CN102093861A

CN102093861A - 抗高温蒸汽吞吐水泥浆

Info

Publication number: CN102093861A
Application number: CN2009102167588A
Authority: CN
Inventors: 黄友华
Original assignee: WUHOU DISTRICT DIANFENG ELECTROMECHANICAL TECHNOLOGY R&D CENTER
Current assignee: WUHOU DISTRICT DIANFENG ELECTROMECHANICAL TECHNOLOGY R&D CENTER
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2011-06-15

Abstract

本发明公开了一种抗高温蒸汽吞吐水泥浆，属于一种水泥配方，主要解决了现有水泥难以满足深度油井的施工要求的问题。该抗高温蒸汽吞吐水泥浆包括水泥、硅砂、微硅、珍珠岩、分散剂、降失水剂、早强激活剂和缓凝剂，其质量百分比分别为：水泥占39.2％，硅砂占47％，微硅占8％，珍珠岩占0.8％，分散剂占1％，降失水剂占1～1.5％，早强激活剂占2～3％，余量为缓凝剂，缓凝剂为H-1和PN的混合缓凝剂，降失水剂为LT-2，降失水剂为SZ1-2。所述分散剂为SXY，降失水剂的质量百分比为1.1％，早强激活剂的质量百分比为2.7％。本发明具有很高的强度，以及抗压耐高温性能，能够大大提高深度油井的加固质量。

Description

抗高温蒸汽吞吐水泥浆

技术领域

本发明涉及一种水泥浆，具体地说，是涉及一种抗高温蒸汽吞吐水泥浆。

背景技术

国内外的稠油井固井水泥浆，大多采用普通油井水泥加硅砂来提高水泥石在高温下的强度稳定性，也有一些研究从水泥本身出发，改变水泥矿物质成分，提高水泥石的耐温性能。西南石油学院的李早元在新型耐高温水泥用于热采井的研究中探索了用高铝水泥替代普通加砂水泥的可行性，在水泥体系中加入适量微硅抑制初期水化过快而引起的闪凝，提高浆体稳定性、降低渗透率并改善低温下水泥石的早期强度，研究表明：高铝水泥具有良好的耐高温强度衰退及优良的综合工程性能，能满足稠油热采井固井需要，具有良好的开发应用背景。美国俄克拉荷马州法兰克尼亚矿业公司生产的一种“Framonia”高铝水泥以矾土和石灰石为原料，按适当比例配合进行烧结或熔融，再经粉磨而成。其矿物组成主要为CA、CA2、C12A7、C2S和C2AS。高铝水泥具有快硬、高强、耐高温等特点，可用于热井、二次蒸汽采油井、火烧油层井中。尽管高铝水泥具有耐高温的优点，但现场运用于稠油井固井水泥中却很少。

国内外专家、学者对高温下水泥石强度变化机理做了大量研究，对于稠油井固井水泥浆体系普遍采用加入硅砂来提高水泥石在高温蒸汽吞吐后的抗压强度和渗透率，但加入硅砂后的水泥浆体系在高温蒸汽吞吐后存在如下问题：水泥浆早期强度发育慢，注水泥作业后不能较早地进行层间封隔；环空水泥石在蒸汽吞吐较少的情况下能够保持强度稳定性，但是经过多次蒸汽吞吐后，水泥石普遍出现强度急剧衰退、水泥石变得疏松、与井壁、套管胶结性变差，从而导致层间压力降低，影响后期开采，固井质量差的井甚至在高温蒸汽吞吐后蒸汽窜至井口。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗高温蒸汽吞吐水泥浆，在普通水泥的基础上，通过增加辅助材料，来提高水泥的强度及抗压、耐高温性能，从而达到环空水泥的固井质量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

抗高温蒸汽吞吐水泥浆，其特征在于，包括水泥、硅砂、微硅、珍珠岩、分散剂、降失水剂、早强激活剂和缓凝剂，其质量百分比分别为：水泥占39.2％，硅砂占47％，微硅占8％，珍珠岩占0.8％，分散剂占1％，降失水剂占1～1.5％，早强激活剂占2～3％，余量为缓凝剂。

所述缓凝剂为H-1和PN的混合缓凝剂。

所述降失水剂为LT-2。

所述降失水剂为SZ1-2。

所述分散剂为SXY。

所述降失水剂的质量百分比为1.1％。

所述早强激活剂的质量百分比为2.7％。

所述缓凝剂的质量百分比为0.2％。

通过对硅砂抗高温性能的研究，我们发现硅砂对于高温下水泥石衰退具有非常积极的作用，而影响硅砂水泥石抗高温性能的主要是硅砂的粒径和硅砂的加量，通过对硅砂粒径和硅砂加量的大量研究，我们选用80％能通过200目筛网(不能通过220目筛网)，其余介于160目～200目的硅砂作为高温下强度稳定剂，由于高温蒸汽吞吐下，蒸汽温度高达320℃，硅砂加量过低不能起到稳定水泥石强度的作用，而硅砂加量过高水泥石强度也下降幅度大。经过实验表明，硅砂加量在42％～47％的水泥石在280℃～350℃下强度衰退最小，所以选用47％的硅砂作为抗高温蒸汽吞吐的水泥浆体系的稳定剂。通过对活性材料的选择，发现微硅加入到水泥石后高温下水泥石强度较高，所以选择了8％的微硅加入到水泥浆中，并辅以早强激活剂CK21来加强水泥浆的早期强度，进一步防止水泥石高温下强度衰退。分散剂我们采用SXY，加量在0.5％～1.0％即可较好的调节水泥浆的流动性和流变性，降失水剂采用LT-2，加量在1.0％～1.2％即可很好控制水泥浆滤失量，通过不同加量的缓凝剂SN-2可以调节水泥浆的稠化时间，其加量在0.10％～0.20％内即可调节稠化时间在150min～200min。

通过对各种添加材料的合理选材和量化，可以大大提高水泥的抗压、耐高温性能，并大大提高水泥的强度，使采用本发明施工的油井坚固效果得到明显提高。本发明主要用于稠油油藏的深度油井的施工。

具体实施方式

下面对本发明作进一步说明。

抗高温蒸汽吞吐水泥浆，其特征在于，包括水泥、硅砂、微硅、珍珠岩、分散剂、降失水剂、早强激活剂和缓凝剂，其质量百分比分别为：水泥占39.2％，硅砂占47％，微硅占8％，珍珠岩0.8％，分散剂占1％，降失水剂占1～1.5％，早强激活剂占2～3％，余量为缓凝剂。

微硅和珍珠岩含有大量的SiO₂，在水泥水化过程中可以起到与硅砂相同的作用，同时这些物质加入到水泥浆中后可以提高水泥浆的悬浮稳定性，对于水泥浆的综合性能有很大改善。在相同微硅和珍珠岩加量下，加量为47％硅砂的水泥石高温养护后强度最高，因此硅砂的含量为47％最优。

由于原浆水泥石在高温下强度衰退显著，温度越高水泥石强度衰退幅度越大，且衰退速度也越快，时间越长，水泥石抗压强度衰退幅度越大。温度超过300℃后，水泥石养护三天后强度低至3MPa。加入硅砂可以抑制水泥石在高温下的强度衰退，加入硅砂后降低了水泥浆中的C/S摩尔比，使得水泥水化后生成的Ca(OH)₂与硅砂中的活性SiO₂反应生成了强度较高的纤维状水化硅酸钙，这些纤维状水化硅酸钙物质可以支撑水泥石在高温下的强度稳定。

硅砂粒径、硅砂加量对水泥浆的强度及其衰退速度也具有明显效果。大颗粒砂在50℃下候凝时早期强度低，硅酸钙凝胶发育差；而粒径较大的硅砂加入水泥浆中形成的水泥石在超过280℃以上的温度下强度衰退非常明显，如80目、120目的硅砂在280℃下养护三天后强度只有3～10MPa，所以对于高温蒸汽吞吐的固井水泥浆，我们选择粒径较小的硅砂作为高温强度稳定剂。研究过程中我们使用含80％通过200目筛网、其余介于160目到200目的硅砂，这个粒径下的硅砂加入水泥浆中由于其比表面积较大，反应活性高，能在高温下与水泥石中的水化物质迅速发生反应形成一些晶形较好的水合物。硅砂加量同样也是影响水泥石高温下强度稳定的重要因素，温度稍低时，比如120℃～160℃范围内，加量可以选择在25％～35％左右，对于高温蒸汽下，加量应该更加大。通过在高温下对不同加量的水泥石进行高温养护实验发现，加量在40％～50％的水泥石在高温养护后水泥石强度最高，超过50％后强度并不继续升高，所以我们选择加量45％、47％的硅砂作为抗高温蒸汽吞吐水泥浆的强度稳定剂。

微硅、珍珠岩具有很强的反应活性，并且其中含有活性SiO₂，高温下可以起到稳定强度的作用。通过对一系列微硅和珍珠岩加量的考查，微硅根据硅砂加量选择8％，水泥浆不仅常规性能良好，而且水泥石在高温下养护后强度仍较高。

Claims

1.抗高温蒸汽吞吐水泥浆，其特征在于，包括水泥、硅砂、微硅、珍珠岩、分散剂、降失水剂、早强激活剂和缓凝剂，其质量百分比分别为：水泥占39.2％，硅砂占47％，微硅占8％，珍珠岩占0.8％，分散剂占1％，降失水剂占1～1.5％，早强激活剂占2～3％，余量为缓凝剂。

2.根据权利要求1所述的抗高温蒸汽吞吐水泥浆，其特征在于，所述缓凝剂为H-1和PN的混合缓凝剂。

3.根据权利要求1所述的抗高温蒸汽吞吐水泥浆，其特征在于，所述降失水剂为LT-2。

4.根据权利要求1所述的抗高温蒸汽吞吐水泥浆，其特征在于，所述降失水剂为SZ1-2。

5.根据权利要求1所述的抗高温蒸汽吞吐水泥浆，其特征在于，所述分散剂为SXY。