CN108675752B - 一种高强耐高温抗侵蚀油井水泥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一种高强耐高温抗侵蚀油井水泥及其制备方法，主要由以下质量百分含量的成分混配而成：G级高抗油井熟料50‑60%、磷铝酸盐水泥熟料10‑15%、矽砂20‑30%、磷石膏4.0‑6.0%、硅粉3.5‑5.5%、降失水剂0.05‑0.2%、缓凝剂0.3‑0.5%。通过本发明的合理配方，在提高水泥强度（24h常压、300℃下强度可达53.0MPa以上）的基础上，有效控制稠化时间，如90‑120min；而且特殊的缓凝剂等加入，使水泥耐高温性能显著，使用温度可达300℃，在300℃时，强度无影响，试体完整无损。

Description

一种高强耐高温抗侵蚀油井水泥及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高强耐高温抗侵蚀油井水泥及其制备方法，属于特种水泥制备技术领域。

背景技术

油井水泥广泛应用于石油、天然气的勘探与生产，油井水泥在施工过程中主要用作钻孔内壁与钢套管之间的环形密封物，以便把压力大的与压力小的地带隔开，对钻井的成功起着重要的作用。随着钻井技术的提高和油田开采难度的增加，钻井向深井、超深井、复杂井发展，井底温度与压力明显提高，井底环境也更恶劣，直接表现就是高温高压下，固井过程中油井水泥浆发生快速稠化，满足不了固井施工的要求，严重时导致“整泵”事故发生，给油田带来巨大的财产损失，而且，高温高压下，水泥浆的物化性能会发生明显变化，出现不耐高温、强度不够、不耐侵蚀等情况，从而影响固井质量。

CN201410519715.8公开了一种耐高温高强度低密度的固井水泥浆，由以下重量份的组成配制而成：G级油井水泥100份，减轻剂15~76份，微硅20~40份，降失水剂2~10份，分散剂1~8份，缓凝剂0~5份，促凝剂0~1.25份，防气窜剂0~5份，消泡剂0.2~0.8份，淡水50~120份，所述的G级油井水泥为符合API标准的高抗硫油井水泥。该低密度固井水泥浆在保证水泥浆强度、高温高压稳定性好、低失水等综合性能的前提下，降低了水泥浆的密度，增大了低密度水泥浆在深井、超深井、低压易漏井等复杂井的适用范围，提高了固井质量。

CN201710179424.2公开了一种高强度高韧性耐高温固井水泥浆体系及其制备方法和设计方法，该水泥浆体系，包括如下组分组成：油井水泥、粗石英砂、细石英砂、纳米二氧化硅、降失水剂、分散剂和水。本发明的水泥浆体系具有较高的抗压强度和韧性，在150℃、30MPa条件下养护1～28天，抗压强度>60MPa，且随着养护时间的延长不发生强度衰退；弹性模量<10GPa，且随养护时间的延长不发生明显的变化。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种高强耐高温抗侵蚀油井水泥及其制备方法，以满足复杂井况的固井需求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案之一是：一种高强耐高温抗侵蚀油井水泥，主要由以下质量百分含量的成分混配而成：G级高抗油井熟料50-60%、磷铝酸盐水泥熟料10-15%、矽砂20-30%、磷石膏4.0-6.0%、硅粉3.5-5.5%、降失水剂0.05-0.2%、缓凝剂0.3-0.5%。

上述G级高抗油井熟料中，氧化镁含量为≤3.0%，三氧化硫含量为≤2.5%，游离液为≤5.0%，且该G级高抗油井熟料在28天强度达60MPa以上。

上述磷铝酸盐水泥熟料3天抗压强度达60MPa以上。

上述矽砂中Si0₂≥96%，用于提高水泥耐高温，防止水泥高温状态下强度退化。

上述硅粉比表面积为≥3000㎡/kg。

上述降失水剂为羧基盐类聚合物和磺酸盐类聚合物按照任意比例混合而成，提高耐高温耐盐能力。

上述缓凝剂，由如下质量百分含量的原料：工业淀粉30-48%、工业砂糖20-35%、微硅粉10-15%、磷石膏粉10-15%、硼砂5-10%、白炭黑1-5%。能够使油井水泥具有较高的强度，具有良好的外加剂配伍性能，对流变性和稠化时间具有良好的调节作用，且耐高温。

本发明采用的技术方案之二是：高强耐高温抗侵蚀油井水泥的制备方法，是按配比将所有成分混合均匀并磨细至比表面积为350-400㎡/kg。

与现有技术相比，本发明具备的有益效果是：

1、通过本发明的合理配方，包括磷铝酸盐水泥熟料的加入，在提高水泥强度（24h常压、300℃下强度可达53.0MPa以上）的基础上，有效控制稠化时间，如90-120min；

2、通过加入矽砂粉、缓凝剂等，耐高温性能显著，使用温度可达300℃，在300℃时，强度无影响，试体完整无损；

3、本发明的特制的缓凝剂，不仅可直接在水泥磨制时加入，直接使用，而且其使油井水泥具有较高的强度，对流变性和稠化时间具有良好的调节作用，且耐高温；

4、本发明的水泥可直接与水按比例混合，操作简单，减少现场混拌工序；

5、本发明的G级油井水泥的碱含量控制低，抗化学侵蚀作用明显。

具体实施方式

现在结合具体实施例，对本发明作进一步描述。显然，不能因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均应属于本发明的保护范围。

实施例1：一种高强耐高温抗侵蚀油井水泥。按质量百分比：G级高抗油井熟料50%、磷铝酸盐水泥熟料10%、矽砂30%、磷石膏4.5%、硅粉5.5%、降失水剂0.1%、缓凝剂0.3%，混合后粉磨，可制得高强耐高温抗侵蚀油井水泥，其中缓凝剂是由如下质量百分含量的原料：工业淀粉48%、工业砂糖20%、微硅粉10%、磷石膏粉15%、硼砂6%、白炭黑1%混合均匀并磨细至比表面积为350-400㎡/kg而得。本实施例的水泥物理性能如表1实施例1所示。

实施例2：一种高强耐高温抗侵蚀油井水泥。按质量百分比：G级高抗油井熟料55%、磷铝酸盐水泥熟料12%、矽砂25%、磷石膏4.5%、硅粉3.5%、降失水剂0.12%、缓凝剂0.35%，混合后粉磨，可制得高强耐高温抗侵蚀油井水泥，其中缓凝剂是由如下质量百分含量的原料：微硅粉13%、磷石膏粉11%、工业淀粉35%、工业砂糖30%、硼砂7%、白炭黑4%这些原料混合均匀并磨细至比表面积为350-400㎡/kg而得。本实施例的水泥物理性能如表1实施例2所示。

实施例3：一种高强耐高温抗侵蚀油井水泥。按质量百分比：G级高抗油井熟料60%、磷铝酸盐水泥熟料10%、矽砂20%、磷石膏5.0%、硅粉5.0%、降失水剂0.12%、缓凝剂0.5%，混合后粉磨，可制得高强耐高温抗侵蚀油井水泥，其中缓凝剂是由如下质量百分含量的原料：微硅粉15%、磷石膏粉10%、工业淀粉30%、工业砂糖35%、硼砂7%、白炭黑3%这些原料混合均匀并磨细至比表面积为350-400㎡/kg而得。本实施例的水泥物理性能如表1实施例3所示。

实施例4：一种高强耐高温抗侵蚀油井水泥。按质量百分比：G级高抗油井熟料50%、磷铝酸盐水泥熟料15%、矽砂20%、磷石膏5.5%、硅粉9.5%、降失水剂0.15%、缓凝剂0.4%，混合后粉磨，可制得高强耐高温抗侵蚀油井水泥，其中缓凝剂是由如下质量百分含量的原料：微硅粉11%、磷石膏粉13%、工业淀粉41%、工业砂糖25%、硼砂7%、白炭黑3%这些原料混合均匀并磨细至比表面积为350-400㎡/kg而得。本实施例水泥物理性能如表1实施例4所示。

实施例5：一种高强耐高温抗侵蚀油井水泥。按质量百分比：G级高抗油井熟料55%、磷铝酸盐水泥熟料10%、矽砂25%、磷石膏5.5%、硅粉4.5%、降失水剂0.16%、缓凝剂0.35%，混合后粉磨，可制得高强耐高温抗侵蚀油井水泥，其中缓凝剂是由如下质量百分含量的原料：微硅粉11%、磷石膏粉13%、工业淀粉41%、工业砂糖25%、硼砂7%、白炭黑3%这些原料混合均匀并磨细至比表面积为350-400㎡/kg而得。本实施例水泥的物理性能如表1实施例5所示。

表1：

Claims (5)

1.一种高强耐高温抗侵蚀油井水泥，主要由以下质量百分含量的成分混配而成：G级高抗油井熟料50-60%、磷铝酸盐水泥熟料10-15%、矽砂20-30%、磷石膏4.0-6.0%、硅粉3.5-5.5%、降失水剂0.05-0.2%、缓凝剂0.3-0.5%。

2.根据权利要求1所述的高强耐高温抗侵蚀油井水泥，其特征在于，上述G级高抗油井熟料中，氧化镁含量为≤3.0%，三氧化硫含量为≤2.5%，游离液为≤5.0%，且该G级高抗油井熟料在28天强度达60MPa以上。

3.根据权利要求1或2所述的高强耐高温抗侵蚀油井水泥，其特征在于，上述缓凝剂，由如下质量百分含量的原料：工业淀粉30-48%、工业砂糖20-35%、微硅粉10-15%、磷石膏粉10-15%、硼砂5-10%、白炭黑1-5%。

4.根据权利要求3所述的高强耐高温抗侵蚀油井水泥，其特征在于，上述降失水剂为羧基盐类聚合物和磺酸盐类聚合物按照任意比例混合而成。

5.根据权利要求4所述的高强耐高温抗侵蚀油井水泥的制备方法，其特征在于，是按配比将所有成分混合均匀并磨细至比表面积为350-400㎡/kg。