CN105016666B - 用于小尺寸浮箍、浮鞋的水泥砂浆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种用于小尺寸浮箍、浮鞋的水泥砂浆，包括如下组分：水泥15‑30wt%、细骨料50‑60wt%、硅灰2‑5wt%、粉煤灰3‑5wt%、早强剂0.2‑1wt%、膨胀剂3‑5wt%、减水剂0.2‑0.8wt%以及水5‑15wt%。本发明的水泥砂浆克服了现有技术中的水泥砂浆无法用于填充小尺寸浮箍、浮鞋间隙的缺点，并能够达到相应要求的抗压强度和抗渗强度。

Description

用于小尺寸浮箍、浮鞋的水泥砂浆及其制备方法
技术领域
本发明属于油田固井领域，特别涉及一种具有高强度和高抗渗性能的用于小尺寸浮箍、浮鞋的水泥砂浆及其制备方法。
背景技术
目前浮箍、浮鞋内部填充材料主要有两种，一种是使用铸铁、铝合金等金属材料，另一种则是使用水泥砂浆进行填充，由于后者具有良好的可钻性，目前已经在国内外开展了大量的应用研究。例如《石油钻采工艺》2012年9月第5期第107-110页姜向东等人发表的题目为“易钻浮箍浮鞋的研制及应用”的文章中提到一种用于易钻浮箍浮鞋的早强微膨胀混凝土，其包含膨胀剂、粗细骨料、水、减水剂、引气剂、早强剂、膨润土和黏土。但是对于小尺寸浮箍浮鞋，由于其是指尺寸在5-1/2”(139.7mm)以下的套管用浮箍、浮鞋，标准SY/T5618-2009中规定，4-1/2”到5-1/2”规格的浮箍、浮鞋最小水眼直径为46mm，为了保证过流面积，因此单向阀不可能设计得更小，外壳与单向阀之间的间隙变得极小。在这种情况下，混有粗骨料的混凝土将无法填充间隙，进而降低了浮箍、浮鞋的性能及安全可靠性。目前尚没有见到应用于小尺寸浮箍、浮鞋的高强度高抗渗的水泥砂浆配方的报道。
因此，本领域需要一种可应用于小尺寸浮箍、浮鞋的高强度高抗渗的水泥砂浆。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于小尺寸浮箍、浮鞋的水泥砂浆，克服水泥砂浆无法填充小尺寸浮箍、浮鞋间隙的缺点，并能够达到相应的抗压强度和抗渗强度。
为实现上述目的，本发明提供一种用于小尺寸浮箍、浮鞋的水泥砂浆及其制备方法。
本发明提供的一种用于小尺寸浮箍、浮鞋的水泥砂浆，包括如下组分：水泥15-30wt%、细骨料50-60wt%、硅灰2-5wt%、粉煤灰3-5wt%、早强剂0.2-1wt%、膨胀剂3-5wt%、减水剂0.2-0.8wt%以及水5-15wt%。优选地，所述水泥砂浆包括如下组分：水泥25-28wt%、细骨料50-55wt%、硅灰2-3wt%、粉煤灰3-5wt%、早强剂0.2-0.5wt%、膨胀剂3-5wt%、减水剂0.3-0.5wt%以及水5-10wt%。本发明所述的早强剂也可以被称为促凝剂，可以是本领域已知的任何早强剂，包括但不限于氯化物系早强剂（比如氯化钙）、硫酸盐系早强剂（比如硫酸钠）以及有机物系早强剂（比如三乙醇胺）。所述的膨胀剂可以是本领域已知的任何膨胀剂，例如明矾石膨胀剂、硫铝酸钙膨胀剂、氧化钙膨胀剂、铁屑膨胀剂、氧化钙-硫铝酸钙复合膨胀剂、U型水泥砂浆膨胀剂或AEA水泥砂浆膨胀剂等。所述的U型水泥砂浆膨胀剂为由硫酸铝钙熟料、明矾石和石膏组成的复合膨胀剂。所述的AEA水泥砂浆膨胀剂是一种硫铝酸钙型水泥砂浆膨胀剂。所述的减水剂可以是本领域已知的任何减水剂，包括普通减水剂和高效减水剂。本领域技术人员知道的，在水泥砂浆坍落度基本相同的条件下能大幅度减少拌合水量的外加剂称为高效减水剂。
在一个具体实施方式中，所述的水泥为42.5MPa或52.5MPa的普通硅酸盐水泥或G级高抗硫酸盐油井水泥。
在一个具体实施方式中，所述的硅灰和/或粉煤灰为微米级别。
在一个具体实施方式中，所述的细骨料为沙子或矾土，其粒径为0.15mm-4.75mm，且有害杂质含量小于5wt%。
在一个具体实施方式中，所述的膨胀剂为U型水泥砂浆膨胀剂或AEA水泥砂浆膨胀剂。
在一个具体实施方式中，所述的减水剂为高效减水剂，其包括但不限于萘系、三聚氰胺系和由它们复配而成的减水剂。
本发明还提供了所述水泥砂浆的制备方法，包括如下步骤：
步骤A，按照配比重量将减水剂与水混合，搅拌均匀，制成减水剂溶液；
步骤B，按照配比重量准确称量水泥、细骨料、硅灰、粉煤灰、早强剂、膨胀剂，在搅拌机中搅拌均匀，制成干料；
步骤C，将减水剂溶液均匀洒在干料表面并搅拌混合，直到搅拌均匀。再根据施工需要对该水泥砂浆进行浇筑即可。
本发明还提供上述填充的小尺寸浮箍、浮鞋在油田固井领域的应用。
本发明的有益效果是：水泥砂浆抗压强度高，能达到M40-M50，抗渗性能好，水化时间短，制作工艺简单，脱模快，特别适用于小尺寸的浮箍浮鞋等固井工具。经试验证实，利用本发明的水泥砂浆填充的浮箍浮鞋最高密封压力可达35Mpa。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，应该理解这些实施例仅用于说明本发明，绝非限制本发明的保护范围。
本发明的所有原料均可方便地从市场获得。
实施例1
按照表1中的配比重量将减水剂与水混合，搅拌均匀，制成减水剂溶液；然后按照配比重量准确称量水泥、细骨料、硅灰、粉煤灰、早强剂、膨胀剂，在搅拌机中搅拌15-30分钟，制成干料；最后将所述减水剂溶液与所述干料混合，加水时应将减水剂均匀洒在干料表面，搅拌混合物直到搅拌均匀，并浇筑浮箍浮鞋。
其中，水泥为中联大坝生产的标号为42.5的普通硅酸盐水泥；
细骨料：中砂；
硅灰为甘肃三远硅材料有限公司生产的S95型硅灰；
粉煤灰：上海苏能粉煤灰销售有限公司粉煤灰；
减水剂：FE高效减水剂；
膨胀剂：AEA混凝土膨胀剂；
早强剂：三乙醇胺早强剂。
把本发明中得到的浮箍、浮鞋用水泥砂浆在标准条件下养护14天，测得其抗压强度为M30；在标准条件下养护28天，水泥砂浆抗压强度为M40。另外，浮箍、浮鞋最大抗渗压差为30MPa。
实施例2
按照表1中的配比重量将减水剂与水混合，搅拌均匀，制成减水剂溶液；然后按照配比重量准确称量水泥、细骨料、硅灰、粉煤灰、早强剂、膨胀剂，在搅拌机中搅拌15-30分钟，制成干料；最后将所述减水剂溶液与所述干料混合，加水时应将减水剂均匀洒在干料表面，搅拌混合物直到搅拌均匀，并浇筑浮箍浮鞋。
其中，水泥为山东华银特种水泥股份有限公司生产的G级高抗硫酸盐油井水泥；
细骨料：中砂；
硅灰为甘肃三远硅材料有限公司生产的S95型硅灰；
粉煤灰：上海苏能粉煤灰销售有限公司粉煤灰；
减水剂：FE高效减水剂；
膨胀剂：AEA混凝土膨胀剂；
早强剂：三乙醇胺早强剂。
把本发明中得到的浮箍、浮鞋用水泥砂浆在标准条件下养护14天，水泥砂浆抗压强度为M30；在标准条件下养护28天，水泥砂浆抗压强度为M40。另外，浮箍、浮鞋最大抗渗压差为35MPa。
实施例3
按照表1中的配比重量将减水剂与水混合，搅拌均匀，制成减水剂溶液；然后按照配比重量准确称量水泥、细骨料、硅灰、粉煤灰、早强剂、膨胀剂，在搅拌机中搅拌15-30分钟，制成干料；最后将所述减水剂溶液与所述干料混合，加水时应将减水剂均匀洒在干料表面，搅拌混合物直到搅拌均匀，并浇筑浮箍浮鞋。
其中，水泥为山东华银特种水泥股份有限公司生产的G级高抗硫酸盐油井水泥；
细骨料：中砂；
硅灰为甘肃三远硅材料有限公司生产的S95型硅灰；
粉煤灰：上海苏能粉煤灰销售有限公司粉煤灰；
减水剂：FE高效减水剂；
膨胀剂：AEA混凝土膨胀剂；
早强剂：三乙醇胺早强剂。
把本发明中得到的浮箍、浮鞋用水泥砂浆在标准条件下养护14天，水泥砂浆抗压强度为M40；在标准条件下养护28天，水泥砂浆抗压强度为M50。另外，浮箍、浮鞋最大抗渗压差为30MPa。
实施例4
按照表1中的配比重量将减水剂与水混合，搅拌均匀，制成减水剂溶液；然后按照配比重量准确称量水泥、细骨料、硅灰、粉煤灰、早强剂、膨胀剂，在搅拌机中搅拌15-30分钟，制成干料；最后将所述减水剂溶液与所述干料混合，加水时将减水剂均匀洒在干料表面，搅拌混合物直到搅拌均匀，并浇筑浮箍浮鞋。
其中，水泥为中联大坝生产的标号为52.5的普通硅酸盐水泥；
细骨料：中砂；
硅灰为甘肃三远硅材料有限公司生产的S95型硅灰；
粉煤灰：上海苏能粉煤灰销售有限公司粉煤灰；
减水剂：FE高效减水剂；
膨胀剂：AEA混凝土膨胀剂；
早强剂：三乙醇胺早强剂。
把本发明中得到的浮箍、浮鞋用水泥砂浆在标准条件下养护14天，水泥砂浆抗压强度为M30；在标准条件下养护28天，水泥砂浆抗压强度为M40。另外，浮箍、浮鞋最大抗渗压差为35MPa。
对比例1
按照表1中的配比重量将减水剂与水混合，搅拌均匀，制成减水剂溶液；然后按照配比准确称量水泥、细骨料、早强剂、粉煤灰、膨胀剂，在搅拌机中搅拌均匀；最后将所述减水剂溶液与所述干料混合，加水时应将水均匀洒在干料表面，搅拌混合物直到搅拌均匀，并浇筑浮箍、浮鞋。且本例中所用的各组分的成份及其来源与实施例1相同。
将本发明得到的水泥砂浆在标准条件下养护14天，水泥砂浆抗压强度为M30；在标准条件下养护28天，水泥砂浆抗压强度为M30。另外，浮箍、浮鞋最大抗渗压差为15MPa。
对比例2
按照表1中的配比重量称量水泥、细骨料、早强剂、硅灰、粉煤灰、膨胀剂，在搅拌机中搅拌均匀；需要多加水3.5kg，且水泥砂浆流动性大大降低，加水时应将水均匀洒在干料表面，搅拌混合物直到搅拌均匀，并浇筑易钻式浮箍浮鞋。且本例中所用的各组分的成份及其来源与实施例1相同。
将本发明得到的水泥砂浆在标准条件下养护14天，水泥砂浆抗压强度为M10；在标准条件下养护28天，水泥砂浆抗压强度为M20。另外，浮箍、浮鞋最大抗渗压差为15MPa。
对比例3
按照表1中的配比重量将减水剂与水混合，搅拌均匀，制成减水剂溶液；然后按照配比重量准确称量水泥、细骨料、硅灰、粉煤灰、膨胀剂，在搅拌机中搅拌15-30分钟，制成干料；最后将所述减水剂溶液与所述干料混合，加水时应将减水剂均匀洒在干料表面，搅拌混合物直到搅拌均匀，并浇筑浮箍浮鞋。且本例中所用的各组分的成份及其来源与实施例1相同。
把本发明中得到的浮箍、浮鞋用水泥砂浆在标准条件下养护14天，测得其抗压强度为M10；在标准条件下养护28天，水泥砂浆抗压强度为M20。另外，浮箍、浮鞋最大抗渗压差为20Mpa，且脱模时间由5天延长至10天。
对比例4
按照表1中的配比重量将减水剂与水混合，搅拌均匀，制成减水剂溶液；然后按照配比重量准确称量水泥、细骨料、硅灰、粉煤灰、早强剂，在搅拌机中搅拌15-30分钟，制成干料；最后将所述减水剂溶液与所述干料混合，加水时应将减水剂均匀洒在干料表面，搅拌混合物直到搅拌均匀，并浇筑浮箍浮鞋。且本例中所用的各组分的成份及其来源与实施例1相同。
把本发明中得到的浮箍、浮鞋用水泥砂浆在标准条件下养护14天，测得其抗压强度为M30；在标准条件下养护28天，水泥砂浆抗压强度为M40。另外，浮箍、浮鞋最大抗渗压差为10MPa。
对比例5
按照表1中的配比重量将减水剂与水混合，搅拌均匀，制成减水剂溶液；然后按照配比重量准确称量水泥、细骨料、早强剂、膨胀剂，在搅拌机中搅拌15-30分钟，制成干料；最后将所述减水剂溶液与所述干料混合，加水时应将减水剂均匀洒在干料表面，搅拌混合物直到搅拌均匀，并浇筑浮箍浮鞋。且本例中所用的各组分的成份及其来源与实施例1相同。把本发明中得到的浮箍、浮鞋用水泥砂浆在标准条件下养护14天，测得其抗压强度为M20；在标准条件下养护28天，水泥砂浆抗压强度为M30。另外，浮箍、浮鞋最大抗渗压差为10MPa。
表1
由上述实施例中的数据可以说明，本发明的水泥砂浆抗压强度可达到M40-M50，抗渗性能好，水化时间短，制作工艺简单，脱模快。且经试验证实，利用本发明的水泥砂浆填充的浮箍浮鞋最高抗渗压差可达35Mpa，因此特别适用于小尺寸的浮箍浮鞋等固井工具。

Claims (8)

1.一种用于小尺寸浮箍、浮鞋的水泥砂浆，其特征在于，包括如下组分：水泥25-28wt％、细骨料50-55wt％、硅灰2-3wt％、粉煤灰3-5wt％、早强剂0.2-0.5wt％、膨胀剂3-5wt％、减水剂0.3-0.5wt％以及水5-10wt％。
2.根据权利要求1所述的水泥砂浆，其特征在于，所述的水泥为42.5MPa或52.5MPa的普通硅酸盐水泥或G级高抗硫酸盐油井水泥。
3.根据权利要求1所述的水泥砂浆，其特征在于，所述的硅灰和/或所述的粉煤灰为微米级别。
4.根据权利要求1所述的水泥砂浆，其特征在于，所述的细骨料为沙子或矾土，其粒径为0.15mm-4.75mm，且有害杂质含量小于5wt％。
5.根据权利要求1所述的水泥砂浆，其特征在于，所述的膨胀剂为U型水泥砂浆膨胀剂或AEA水泥砂浆膨胀剂。
6.根据权利要求1所述的水泥砂浆，其特征在于，所述的减水剂为高效减水剂。
7.一种权利要求1-6中任一项所述的水泥砂浆的制备方法，包括如下步骤：
步骤A，按照配比重量将减水剂与水混合，搅拌均匀，制成减水剂溶液；
步骤B，按照配比重量准确称量水泥、细骨料、硅灰、粉煤灰、早强剂、膨胀剂，在搅拌机中搅拌均匀，制成干料；
步骤C，将减水剂溶液均匀洒在干料表面并搅拌混合，直到搅拌均匀。
8.权利要求1-6中任一项所述的水泥砂浆填充的小尺寸浮箍、浮鞋在油田固井领域的应用。
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