CN105016667A - 浮箍、浮鞋用混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于浮箍、浮鞋的高强度高抗渗混凝土，其包含下列组分：水泥15-25wt%、细骨料25-35wt%、粗骨料35-40wt%、早强剂0.5-2wt%、硅灰2-5wt%、粉煤灰3-5wt%、膨胀剂3-5wt%、减水剂0.2-0.5wt%以及水5-15wt%。本发明的混凝土抗压强度高，能达到C70-C110，抗渗性能好，水化时间短，制作工艺简单，脱模快，特别适用于易钻式浮箍、浮鞋等固井工具。
Description
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浮箍、浮鞋内部填充的混凝土及其制备方法。
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，另一种则是使用混凝土进行填充，由于后者具有良好的可钻性，目前已经在国内外得到了大量的研究。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。然而，其中提供的早强微膨胀混凝土并不能同时具有高强度和高抗渗性能。而由于浮箍浮鞋特殊的井下高温高压工作环境决定了现有的其他混凝土无论是从强度上还是抗渗性能上都无法满足浮箍浮鞋的工作需要，目前也尚没有见到应用于易钻式浮箍浮鞋的高强度且高抗渗混凝土配方的报道。
因此本领域需要一种可用于浮箍、浮鞋内部填充的高强度高抗渗的混凝土。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于浮箍、浮鞋内部填充的混凝土，克服上述现有技术存在的不足，满足水泥混凝土填充式浮箍浮鞋承压密封性能要求。
为实现上述目的，本发明提供一种浮箍、浮鞋用混凝土及其制备方法。
本发明提供的一种浮箍、浮鞋用混凝土，其特征在于，包括如下组分：水泥15-25wt%、细骨料25-35wt%、粗骨料30-40wt%、早强剂0.5-2wt%、硅灰2-5wt%、粉煤灰3-5wt%、减水剂0.2-0.5%、膨胀剂3-5wt%以及水5-15wt%。优选地，所述混凝土包括如下组分：水泥20-25wt%、细骨料25-30wt%、粗骨料34-38wt%、早强剂0.5-1wt%、硅灰2-5wt%、粉煤灰3-5wt%、减水剂0.2-0.5%、膨胀剂3-5wt%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型混凝土膨胀剂或AEA混凝土膨胀剂等。所述的U型混凝土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混凝土膨胀剂是一种硫铝酸钙型混凝土膨胀剂。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在混凝土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，所述的粗骨料为石子或卵石，且其粒径大于4.75mm。
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5%。
在一个具体实施方式中，所述的膨胀剂为U型混凝土膨胀剂或AEA混凝土膨胀剂。
在一个具体实施方式中，所述的减水剂为高效减水剂。
本发明还提供了上述混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤A，按照配比重量称量水泥、细骨料、粗骨料、早强剂、硅灰、粉煤灰、减水剂、膨胀剂，在搅拌机中搅拌均匀，得到干料；
步骤B，将配比重量的水均匀洒在干料表面并搅拌混合，直到搅拌均匀。再根据施工需要对所述混凝土进行浇筑即可。
本发明还提供上述混凝土填充的浮箍、浮鞋在油田固井领域的应用。
本发明的有益效果是：混凝土抗压强度高，能达到C70-C110，抗渗性能好，水化时间短，制作工艺简单，脱模快，特别适用于易钻式浮箍、浮鞋等固井工具。经试验证实，利用该配方制作的浮箍、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中的配比重量称量水泥、细骨料、粗骨料、早强剂、硅灰、粉煤灰、减水剂、膨胀剂，在搅拌机中搅拌均匀；按照配比重量加入相应重量的水，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。
其中，水泥为标号42.5的中联大坝水泥生产的普通硅酸盐水泥；
细骨料：中砂；
粗骨料：二级配碎石；
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。
将本发明得到的混凝土在标准条件下养护14天，混凝土抗压强度为C70，在标准条件下养护28天，混凝土抗压强度为C80，浮箍、浮鞋最大抗渗压差为30MPa。
实施例2
按照表1中的配比重量称量水泥、细骨料、粗骨料、早强剂、硅灰、粉煤灰、减水剂、膨胀剂，在搅拌机中搅拌均匀；按照配比重量加入相应重量的水，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。
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；
粗骨料：二级配碎石；
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。
将本发明得到的混凝土在标准条件下养护14天，混凝土抗压强度为C60，在标准条件下养护28天，混凝土抗压强度为C70，浮箍、浮鞋最大抗渗压差为35MPa。
实施例3
按照表1中的配比重量称量水泥、细骨料、粗骨料、早强剂、硅灰、粉煤灰、减水剂、膨胀剂，在搅拌机中搅拌均匀；按照配比重量加入相应重量的水，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。
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；
粗骨料：二级配碎石；
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。
将本发明得到的混凝土在标准条件下养护14天，混凝土抗压强度为C70，在标准条件下养护28天，混凝土抗压强度为C80，浮箍、浮鞋最大抗渗压差为35MPa。
实施例4
按照表1中的配比重量称量水泥、细骨料、粗骨料、早强剂、硅灰、粉煤灰、减水剂、膨胀剂，在搅拌机中搅拌均匀；按照配比重量加入相应重量的水，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。
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；
粗骨料：二级配碎石；
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。
将本发明得到的混凝土在标准条件下养护14天，混凝土抗压强度为C90，在标准条件下养护28天，混凝土抗压强度为C110，浮箍、浮鞋最大抗渗压差为30MPa。
对比例1
按照表1中的配比重量称量水泥、细骨料、粗骨料、早强剂、粉煤灰、减水剂、膨胀剂，在搅拌机中搅拌均匀；按照配比重量加入相应重量的水，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。
将本发明得到的混凝土在标准条件下养护14天，混凝土抗压强度为C60，在标准条件下养护28天，混凝土抗压强度为C70，浮箍、浮鞋最大抗渗压差为25MPa。
对比例2
按照表1中的配比重量称量水泥、细骨料、粗骨料、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4.5kg，且混凝土塌落度大大降低，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。
将本发明得到的混凝土在标准条件下养护14天，混凝土抗压强度为C30，在标准条件下养护28天，混凝土抗压强度为C40，浮箍、浮鞋最大抗渗压差为15MPa。
对比例3
按照表1中的配比重量称量水泥、细骨料、粗骨料、硅灰、粉煤灰、减水剂、膨胀剂，在搅拌机中搅拌均匀；按照配比重量加入相应重量的水，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。
将本发明得到的混凝土在标准条件下养护14天，混凝土抗压强度为C30，在标准条件下养护28天，混凝土抗压强度为C40，浮箍、浮鞋最大抗渗压差为25Mpa，且脱模时间由5天延长到10天。
表1
由上述实施例中的数据可以说明，本发明得到的混凝土为抗压强度为C70-C110的高强度混凝土。且通过各种组分之间的相互配合，使得本发明的混凝土内部的孔隙少，具有致密的微观结构。另外，通过调节膨胀剂至一定含量，可以使混凝土具有微膨胀性能，从而能够和其容器内壁紧密结合，使其具有良好的抗渗密封性能。
Claims (10)
1.一种浮箍、浮鞋用混凝土，其特征在于，包括如下组分：水泥15-25wt%、细骨料25-35wt%、粗骨料30-40wt%、早强剂0.5-2wt%、硅灰2-5wt%、粉煤灰3-5wt%、减水剂0.2-0.5%、膨胀剂3-5wt%以及水5-15wt%。
2.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，包括如下组分：水泥20-25wt%、细骨料25-30wt%、粗骨料34-38wt%、早强剂0.5-1wt%、硅灰2-5wt%、粉煤灰3-5wt%、减水剂0.2-0.5%、膨胀剂3-5wt%以及水5-10wt%。
3.根据权利要求1所述的混凝土，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。
4.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述的硅灰和/或所述的粉煤灰为微米级别。
5.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述的粗骨料为石子或卵石，且其粒径大于4.75mm。
6.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述的细骨料的粒径为0.15mm-4.75mm，且有害杂质含量小于5%。
7.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述的膨胀剂为U型混凝土膨胀剂或AEA混凝土膨胀剂。
8.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述的减水剂为高效减水剂。
9.一种权利要求1-8中任一项所述的混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤A，按照配比重量称量水泥、细骨料、粗骨料、早强剂、硅灰、粉煤灰、减水剂、膨胀剂，在搅拌机中搅拌均匀，得到干料；
步骤B，将配比重量的水均匀洒在干料表面并搅拌混合，直到搅拌均匀。
10.权利要求1-8中任一项所述的混凝土填充的浮箍、浮鞋在油田固井领域的应用。
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