CN102516964A - 低密高强水泥浆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低压易漏井固井用的低密高强水泥浆，其由以下重量份的组分制备而成：油井水泥100份、中空玻璃微珠21～42份、粉煤灰75～45份、微硅8.9～14份、降失水剂3份、分散剂0.8～1.2份、水130～136份。由于采用玻璃微珠作为主要减轻材料，使低密度水泥浆密度降至1.15～1.35g/cm3，拓宽了低密度水泥浆的使用范围；通过水泥、粉煤灰、玻璃微珠、微硅四种颗粒紧密堆积，使固相颗粒百分比增大，水泥石致密，强度高，表观无收缩，抗渗透性好，沉降稳定性好，有利于防窜；该水泥浆不含早强剂，完全靠颗粒紧密堆积提高强度，可与任何降失水剂配伍而不损坏其降失水效果，对地层污染小。

Description

低密高强水泥浆
技术领域
本发明涉及油田钻井工程领域，特别是涉及一种低压易漏井固井用的低密高强水泥浆。
背景技术
随着石油勘探开发力度的加大，低压易漏井逐渐增多。采用低密度水泥浆平衡固井是防漏、提高固井质量和保护油气层的有效措施之一。但是，目前的低密度水泥浆均采用普通漂珠做减轻剂，这种水泥浆存在以下缺点：
1、由于漂珠壁薄、强度低，所以在高压条件下易破碎，造成水泥浆不能保持设计密度，随着压力的升高，破碎的漂珠逐渐增多，使水泥浆的密度增大、流动性变差，给固井施工带来不安全因素；
2、由于普通漂珠自身密度(0.7g/cm3左右)相对较高，水泥浆在有效强度范围内密度值降低有限，大量研究表明，含普通漂珠的低密度水泥浆的密度只能在1.35g/cm3以上，如果低于此密度，水泥浆的综合性能会变差，无法满足工程需要。
因此，开发流变性好、强度高、密度更低的水泥浆来满足平衡固井的需要、提高封固质量并为后续作业和油气开采提供良好的井筒条件至关重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种流变性好、强度高、密度更低的低密高强水泥浆。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种低密高强水泥浆，其由以下重量份的组分制备而成：
Figure BDA0000116529170000021
所述低密高强水泥浆的密度为1.15～1.35g/cm3。
所述油井水泥为G级硅酸盐油井水泥；所述中空玻璃微珠的平均直径为90μm，抗压强度为124MPa，振实密度为0.42g/cm；所述粉煤灰为C级和F级粉煤灰；所述微硅中SiO2含量＞96％，0.2μm＜颗粒粒径＜0.5μm，密度为2.0g/cm3。
上述组分制得的水泥浆的物理参数为：20cm＜流动度＜23cm，强度(75℃×21MPa×48h)＞14MPa，初始稠度＜16Bc，API失水＜50ml，游离水＜0.2ml，沉降稳定性参数≤±0.02g/cm3。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益结果：
1)、由于采用玻璃微珠作为主要减轻材料，使低密高强水泥浆密度可降至1.15～1.35g/cm3，拓宽了低密度水泥浆的使用范围；
2)、通过水泥、粉煤灰、玻璃微珠、微硅四种颗粒紧密堆积，使固相颗粒百分比增大，水泥石致密，强度高(75℃×21MPa×48h＞14MPa)，表观无收缩，抗渗透性好，沉降稳定性好(密度差≤±0.02g/cm3)，有利于防窜；
3)、不含早强剂，完全靠颗粒紧密堆积提高强度，可与任何降失水剂配伍而不损坏其降失水效果，对地层污染小。
本发明的用于油田固井的超低密度水泥浆体系，是根据油田固井需要设计的一种密度1.15～1.35g/cm3低密高强水泥浆体系，它具有良好的物理性能，在75℃条件下具有强度高，流变性、沉降稳定性好，稠化时间可调等特点，解决了使用普通漂珠无法降至需要密度和水泥浆密度降低时强度低、流变性差稠化时间不易控制的不足，提高固井质量，降低作业风险。它解决了其它超低密度水泥浆在35MPa以上液柱压力下减轻剂易破碎、密度升高、体系稳定性差、强度偏低、难以满足防漏和固井质量需要的问题，能使体系在获得良好施工性能的前提下将密度降低到其它低密度水泥浆难以达到的超低密度值，如1.15g/cm3，从而解决了严重漏失地层固井水泥浆容易漏失造成水泥低返的问题。该水泥浆体系能在井下液柱压力不超过124MPa的前提下，基本保持水泥浆密度恒定不变。
具体实施方式
该水泥浆体系由油井水泥、减轻剂料、稳定剂和外加剂组成。油井水泥为G级硅酸盐油井水泥，减轻剂采用HGS18000中空玻璃微珠和粉煤灰，其中HGS18000为3M中国有限公司生产，其抗压强度高，球状完美，润滑性好，流动性好，粒径适宜，比表面积低，需水量少。采用超细活性材料微硅作为稳定剂(最细填充材料)来提高体系稳定性和反应活性，减少充填水，增强体系致密性。外加剂为降失水剂和分散剂，分别为河南省卫辉市化工有限公司生产的G33S油井水泥降失水剂和USZ油井水泥抗高温减阻剂。
各组分的比含量为：G级油井水泥100份，减轻剂HGS中空玻璃微珠21～42份，减轻剂粉煤灰75～45份，稳定剂微硅8.9～14份，降失水剂G33S 3份，分散剂USZ 0.8～1.2份，水130-136份。
将要求比例的油井水泥、减轻剂HGS18000玻璃微珠、粉煤灰、稳定剂微硅干混均匀，形成混灰，将适量降失水剂、分散剂混入配浆水，可根据地层温度的高低加入缓凝剂或速凝剂来调节水泥浆的稠化时间，并将混灰和加入外加剂的配浆水在水泥浆批混罐(或配浆车)的两个配浆池内分别混配至需要密度，施工时将两个批混罐内水泥浆依次连续注入井内，完成低密高强水泥浆的混配、施工，所制得的低密高强水泥浆的密度为1.15～1.35g/cm3。
下面结合实例对本发明作进一步说明，各实施例中的组分含量均以重量份计。
实施例1
240份G级硅酸盐油井水泥、110份粉煤灰，100份HGS18000玻璃微珠，31.6份微硅，7.2份G33S，2.9份USZ，327份水按比例混合后在旋转粘度计上用4000转/分速度搅拌60秒，按照API规范测试各项性能，其测试结果见表1。
实施例2
250份硅酸盐G级油井水泥，112份粉煤灰，90.5份HGS18000玻璃微珠，29份微硅，7.2份G33S，2.9份USZ，318份水按比例混合后在旋转粘度计上用4000转/分速度搅拌60秒，按照API规范测试各项性能，其测试结果见表1。
实施例3
260份硅酸盐G级油井水泥，143份粉煤灰，81份HGS18000玻璃微珠，30.2份微硅，7.7份G33S，3.1份USZ，332份水按比例混合后在旋转粘度计上用4000转/分速度搅拌60秒，按照API规范测试各项性能，其测试结果见表1。
实施例4
290份硅酸盐G级油井水泥，180份粉煤灰，75份HGS18000玻璃微珠，33份微硅，8.7份G33S，2.9份USZ，376份水按比例混合后在旋转粘度计上用4000转/分速度搅拌60秒，按照API规范测试各项性能，其测试结果见表1。
实施例5
280重量份硅酸盐G级油井水泥，210重量份粉煤灰，59重量份HGS18000玻璃微珠，25重量份微硅，8.6重量份G33S，2.3重量份USZ，367重量份水，按比例混合后在旋转粘度计上用4000转/分速度搅拌60秒，按照API规范测试各项性能，其测试结果见表1。
表1实施例1-5制得的低密高强水泥浆的性能测试结果
Figure BDA0000116529170000051
由测试结果可知本发明的低密高强水泥浆的密度低于1.8g/cm3、抗压强度大于14Mpa，在低密度的同时还具有很高的强度。

Claims (6)

1.一种低密高强水泥浆，其特征在于由以下重量份的组分制备而成：
Figure FDA0000116529160000011
2.如权利要求1所述的低密高强水泥浆，其特征在于：该低密高强水泥浆的密度为1.15～1.35g/cm3。
3.如权利要求1所述的低密高强水泥浆，其特征在于：所述油井水泥为G级硅酸盐油井水泥。
4.如权利要求1所述的低密高强水泥浆，其特征在于：所述中空玻璃微珠的平均直径为90μm，抗压强度为124MPa，振实密度为0.42g/cm。
5.如权利要求1所述的低密高强水泥浆，其特征在于：所述粉煤灰为C级和F级粉煤灰。
6.如权利要求1所述的低密高强水泥浆，其特征在于：所述微硅中SiO2含量＞96％，0.2μm＜颗粒粒径＜0.5μm，密度为2.0g/cm3。
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