CN105255465A - 一种无漂珠低密度油井水泥浆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无漂珠低密度油井水泥浆，属于油气井固井技术领域。所述水泥浆包括胶凝材料A：10～30%；胶凝材料B：15～50%；填充材料：2～48%；降失水剂：1～3%；早强剂：1～4%；分散剂：0.5～1.5%；所述胶凝材料A为G级油井水泥、D级油井水泥、普通硅酸盐水泥中的一种；胶凝材料B为超细普通硅酸盐水泥。本发明具有成本低、密度小、早期强度高、密度稳定性以及质量稳定性好的优点。

Description

一种无漂珠低密度油井水泥浆
技术领域
本发明涉及一种低密度油井水泥，尤其涉及一种无漂珠低密度油井水泥浆，属于油气井固井技术领域。
背景技术
随着钻探领域的发展，地下压力系统越来越复杂，漏失井、稠油井等特殊井不断增加，常规水泥浆体系已经不能满足此类井的固井要求，突出表现在密度过高、失水量偏大，体系早期强度发展太慢，稠化时间过长的问题，为了解决这一系列特殊问题，人们又不断地开发出不同特性的水泥浆体系，如满足不同密度要求的漂珠低密度水泥体系。漂珠外壳的成分与高铝粘土很接近，珠内被封闭的气体为氮气和二氧化碳，但液体在压力作用下，水进入漂珠后，漂珠密度是在不断变化的，使得水泥浆浆体高度下降，封固高度达不到设计要求；又由于不同井段，漂珠进水的情况不同，各井段的胶结强度有所变化，封固质量不均匀；且目前漂珠市场价格高，质量稳定性差，导致整个水泥浆体系成本偏高，稳定性不好，从而降低了勘探的经济效益。
现有技术中的无漂珠低密度水泥，如公开号为CN101805596A，名称为“非漂珠低密度油井水泥”的发明专利，该专利包括下列成分：100份油井水泥，12～20份纳米硅灰石，120～180份粉煤灰，3～6份早强剂，4～8份水泥分散剂，其中纳米硅灰石中而二氧化硅的含量≥96%。该专利虽然具有较好的稳定性和较高的早期强度，但其纳米硅灰石的价格昂贵，且其水泥浆密度只能达到1.60g/cm3，不能完全满足目前需要更低密度水泥浆进行固井的要求。
又如公开号为CN1539786，名称为“一种低密度水泥浆”的发明专利，该专利的组成如下：水泥100份、水61～78份、填充剂8～10份、减轻剂20～35份及降失水剂4～6份，其中填充剂中无定形二氧化硅占92%～98%，降失水剂是由10%的聚乙烯醇溶液与交联剂在50℃～60℃下通过化学反应制得，交联剂为硼酸盐，聚乙烯醇溶液与硼酸盐的质量比为1∶0.1～0.2，减轻剂主要成分为二氧化硅、三氧化二铁及三氧化二铝。
发明内容
本发明旨在提供一种新的无漂珠低密度油井水泥浆，通过原料选择以及特定的比例设计，使本发明的水泥浆具有早期强度高、API滤失量小，稠度易调以及密度稳定稳定性好的优点。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种无漂珠油井水泥浆，其特征在于：包括以下按质量百分比计的原料：
胶凝材料A：10～30%；
胶凝材料B：15～50%；
填充材料：20～48%；
降失水剂：1.0～3%；
早强剂：1.0～4%；
分散剂：0.5～1.5%；
所述胶凝材料A为G级油井水泥、D级油井水泥、普通硅酸盐水泥中的一种；胶凝材料B为超细普通硅酸盐水泥。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述超细普通硅酸盐水泥的比表面积为600～1200cm2/g。
所述填充材料为微硅、粉煤灰中的至少一种。
所述降失水剂为降水剂QS12S、降水剂G60S中的一种。
所述早强剂为三乙醇胺、氯化钙、硫酸钠中的至少一种，进一步提高水泥的早期强度。
所述分散剂为分散剂QS20S、分散剂SXY中的一种。
本发明所述水泥浆，在配置时采用的水灰比为0.70～0.86。
本发明相对现有技术，具有以下有益效果：
（1）本发明的水泥浆密度能够达到1.4g/cm3，且该水泥浆于30℃，0.1Mpa，48h条件下，进行抗压测试，抗压强度≥7MPa，具有早期强度高的优点；本发明的水泥浆在50℃，6.9MPa，30min条件下API滤失量小，经测试，API滤失量小于50mL,能够满足尾管和深井固井作业对水泥浆滤失量的要求，有利于提高固井质量，减少对产层的损害，提高原油的采收率；
本发明的其稠化时间可根据实际情况进行灵活调节，该无漂珠低密度油井水泥的外加剂适用性较好，能够通过添加适量的外加剂对稠化时间进行调节；
关于沉降稳定性，经检测，其上下密度差≤0.02g/cm3，体系密度稳定性好；且本发明的原料来源广泛，生产成本低。
综上，本发明水泥浆具有早期强度高、API滤失量小，稠度易调以及密度稳定稳定性好优点，完全能够满足低压易漏井、稠油井等特殊井对固井水泥浆的要求。
（2）本发明的超细普通硅酸盐水泥的比表面积为600～1200cm2/g，该比表面积范围内的超细普通硅酸盐水泥用作本发明的胶凝材料具有以下优点：1）能够与硅酸盐水泥颗粒搭配，在浆体中形成紧密堆积，由于超细水泥的颗粒粒径很小，填充与硅酸盐水泥之间的空隙中，降低了水泥石的孔隙直径；2）由于超细水泥颗粒小，比表面积大，在于水接触时能快速水化，进一步减少水泥石中的孔隙，从而在低温、高水灰比条件下获得高抗压强度；3）超细水泥颗粒表面是通过水泥熟料粉末破碎而形成的，这些新生的界面缺陷度高，具有很高的活性，不需要添加激发剂，与水混合后，水分子被吸附在水泥颗粒表面，起到良好的保水作用，因此，即使在高水灰比条件下，该低密度水泥浆体系具有良好的低温强度，同时拥有良好的保水性能，不会发生严重的失水现象；4）普通超细硅酸盐水泥的密度低，胶凝强度发展快，能够提高无漂珠低密度水泥浆的早期强度。
（3）填充材料能够降低水泥浆密度，减少固井时静水液柱压力，避免水泥浆通过裂缝性地层、多孔隙地层、高渗透性地层和溶洞漏失地层时流失，同时，又可增加水泥造浆率，降低水泥用量，节约固井成本。
本发明的填充材料优选为微硅、粉煤灰中的至少一种，粉煤灰颗粒多，呈球形，粒径小，表面较光滑，比表面积1000～1400kg/m3，可以提高水泥浆的流动性，减少水泥浆的用水量，在水泥石中可起微集料作用，填充到水泥石中的微小空隙中，同时表面水化生成凝胶体，物理填充和水化反应产物填充共同作用，比惰性微集料单纯的物理填充效果更好，使水泥石更加密实；微硅细度小、纯度高，含有大量的的非晶态SiO2，活性特别高，细度和比表面积约为水泥的80～100倍，粉煤灰的50～70倍，其比面积特别大，一般在15000～25000m2/kg之间，配制水泥浆时需水量多，可减少水泥浆游离水的含量；这两种填充材料用于本发明中，与普通硅酸盐水泥，超细硅酸盐水泥比表面积相差较大，可以实现紧密堆积，具有提高水泥石的致密度，抗渗透性能和抗压强度的效果。
（4）本发明的填充材料为微硅、粉煤灰、硅藻土、膨润土中的至少一种；降失水剂为降失水剂QS12S、降失水剂G60S中的一种；早强剂为三乙醇胺、氯化钙、硫酸钠中的至少一种；分散剂为分散剂QS20S、分散剂SXY中的一种，通过原材料的进一步优选，进一步提高本发明水泥浆的综合性能指标，降低生产成本，以满足低压易漏井、稠油井等特殊井对固井水泥浆的要求，保证水泥行业可持续发展，提高经济效益。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1
一种无漂珠油井水泥浆，包括以下按质量百分比计的原料：普通硅酸盐水泥18%，超细硅酸盐水泥30%，粉煤灰22.5%，微硅22%，三乙醇胺3.8%，降失水剂QS12S2.5%，分散剂SXY1.2%。
实施例2
一种无漂珠油井水泥浆，包括以下按质量百分比计的原料：G级油井水泥10%，超细硅酸盐水泥41.5%，微硅24%，硅藻土18%，氯化钙4.0%，降失水剂QS12S1.0%，分散剂SXY1.5%。
实施例3
一种无漂珠油井水泥浆，包括以下按质量百分比计的原料：D级油井水泥15%，超细硅酸盐水泥35%，粉煤灰20.5%，膨润土22%，三乙醇胺2%，氯化钙2%，降失水剂G60S3.0%，分散剂QS20S0.5%。
本实施例的超细硅酸盐水泥的比表面积为1200cm2/g。
实施例4
一种无漂珠油井水泥浆，包括以下按质量百分比计的原料：A级油井水泥15%，超细普通硅酸盐水泥45%，微硅22%，粉煤灰10%，硫酸钠3.5%，降失水剂3%，分散剂SXY1.5%。
本实施例的超细硅酸盐水泥的比表面积为600cm2/g。
实施例5
一种无漂珠油井水泥浆，包括以下按质量百分比计的原料：普通硅酸盐水泥30%，超细硅酸盐水泥15%，微硅48%，三乙醇胺3.0%，降失水剂G60S2.9%，分散剂SXY1.1%。
本实施例的超细硅酸盐水泥的比表面积为1000cm2/g。
实施例6
一种无漂珠油井水泥浆，包括以下按质量百分比计的原料：G级油井水泥18.5%，超细硅酸盐水泥50%，粉煤灰27%，氯化钙1.0%，降失水剂QS12S2.1%，分散剂SXY1.4%。
本实施例的超细硅酸盐水泥的比表面积为900cm2/g。
实施例7
一种无漂珠油井水泥浆，包括以下按质量百分比计的原料：普通硅酸盐水泥25%，超细硅酸盐水泥49.5%，微硅20%，氯化钙1.2%，降失水剂G60S2.9%，分散剂SXY1.4%。
上述实施例1～实施例7在制备过程中的水灰比分别为：0.75、0.78、0.75、0.80、0.70、0.86、0.82。
上述实施例7的水泥浆制备方法具体如下：
按照本实施例的配方称取相应质量份的普通硅酸盐水泥，超细硅酸盐水泥，微硅，氯化钙，降失水剂，分散剂，将这几种物质反复混合均匀，在搅拌杯中称取相应质量的混合水；将装有混合水的搅拌杯置于搅拌器底座上，开动马达，保持4000r/min±200r/min转速，同时称取的本发明的原料在15s内均匀加入，然后在4000r/min±200r/min混合15s后，盖上搅拌浆杯盖，继续以12000r/min±500r/min的转速搅拌35s±1s，即得。
上述实施例1～7的检测结果如下表1：
表1
从上表1可知，本发明的水泥浆密度低，适用于低压易漏井、稠油井等特殊井，且其早期强度高，失水量小，密度稳定性好，生产成本低，与现有的低密度水泥浆相比，具有显著的进步。

Claims (7)

1.一种无漂珠低密度油井水泥浆，其特征在于：包括以下按质量百分比计的原料：
胶凝材料A：10～30%；
胶凝材料B：15～50%；
填充材料：20～48%；
降失水剂：1.0～3%；
早强剂：1.0～4%；
分散剂：0.5～1.5%；
所述胶凝材料A为G级油井水泥、D级油井水泥、普通硅酸盐水泥中的一种；胶凝材料B为超细普通硅酸盐水泥。
2.如权利要求1所述的一种无漂珠低密度油井水泥浆，其特征在于：所述超细普通硅酸盐水泥的比表面积为600～1200cm2/g。
3.如权利要求1所述的一种无漂珠低密度油井水泥浆，其特征在于：所述填充材料为微硅、粉煤灰中的至少一种。
4.如权利要求1所述的一种无漂珠低密度油井水泥浆，其特征在于：所述降失水剂为降失水剂QS12S、降失水剂G60S中的一种。
5.如权利要求1所述的一种无漂珠低密度油井水泥浆，其特征在于：所述早强剂为三乙醇胺、氯化钙、硫酸钠中的至少一种。
6.如权利要求1所述的一种无漂珠低密度油井水泥浆，其特征在于：所述分散剂为分散剂QS20S、分散剂SXY中的一种。
7.如权利要求1～6任一项所述的一种无漂珠低密度油井水泥浆，其特征在于：所述水泥浆配置时的水灰比为0.70～0.86。
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