化时间和好的流变性，并能保证水泥浆不压破地层的适宜密度范围，从而保证有良好的固井施工性能，同时在采油期间可以承受300℃高温下的采油作业。具有耐高温、密度低、强度高，高温(300℃)水热条件下7d的抗压强度不衰退的优点，能显著延长油井使用寿命。

Claims (6)

1.高温低密度水泥，其特征在于，它是由如下重量百分比的组分组成：
水泥基材30％-70％、减轻材料14％-40％、高温强度稳定剂14％-30％、高温缓凝剂0.02％-0.10％；
其中，所述高温缓凝剂为有机酸钠盐类；高温强度稳定剂材料为微硅、硅粉中的一种或其组合。
2.根据权利要求1所述的高温低密度水泥，其特征在于，所述有机酸钠盐类是多羟基己酸钠。
3.根据权利要求1所述的高温低密度水泥，其特征在于，所述水泥基材为硅酸盐胶凝材料类。
4.根据权利要求1所述的高温低密度水泥，其特征在于，所述减轻材料为粉煤灰、微珠、硅藻土、膨润土中的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1-4任一项所述的高温低密度水泥，其特征在于，将该水泥制成浆体，其浆体比重为1.30-1.60；在不低于110℃，80Mpa，50min升温条件下稠化时间≥300min，30min稠度≤20Bc；常压养护条件下24h抗压强度≥5.0Mpa；常压养护条件下48h抗压强度≥10.0Mpa。
6.权利要求1-4任一项所述的高温低密度水泥应用于油井固井。
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