CN103725276A - 一种粉煤灰低密度水泥浆 - Google Patents

一种粉煤灰低密度水泥浆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种粉煤灰低密度水泥浆，该水泥浆包括：1单位质量的G级油井水泥、0.35～0.55单位质量的粉煤灰、0.7～0.8单位质量的水、0.05单位质量的微硅、0.002～0.0045单位质量的分散剂、0.02～0.06单位质量的早强剂和0.01～0.012单位质量的降失水剂；且，所述水、所述分散剂和所述早强剂的用量分别随所述粉煤灰用量增加而增加；且，所述水泥浆的密度为1.66～1.75克/立方厘米，水灰比为0.52。本发明的水泥浆具有较低的密度，在保证水泥石强度的同时减小水泥石收缩，避免固井中出现水泥返高不达标、第二胶结面强度低、水泥浆失水严重等问题。

Description

一种粉煤灰低密度水泥浆
技术领域
本发明涉及煤层气开发中的钻井领域，特别涉及一种粉煤灰水泥浆。
背景技术
为了保证煤层气的低成本、高效益开采，在煤层气井固井中，通常使用密度为1.80克/立方厘米～1.85克/立方厘米的常规密度纯浆体系水泥浆或加入少量调凝剂的配方体系水泥浆。这两种水泥浆体系在实际施工中存在水泥浆密度过高和水泥石收缩大的缺陷，导致固井中常出现水泥返高不达标、第二胶结面强度低、水泥浆失水严重等问题。
发明内容
本发明提供一种粉煤灰低密度水泥浆，以解决现有技术水泥浆的水泥浆密度过高和水泥石收缩大的缺陷。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种粉煤灰低密度水泥浆，所述水泥浆包括：
1单位质量的G级油井水泥、0.35～0.55单位质量的粉煤灰、0.7～0.8单位质量的水、0.05单位质量的微硅、0.002～0.0045单位质量的分散剂、0.02～0.06单位质量的早强剂和0.01～0.012单位质量的降失水剂；且，
所述水、所述分散剂和所述早强剂的用量分别随所述粉煤灰用量增加而增加；且，
所述水泥浆的密度为1.66～1.75克/立方厘米，水灰比为0.52。
可选地，所述水泥浆包括：
1单位质量的G级油井水泥、0.35单位质量的粉煤灰、0.7单位质量的水、0.05单位质量的微硅、0.002～0.003单位质量的分散剂、0.02～0.04单位质量的早强剂和0.01～0.012单位质量的降失水剂；且，
所述水泥浆的密度为1.75克/立方厘米。
可选地，所述水泥浆包括：1单位质量的G级油井水泥、0.35单位质量的粉煤灰、0.7单位质量的水、0.05单位质量的微硅、0.002单位质量的分散剂、0.02单位质量的早强剂和0.012单位质量的降失水剂；且，
所述水泥浆的密度为1.75克/立方厘米。
可选地，所述水泥浆包括：1单位质量的G级油井水泥、0.45单位质量的粉煤灰、0.755单位质量的水、0.05单位质量的微硅、0.0025～0.0035单位质量的分散剂、0.025～0.04单位质量的早强剂和0.01～0.012单位质量的降失水剂；且，
所述水泥浆的密度为1.71克/立方厘米。
可选地，所述水泥浆包括：1单位质量的G级油井水泥、0.45单位质量的粉煤灰、0.755单位质量的水、0.05单位质量的微硅、0.003单位质量的分散剂、0.03单位质量的早强剂和0.012单位质量的降失水剂；且，
所述水泥浆的密度为1.71克/立方厘米。
可选地，所述水泥浆包括：1单位质量的G级油井水泥、0.55单位质量的粉煤灰、0.8单位质量的水、0.05单位质量的微硅、0.0035～0.0045单位质量的分散剂、0.045～0.06单位质量的早强剂和0.01～0.012单位质量的降失水剂；且
所述水泥浆的密度为1.66克/立方厘米。
可选地，所述水泥浆包括：1单位质量的G级油井水泥、0.55单位质量的粉煤灰、0.8单位质量的水、0.05单位质量的微硅、0.004单位质量的分散剂、0.05单位质量的早强剂和0.012单位质量的降失水剂；且，
所述水泥浆的密度为1.66克/立方厘米。
可选地，所述早强剂为甲酸钙与硫铝酸钙的混合物。
可选地，所述分散剂为磺化有机聚合物。
可选地，所述降失水剂为成膜型降失水剂。
由上述可见，本发明的包括：“1单位质量的G级油井水泥、0.35～0.55单位质量的粉煤灰、0.7～0.8单位质量的水、0.05单位质量的微硅、0.002～0.0045单位质量的分散剂、0.02～0.06单位质量的早强剂和0.01～0.012单位质量的降失水剂；且，所述水、所述分散剂和所述早强剂的用量分别随所述粉煤灰用量增加而增加；且，所述水泥浆的密度为1.66～1.75克/立方厘米，水灰比为0.52”的粉煤灰低密度水泥浆能够在降低水泥浆密度的同时保证水泥石强度，并可以减小水泥石收缩。从而避免固井中出现水泥返高不达标、第二胶结面强度低、水泥浆失水严重等问题。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明的核心思想是，在G级油井水泥中加入粉煤灰和其他添加剂，使配得的水泥浆在降低密度的同时保证水泥石强度，并减小水泥石的收缩。
本发明的粉煤灰低密度水泥浆包括：
1单位质量的G级油井水泥、0.35～0.55单位质量的粉煤灰、0.7～0.8单位质量的水、0.05单位质量的微硅、0.002～0.0045单位质量的分散剂、0.02～0.06单位质量的早强剂和0.01～0.012单位质量的降失水剂；且所述水、所述分散剂和所述早强剂的用量分别随所述粉煤灰用量增加而增加；且所述水泥浆的密度为1.66～1.75克/立方厘米，水灰比为0.52。
在配制本发明的水泥浆时，首先备齐本发明水泥浆所需的G级油井水泥、粉煤灰、早强剂、分散剂、降失水剂等材料。
本发明的水泥浆的密度范围是1.66～1.75克/立方厘米，能够满足不同地层破裂压力的需要。在配置时，首先根据实际需要确定水泥浆密度，然后根据确定的密度得到粉煤灰低密度水泥浆的基础配方。在配制基础配方时，使水泥浆的水灰比为0.52，即：水的质量÷（水泥的质量＋粉煤灰的质量）=0.52。
下面以1.66克/立方厘米、1.71克/立方厘米、1.75克/立方厘米三种密度的本发明水泥浆为例进行说明，这三种密度的水泥浆基础配方分别如下：
（1）、100.0g水泥+35.0g粉煤灰+70.0g水制备成密度为1.75克/立方厘米的水泥浆；
（2）、100.0g水泥+45.0g粉煤灰+75.5g水制备成密度为1.71克/立方厘米的水泥浆；
（3）、100.0g水泥+55.0g粉煤灰+80.0g水制备成密度为1.66克/立方厘米的水泥浆。
向上述基础配方中加入适量分散剂使水泥浆具备良好流动性，向上述基础配方中加入适量早强剂使水泥石在第24小时的强度达到固井要求。同时向上述基础配方中加入适量的微硅使水泥浆体系更稳定，避免水泥浆分层，向上述基础配方中加入适量的降失水剂减小水泥浆的失水量。在本发明中，早强剂可以是甲酸钙与硫铝酸钙混合物；分散剂可以是磺化有机聚合物；降失水剂可以是成膜型降失水剂。加入上述添加剂后，即得到可用于实际固井施工的水泥浆。
向配方（1）中加入的分散剂的量为0.2～0.3克，向配方（1）中加入的早强剂的量为2.0～4.0克，同时加入5.0克微硅和1.0～1.2克的降失水剂。取上述添加剂加入量的下限值和上限值，并取一个其他值，分别得到如下三个密度为1.75克/立方厘米的可用于实际固井施工的水泥浆配方：
(4)、100.0g水泥+35.0g粉煤灰+70.0g水+0.2g分散剂制+5.0g微硅+2.0g早强剂+1.0g降失水剂；
(5)、100.0g水泥+35.0g粉煤灰+70.0g水+0.2g分散剂制+5.0g微硅+2.0g早强剂+1.2g降失水剂；
(6)、100.0g水泥+35.0g粉煤灰+70.0g水+0.3g分散剂制+5.0g微硅+4.0g早强剂+1.2g降失水剂。
与配方（1）相比，配方（2）中每100.0g水泥中所添加的粉煤灰的量有所增加，相应地，配方（2）中水、分散剂、早强剂的用量也相应地增加。向配方（2）中加入的分散剂的量为0.25～0.35克，向配方（2）中加入的早强剂的量为2.5～4.0克，同时加入5.0克微硅和1.0～1.2克的降失水剂。取上述添加剂加入量的下限值和上限值，并取一个其他值，得到如下三个密度为1.71克/立方厘米的可用于实际固井施工的水泥浆配方：
(7)、100.0g水泥+45.0g粉煤灰+75.5g水+0.25g分散剂制+5.0g微硅+2.5g早强剂+1.0g降失水剂；
(8)、100.0g水泥+45.0g粉煤灰+75.5g水+0.3g分散剂制+5.0g微硅+3.0g早强剂+1.2g降失水剂；
(9)、100.0g水泥+45.0g粉煤灰+75.5g水+0.35g分散剂制+5.0g微硅+4.0g早强剂+1.2g降失水剂。
与配方（2）相比，配方（3）中每100.0g水泥中所添加的粉煤灰的量有所增加，相应地，配方（3）中水、分散剂、早强剂的用量也相应地增加。向配方（3）中加入的分散剂的量为0.35～0.45克，向配方（3）中加入的早强剂的量为4.5～6.0克，同时加入5.0克微硅和1.0～1.2克的降失水剂。取上述添加剂加入量的下限值和上限值，并取一个其他值，得到如下三个密度为1.66克/立方厘米的可用于实际固井施工的水泥浆配方：
(10)、100.0g水泥+55.0g粉煤灰+80.0g水+0.35g分散剂制+5.0g微硅+4.5g早强剂+1.0g降失水剂；
(11)、100.0g水泥+55.0g粉煤灰+80.0g水+0.4g分散剂制+5.0g微硅+5.0g早强剂+1.2g降失水剂；
(12)、100.0g水泥+55.0g粉煤灰+80.0g水+0.45g分散剂制+5.0g微硅+6.0g早强剂+1.2g降失水剂。
对上述第(4)～(12)个可用于实际固井施工的水泥浆配方中的所有水泥浆分别进行评价，评价参数包含：水泥浆流动度、水泥浆游离液、水泥浆静失水量、水泥浆稠化时间、水泥石在第24小时时间点的抗压强度（测量抗压强度的温度为25℃、30℃、35℃）、水泥石膨胀系数（水泥石膨胀系数=体积为V的本发明水泥浆凝固后的水泥石体积÷体积为V的常规水泥浆凝固后的水泥石体积，此处的常规水泥浆是指用G级油井水泥与水配制的密度为1.80克/立方厘米～1.85克/立方厘米的水泥浆）及水泥石渗透率。评价结果见表1。
表1本发明水泥浆评价结果数据表
Figure BDA0000436352610000061
从上述配方（4）到配方（12）可以看出，与现有技术密度为1.80克/立方厘米～1.85克/立方厘米的常规水泥浆相比，本发明的水泥浆具有较低的水泥浆密度。由表1中的水泥石膨胀系数可以看出，本发明水泥浆凝固后的水泥石体积是相同体积的常规水泥浆凝固后水泥石体积的1.07倍，因此本发明水泥浆能够减小水泥石的收缩。
从表1还可以看出，本发明的水泥浆在流动度、游离液、失水量、稠化时间、水泥石强度和水泥石渗透率等方面也性能优良。能够很好地应用于煤层气井固井施工中，并且能够在一定范围内满足不同施工情况对水泥浆密度的需要。因而能够在保证固井质量的同时兼顾储层保护，并且本发明水泥浆成本也较低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种粉煤灰低密度水泥浆，其特征在于，
所述水泥浆包括：1单位质量的G级油井水泥、0.35～0.55单位质量的粉煤灰、0.7～0.8单位质量的水、0.05单位质量的微硅、0.002～0.0045单位质量的分散剂、0.02～0.06单位质量的早强剂和0.01～0.012单位质量的降失水剂；且，
所述水、所述分散剂和所述早强剂的用量分别随所述粉煤灰用量增加而增加；且，
所述水泥浆的密度为1.66～1.75克/立方厘米，水灰比为0.52。
2.根据权利要求1所述的水泥浆，其特征在于，
所述水泥浆包括：1单位质量的G级油井水泥、0.35单位质量的粉煤灰、0.7单位质量的水、0.05单位质量的微硅、0.002～0.003单位质量的分散剂、0.02～0.04单位质量的早强剂和0.01～0.012单位质量的降失水剂；且，
所述水泥浆的密度为1.75克/立方厘米。
3.根据权利要求2所述的水泥浆，其特征在于，
所述水泥浆包括：1单位质量的G级油井水泥、0.35单位质量的粉煤灰、0.7单位质量的水、0.05单位质量的微硅、0.002单位质量的分散剂、0.02单位质量的早强剂和0.012单位质量的降失水剂；且，
所述水泥浆的密度为1.75克/立方厘米。
4.根据权利要求1所述的水泥浆，其特征在于，
所述水泥浆包括：1单位质量的G级油井水泥、0.45单位质量的粉煤灰、0.755单位质量的水、0.05单位质量的微硅、0.0025～0.0035单位质量的分散剂、0.025～0.04单位质量的早强剂和0.01～0.012单位质量的降失水剂；且，
所述水泥浆的密度为1.71克/立方厘米。
5.根据权利要求4所述的水泥浆，其特征在于，
所述水泥浆包括：1单位质量的G级油井水泥、0.45单位质量的粉煤灰、0.755单位质量的水、0.05单位质量的微硅、0.003单位质量的分散剂、0.03单位质量的早强剂和0.012单位质量的降失水剂；且，
所述水泥浆的密度为1.71克/立方厘米。
6.根据权利要求1所述的水泥浆，其特征在于，
所述水泥浆包括：1单位质量的G级油井水泥、0.55单位质量的粉煤灰、0.8单位质量的水、0.05单位质量的微硅、0.0035～0.0045单位质量的分散剂、0.045～0.06单位质量的早强剂和0.01～0.012单位质量的降失水剂；且
所述水泥浆的密度为1.66克/立方厘米。
7.根据权利要求6所述的水泥浆，其特征在于，
所述水泥浆包括：1单位质量的G级油井水泥、0.55单位质量的粉煤灰、0.8单位质量的水、0.05单位质量的微硅、0.004单位质量的分散剂、0.05单位质量的早强剂和0.012单位质量的降失水剂；且，
所述水泥浆的密度为1.66克/立方厘米。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的水泥浆，其特征在于，所述早强剂为甲酸钙与硫铝酸钙的混合物。
9.根据权利要求1至7中任意一项所述的水泥浆，其特征在于，所述分散剂为磺化有机聚合物。
10.根据权利要求1至7中任意一项所述的水泥浆，其特征在于，所述降失水剂为成膜型降失水剂。
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