CN103756657B - 一种固井水泥浆防漏减轻材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种固井水泥浆防漏减轻材料及其制备方法，材料主要成分为闭口膨胀珍珠岩35%-40%，微粒硅粉20%-25%，粉煤灰30%-35%，硫酸钠5%-10%，上述百分数按重量计。该制备方法包括以下的制作步骤：（1）在密闭混拌罐中加入的闭口膨胀珍珠岩，并持续搅拌；（2）边搅拌边加入微粒硅粉，再依次加入粉煤灰、硫酸钠；（3）待全部加完后再搅拌均匀即制得防漏减轻材料。选用该特定的配比材料及制作方法后得到的材料再与水泥干法混合后，形成的水泥浆稳定性好，水泥浆密度最低可降1.20g/cm3，所采用的原材料成本低，制备方法和所需设备条件简单，易于实施，既满足低压易漏井对固井水泥浆的要求，又大幅度降低成本，可广泛应用于油气田探井、深井等固井施工。

Description

一种固井水泥浆防漏减轻材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及固井水泥浆材料及其制备方法，具体涉及一种固井水泥浆防漏减轻材料及其制备方法。
背景技术
尽管国内外对固井减轻材料进行了大量研究，研制了各种固体、液体，以及气体减轻剂，也在不同油气田固井作业中取得了大量的应用成果。但是每种减轻材料都有一定的局限性，目前使用的低密度水泥浆体系按照减轻材料的减轻原理可划分为三类：第一类是以膨润土、粉煤灰、微硅、珍珠岩、火山灰等超细粉末为减轻材料，这一类减轻材料一般为吸水或增粘物质，其水泥浆密度的降低主要依靠较大的水灰比，使用密度范围一般为1.40-1.60g/cm3；第二类是依靠减轻材料本身的低密度来降低水泥浆密度，如硬沥青、细小的耐压中空微珠或陶瓷球等，这一类低密度水泥浆的密度主要取决于减轻材料本身密度大小和掺量的多少，其密度范围一般为1.30-1.60g/cm3；第三类是以气体为减轻材料的充气泡沫水泥浆，这一类水泥浆的密度受水泥浆基浆密度、充气量和井底压力共同影响，其地表密度可低到0.70g/cm3，井下密度一般在1.30g/cm3以上。目前普遍使用的各类低密度体系主要存在的问题是：在油田下部的漏失问题上，面对大多破裂压力1.20-1.35g/cm3以及更低的易渗、易裂地层，虽然大多相应采用1.30-1.45g/cm3密度的多种过饱和混合减轻材料浆体，但因压力安全窗口较小，仍无法克服下部产层的大量压裂性和渗漏性漏失现象的发生，施工时经常发生失返，该漏失一般至压力平衡后停止，因漏失点不同封固段通常缺少，并严重影响封固质量。
因此，本领域的技术人员很有必要根据地质情况和地层特性，结合本油田固井水泥浆体系特点，研究出与水泥浆体系配套的自身特色具有低成本减轻材料，满足地区钻井需要。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中地层固井施工中水泥密度过大，导致下部产生的大量压裂性和渗漏性漏失现象；提供一种能降低水泥浆的密度，在低压易漏地层固井施工过程能降低液柱压力、堵塞漏失通道的固井水泥浆减轻防漏材料及其制备方法。
本发明的技术方案如下：一种固井水泥浆防漏减轻材料，主要成分为闭口膨胀珍珠岩35%-40%，微粒硅粉20%-25%，粉煤灰30%-35%，硫酸钠5%-10%，上述百分数按重量计。
该方案优选按下述重量百分比的原料组成：闭口膨胀珍珠岩38%，微粒硅粉22%，粉煤灰32%，硫酸钠8%。
所述的膨胀珍珠岩粒径范围在180μm—830μm。
所述闭口膨胀珍珠岩且粒径值350μm。
所述闭口膨胀珍珠岩是膨胀倍数为7-10倍的闭口膨胀珍珠岩。
所述微粒硅粉的粒径范围0.1-120μm。
所述微粒硅粉的粒径值为12μm。
一种如上所述防漏减轻材料的制备方法，该方法包括以下次序的制作步骤：
（1）在密闭混拌罐中加入配方量的粒径范围在180μm—830μm的闭口膨胀珍珠岩；
（2）边搅拌边加入配方量的粒径范围0.1-120μm微粒硅粉，搅拌均匀后再依次加入配方量的粉煤灰和硫酸钠；
（3）待全部加完后再搅拌10-15分钟，使其充分混拌均匀即制得固井水泥浆防漏减轻材料。
本发明的技术方案和有益效果：上述，使用粒径为180μm—350μm的7-10闭口膨胀珍珠岩，可控制形成的水泥浆在膨胀压缩过程中体积变化在3.5%-6%,且闭孔膨胀珍珠岩无破碎,不会影响正常固井；上述方案特别适应用于如盆地油气田探井、深井、水平井等固井施工，起到良好的减轻防漏失作用，选用该特定的配比材料及制作方法后得到的材料再与水泥干法混合后，形成的水泥浆稳定性好，水泥浆密度最低可降至1.20g/cm3，所采用的原材料成本低，制备方法和所需设备条件简单，易于实施，既能满足低压易漏井对固井水泥浆的要求，又能大幅度降低生产成本，获得良好的经济效益和社会效益，很值得推广应用。
具体实施方式
下面结合本发明的相关实验数据来详述本发明的较佳的实施方式。
实施例1，结合实际的实验数据描述。
选取的一种固井水泥浆防漏减轻材料，主要成分为闭口膨胀珍珠岩35%-40%，微粒硅粉20%-25%，粉煤灰30%-35%，硫酸钠5%-10%，上述百分数按重量计。
所述的闭口膨胀珍珠岩粒径范围在180μm—830μm。
所述闭口膨胀珍珠岩且粒径值350μm。
所述闭口膨胀珍珠岩是膨胀倍数为7-10倍的闭口膨胀珍珠岩。
所述微粒硅粉的粒径范围0.1-120μm。
所述微粒硅粉的粒径值为12μm。
下面结合相关的实验数据反馈情况及实验数据表1-3，进一步描述上述材料在实际施工中所取得优良技术效果，包括但不限于该材料的外观及物理性能、密度性能及材料最终属性数据：
1、实施例1固井水泥浆防漏减轻材料的测试试验。
本试验测定了减轻材料的密度，及以不同比例加入水泥中形成的水泥浆密度；放置2小时后，测试浆体游离水、观测实施例1的减轻材料的稳定性。
测试（1）：实施例1的减轻材料样品的物理性能
在常温25℃下，观察生产样品外观、测定其物理性能，结果见表1.
测试（2）：实施例1的减轻材料降低水泥浆密度性能评价
将实施例1的减轻材料样品与水泥分别以重量比65：35、70：30、75：25、90：10复配，制成不同密度水泥浆，并进行稳定性能评价，结果见表2。
从表1和表2可以看出，实施例1的水泥浆固井防漏减轻材料性能指标达到现场使用要求，形成的低密度水泥浆体系稳定，可以交付现场应用。
2、实施例1水泥浆固井防漏减轻材料形成的低密度水泥浆的各项性能，见表3：
表3减轻材料低密度水泥浆各项性能
注：以表2中编号3制得的1.30g/cm3水泥浆为基浆。
实施例2：在实施例1的方案的基础上优选按下述重量百分比的原料组成：闭口膨胀珍珠岩38%，微粒硅粉22%，粉煤灰32%，硫酸钠8%。使用该百分数配比可以节省材料，并且获得最佳的稀释度和饱和比。
本试验测定了本实施例中特定减轻材料的密度，及以不同比例加入水泥中形成的水泥浆密度；放置2小时后，测试浆体游离水、观测实施例2的减轻材料的稳定性。
测试（1）：实施例1的减轻材料样品的物理性能
在常温25℃下，观察生产样品外观、测定其物理性能，结果见表4.
表4减轻材料外观及物理性能
参见表1可知：其优选的配比使得减轻材料本身的含水量、目筛余量和密度均有所降低。
测试（2）：实施例2的减轻材料降低水泥浆密度性能评价
将实施例2的减轻材料样品与水泥分别以重量比65：35、70：30、75：25、90：10复配，制成不同密度水泥浆，并进行稳定性能评价，结果见表2。
表5减轻材料降低水泥浆密度性能
从表4和表5可以看出，实施例2的水泥浆固井防漏减轻材料性能指标达到现场使用要求，形成的低密度水泥浆体系稳定，可以交付现场应用。
2、实施例2水泥浆固井防漏减轻材料形成的低密度水泥浆的各项性能，见表6：
表6减轻材料低密度水泥浆各项性能
注：以表5中编号3制得的1.30g/cm3水泥浆为基浆，较实施例一而言，其凝固时间有所缩短、初始稠度降低、抗压强度在同等时间内有所提升，是优选的最佳配比。
实施例3：
在实施例1或3选材的基础上，按照下述方法步骤制作防漏减轻材料：
（1）在密闭混拌罐中加入配方量的粒径范围在180μm—830μm的闭口膨胀珍珠岩；
（2）边搅拌边加入配方量的粒径范围0.1-120μm微粒硅粉，搅拌均匀后再依次加入配方量的粉煤灰和硫酸钠；
（3）待全部加完后再搅拌10-15分钟，使其充分混拌均匀即制得固井水泥浆防漏减轻材料。
上述，使用180μm—350μm的闭口膨胀珍珠岩，可控制形成的水泥浆在膨胀压缩过程中体积变化<6%,不会影响正常固井。
下面结合相关的实验数据反馈情况及实验数据表4-6，进一步描述上述材料制作方法所得材料在实际施工中所取得优良技术效果，包括但不限于：
实施例3中固井水泥浆防漏减轻材料形成的水泥浆防漏性能评价：
测试（1）：实施例3的固井水泥浆防漏减轻材料与水泥形成的水泥浆体积压缩、膨胀性能测试
将实施例3中的水泥减轻材料样品与水泥以重量比75：25，水灰比0.9，配制成1.30g/cm3水泥浆，加压、放压后测试水泥浆体积变化，结果见表3。
表7水泥浆体系压缩、膨胀实验数据
测试（2）：实施例3的固井水泥浆防漏减轻材料与水泥形成的水泥浆体系防漏失性能测试
将实施例1的减轻材料样品与水泥分别以重量比65：35、70：30、75：25、复配，水灰比分别为1.0、1.0、0.9制成不同密度水泥浆，利用泥浆堵漏仪用静态的方式来模拟浆体对漏失的封堵能力及作用，结果见表4、表5。
表8水泥浆在渗透漏层模型中的实验数据
表9GJQ浆体在缝隙型漏层模型中的实验数据
从表7、表8及表9可以看出，实施例3中的固井水泥浆防漏减轻材料，与水泥按比例配制成的水泥浆增加了漏失流动阻力，具有良好的堵漏效果。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于现有技术。

Claims (3)

1.一种固井水泥浆防漏减轻材料，其特征在于：按下述重量百分比的原料组成：闭口膨胀珍珠岩38%，微粒硅粉22%，粉煤灰32%，硫酸钠8%；
所述闭口膨胀珍珠岩粒径值为350μm；
闭口膨胀珍珠岩的膨胀倍数为7-10倍；
所述微粒硅粉的粒径范围0.1-120μm。
2.如权利要求1所述的固井水泥浆防漏减轻材料，其特征在于：所述微粒硅粉的粒径值为12μm。
3.一种如权利要求1-2任意一项所述的固井水泥浆防漏减轻材料的制备方法，该方法包括以下次序的制作步骤：
（1）在密闭混拌罐中加入配方量闭口膨胀珍珠岩；
（2）边搅拌边加入配方量微粒硅粉，搅拌均匀后再依次加入配方量的粉煤灰和硫酸钠；
（3）待全部加完后再搅拌10-15分钟，使其充分混拌均匀即制得固井水泥浆防漏减轻材料。
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