CN107117876A - 一种纳米基低密度水泥浆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米基低密度水泥浆，属于油田化学技术领域。按重量份计，所述水泥浆组成如下：G级水泥100份，纳米粉体材料5～20份，海泡石10～50份，超细水泥5～20份，人造空心微珠0～30份，减阻剂1～5份，粉体降失水剂3～7份，缓凝剂0～3份，水90～260份。该水泥浆在高水灰比下，仍具有很高的强度和极好的稳定性，且耐压能力强，成本较低，可很好的满足目前低压易漏层、窄密度窗口固井以及欠平衡钻井配套固井等的需求。

Description

一种纳米基低密度水泥浆
技术领域
本发明涉及油田化学技术领域，特别涉及一种纳米基低密度水泥浆。
背景技术
随着石油勘探开发的进程，越来越多的遇到低压地层、薄弱地层等容易发生漏失的地层；而低密度水泥浆体系正是伴随着这些复杂情况的处理而逐渐发展和完善起来的。由于人们对固井质量的要求不断提高，低密度水泥浆的性能越来越受到重视。目前通过大量研究，已形成多种较为成熟的低密度水泥浆体系，主要包括需水型低密度水泥浆、空心漂珠、微珠低密度水泥浆、泡沫低密度水泥浆等。其中，需水型低密度水泥浆配制密度受限、性能欠佳；空心漂珠、微珠体系容易受压破碎使体系密度升高，很难满足高压深井窄密度窗口要求，一些高耐压微珠虽耐压较高但成本很高；泡沫水泥浆中施工工艺相对复杂，且容易受温度、压力等影响。
另外，面临国际油价持续低迷，勘探开发成本逐渐压缩，低成本成为各大油田公司未来一段时间乃至长期的重要发展战略。目前许多低密度水泥浆由于成本较高而受到限制，在降低成本情况下性能往往又较差，成本与性能之间存在很难调和的矛盾。因此，开发一套成本较低综合性能良好的低密度水泥浆具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米基低密度水泥浆，降低了低密度水泥浆的成本，同时可保证水泥浆具有良好的综合性能，能够满足低压易漏、窄密度窗口固井需求。
为实现上述目的，本发明提供了一种纳米基低密度水泥浆，按重量份计，所述水泥浆组成如下：G级水泥100份，纳米粉体材料5～20份，海泡石10～50份，超细水泥5～20份，人造空心微珠0～30份，减阻剂1～5份，粉体降失水剂3～7份，缓凝剂0～3份，水90～260份。
进一步地，所述粉体纳米材料选自纳米氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化锌中的一种或几种。
进一步地，所述纳米氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化锌的重量比为50～60∶10～20∶25～30。
进一步地，所述纳米粉体材料的细度为50～70nm。
进一步地，所述海泡石的粒度为40～60μm；所述超细水泥的粒度为5～10μm。
进一步地，所述人造空心微珠粒度为20～50μm。
进一步地，所述人造空心微珠的抗压强度在80MPa以上。
进一步地，所述减阻剂为氨基磺酸盐。
进一步地，所述粉体降失水剂为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸类聚合物。
进一步地，所述缓凝剂为有机磷酸盐类。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
(1)本发明实施例提供的纳米基低密度水泥浆，将纳米材料引入到低密度水泥浆中，利用其特殊的尺寸和表面效应，从而明显提高水泥浆的综合性能；
(2)本发明实施例提供的纳米基低密度水泥浆，将纳米材料与其他不同粒径的材料有机结合在一起，使水泥浆体系在较大水灰比下，仍保持较高的强度和极好的稳定性；
(3)本发明实施例提供的纳米基低密度水泥浆，通过水和高性能人造空心微珠复合减轻，从而在保证水泥浆极高耐压性能的同时，明显降低水泥浆的成本。
具体实施方式
本发明实施例提供一种纳米基低密度水泥浆，降低了低密度水泥浆的成本，同时可保证水泥浆具有良好的综合性能，能够满足低压易漏、窄密度窗口固井需求，可用于低压易漏井、窄密度窗口固井以及欠平衡钻井配套固井等。
为实现上述目的，本发明实施例总体思路如下：
本发明提供了一种纳米基低密度水泥浆，按重量份计，所述水泥浆组成如下：G级水泥100份，纳米粉体材料5～20份，海泡石10～50份，超细水泥5～20份，人造空心微珠0～30份，减阻剂1～5份，粉体降失水剂3～7份，缓凝剂0～3份，水90～260份。
通过以上内容可以看出，本发明实施例通过将纳米粉体材料引入低密度水泥浆中，并与其它组分按一定配比进行复配，使各组分间发生相互协同作用，从而使水泥浆在高水灰比下仍具有较高的强度和稳定性；通过水和人造空心微珠复合减轻，从而在保证水泥浆极高耐压性能的同时，降低水泥浆的成本。
为了更好的理解上述技术方案，下面通过具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本发明技术方案的详细的说明，而不是对本发明技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。
本发明实施例提供了一种纳米基低密度水泥浆，按重量份计，所述水泥浆组成如下：G级水泥100份，纳米粉体材料5～20份，海泡石10～50份，超细水泥5～20份，人造空心微珠0～30份，减阻剂1～5份，粉体降失水剂3～7份，缓凝剂0～3份，水90～260份。
本发明实施例中，所述低密度水泥浆的密度范围为1.25-1.60g/cm3。
本发明实施例中，所述粉体纳米材料选自纳米氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化锌中的一种或几种。具体而言，当选用其中两种或两种以上纳米材料时，纳米氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化锌的重量比为50～60∶10～20∶25～30。此重量比可充分发挥不同纳米材料间的作用，最大限度的提高水泥浆的强度、稳定性及耐压性能等。
优选的，所述纳米粉体材料的细度为50～70nm。所述海泡石的粒度为40～60μm。所述超细水泥的粒度为5～10μm。所述人造空心微珠粒度为20～50μm。本发明通过分别控制纳米粉体材料、海泡石、超细水泥、人造空心微珠的细度或粒度，可实现更好的颗粒级配，不同粒度的组分能够充分进行填充，从而得到成本低、耐压能力强、强度高、稳定性良好的低密度水泥浆。
为了保证水泥浆具有高耐压性，本发明实施例要求所选用的人造空心微珠的抗压强度在80MPa以上。
本发明实施例中，所述减阻剂为氨基磺酸盐。
本发明实施例中，所述粉体降失水剂为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)类聚合物。作为进一步的优选，在具体实施例过程中可选用商品型号为BCF-200S、BCG-200S的AMPS类聚合物。
本发明实施例中，所述缓凝剂为有机磷酸盐类。作为进一步的优选，在具体实施例过程中可选用商品型号为BXR-200L的缓凝剂。
为了使本领域所属技术人员能够进一步的了解本发明实施例的方案，下面将基于本发明实施例所介绍的方案对其进行详细介绍。
实施例1
称取100重量份的G级水泥，17重量份的纳米粉体材料，50重量份的海泡石，20重量份的超细水泥，26重量份的高性能人造空心微珠，5重量份的减阻剂，7重量份的粉体降失水剂，237重量份的水，再加入一定量缓凝剂，按照GB19139-2012《油井水泥试验方法》中规定的水泥浆制备方法配制1.25g/cm3纳米基低密度水泥浆。本实施例中纳米粉体材料为纳米氧化硅。
按照GB/T 19139-2012《油井水泥试验方法》中规定的试验方法对水泥浆性能进行评价，实验结果如表1。
表1不同条件下1.25g/cm3纳米基低密度水泥浆评价结果
实施例2
称取100重量份的G级水泥，10重量份的纳米粉体材料，35重量份的海泡石，15重量份的超细水泥，12重量份的高性能人造空心微珠，3重量份的减阻剂，5重量份的粉体降失水剂，146重量份的水，再加入一定量缓凝剂，按照GB19139-2012《油井水泥试验方法》中规定的水泥浆制备方法配制1.40g/cm3纳米基低密度水泥浆。本实施例中纳米粉体材料为重量比为55∶15的纳米氧化硅和纳米氧化铝的混合物。
按照GB/T 19139-2012《油井水泥试验方法》中规定的试验方法对水泥浆性能进行评价，实验结果如表2。
表2不同条件下1.40g/cm3纳米基低密度水泥浆评价结果
实施例3
称取100重量份的G级水泥，10重量份的纳米粉体材料，30重量份的海泡石，15重量份的超细水泥，1重量份的减阻剂，6重量份的粉体降失水剂，150重量份的水，再加入一定量缓凝剂，按照GB19139-2012《油井水泥试验方法》中规定的水泥浆制备方法配制1.50g/cm3纳米基低密度水泥浆。本实施例中纳米粉体材料为重量比为50∶20∶30的纳米氧化硅、纳米氧化铝和纳米氧化锌的混合物。
按照GB/T 19139-2012《油井水泥试验方法》中规定的试验方法对水泥浆性能进行评价，实验结果如表3。
表3不同条件下1.50g/cm3纳米基低密度水泥浆评价结果
实施例4
称取100重量份的G级水泥，5重量份的纳米粉体材料，10重量份的海泡石，5重量份的超细水泥，1重量份的减阻剂，4重量份的粉体降失水剂，95重量份的水，再加入一定量缓凝剂，按照GB19139-2012《油井水泥试验方法》中规定的水泥浆制备方法配制1.60g/cm3纳米基低密度水泥浆。本实施例中纳米粉体材料为重量比为60∶15∶25的纳米氧化硅、纳米氧化铝和纳米氧化锌的混合物。
按照GB/T 19139-2012《油井水泥试验方法》中规定的试验方法对水泥浆性能进行评价，实验结果如表4。
表4不同条件下1.60g/cm3纳米基低密度水泥浆评价结果
需要说明的是，实施例1-4中纳米粉体材料的细度为50～70nm；海泡石的粒度为40～60μm；超细水泥的粒度为5～10μm；人造空心微珠粒度为20～50μm。
以上实验证明，本发明实施例的纳米基低密度水泥浆，在高水灰比下，仍具有很高的强度和极好的稳定性，且由于水量的增加可大大降低空心微珠的加量，使体系在降低成本的同时具有高的耐压能力，从而可很好的满足固井现场需求。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种纳米基低密度水泥浆，其特征在于，按重量份计，所述水泥浆组成如下：G级水泥100份，纳米粉体材料5～20份，海泡石10～50份，超细水泥5～20份，人造空心微珠0～30份，减阻剂1～5份，粉体降失水剂3～7份，缓凝剂0～3份，水90～260份。
2.如权利要求1所述的纳米基低密度水泥浆，其特征在于，所述粉体纳米材料选自纳米氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化锌中的一种或几种。
3.如权利要求2所述的纳米基低密度水泥浆，其特征在于，所述纳米氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化锌的重量比为50～60∶10～20∶25～30。
4.如权利要求1或2所述的纳米基低密度水泥浆，其特征在于，所述纳米粉体材料的细度为50～70nm。
5.如权利要求1所述的纳米基低密度水泥浆，其特征在于，所述海泡石的粒度为40～60μm；所述超细水泥的粒度为5～10μm。
6.如权利要求1所述的纳米基低密度水泥浆，其特征在于，所述人造空心微珠粒度为20～50μm。
7.如权利要求1或6所述的纳米基低密度水泥浆，其特征在于，所述人造空心微珠的抗压强度在80MPa以上。
8.如权利要求1所述的纳米基低密度水泥浆，其特征在于，所述减阻剂为氨基磺酸盐。
9.如权利要求1所述的纳米基低密度水泥浆，其特征在于，所述粉体降失水剂为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸类聚合物。
10.如权利要求1所述的纳米基低密度水泥浆，其特征在于，所述缓凝剂为有机磷酸盐类。
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