CN108751893A - 一种高温下抗强度衰减的油井水泥及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温下抗强度衰减的油井水泥及其生产方法，其中油井水泥是由以下质量百分含量的组分混合而成：水泥熟料粉35‑70%、硅砂30‑65%，其中水泥熟料粉是由以下质量百分含量的原料配制而成：油井水泥熟料90‑95%、石膏2‑4%、缓凝剂1‑3%。本发明的油井水泥在高温、高压条件下，强度不衰退，反而还有一定的增长，具有良好耐久性，有利于提高油田超深井的固井质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种高温下抗强度衰减的油井水泥及其生产方法，属于特种水泥生产技术领域。
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，高温条件下对水泥强度影响尤为突出。
现有技术中高含量C3S、低C2S的G级油井水泥在高温高压条件下稠化时间短、强度降低，当温度超过110℃环境下，水泥石强度产生衰减，温度越高衰减越大，甚至破坏了水泥石强度。水泥浆体稠化时间缩短，会产生堵塞的现象，难以满足固井要求，甚至会给油田造成较大经济损失。
为满足超深井在高温高压条件下的油田固井需要，需从新材料选择、固井工艺等方面进行严格控制，其中，水泥作为固井主要胶凝材料，其性能对固井质量至关重要，现研发的一种在高温环境下抗强度衰减的油田固井水泥的性能实现这一目的。
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温下抗强度衰减的油井水泥及其生产方法，该水泥流动性好、外加剂相容性好、稠化时可调节并在高温下抗强度衰减。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案之一是：一种高温下抗强度衰减的油井水泥，其特征在于，由以下质量百分含量的组分混合而成：水泥熟料粉35-70%、硅砂30-65%，其中水泥熟料粉是由以下质量百分含量的原料配制而成：油井水泥熟料90-95%、石膏2-4%、缓凝剂1-3%。
上述油井水泥熟料中主要矿物质含量为：C3S在10~25%、C2S在50~65%、C3A在0~3%、C4AF在12~15%。
上述硅砂中Si02≥98%，用于提高水泥耐高温，防止水泥高温状态下强度退化。
上述硅砂分别磨制成两种不同细度的硅砂粉：0.045mm筛筛余为4-6%的硅砂粉1和0.045mm筛筛余为15-25%的硅砂粉2，其中硅砂粉1和硅砂粉2掺入量比为1:1。
上述缓凝剂由以下质量百分含量的原料混合而成：工业淀粉40-70%、酒石酸10-30%、硼酸5-20%。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。
本发明采用的技术方案之二是：高温下抗强度衰减的油井水泥的生产方法，包括如下步骤：
（1）按常规方法制备油井水泥熟料，控制水泥熟料的矿物组成为C3S在10~25%、C2S在50~65%、C3A在0~3%、C4AF在12~15%；
（2）按配比将油井水泥熟料连同石膏、缓凝剂共同入磨，研磨出比面积为150-220cm²/kg、0.080mm筛筛余在13-20%、SO3含量在1.5~3.0%的熟料粉；
（3）将步骤（2）制备的熟料粉与硅砂按配比送入混料器中充分混合均化，从而制得。
与现有技术相比，本发明具备的有益效果是：
1、本发明的水泥具有较高的C2S：50~65%含量、较低的C3A：0~3%含量，在常温下水泥浆体的水化速率很慢，在水灰比为0.43时，常温下流动度在180~240mm之间；当温度在200℃条件下流动度在180mm左右，外加剂相容好，随温度升高，水泥的水化速率明显加快，强度也不断增长，当配入适当的高温缓凝剂时，稠化时间在90~350min可调节，水泥能适应更深的油田固井；
2、通过加入硅砂及控制熟料矿物含量等，本发明的水泥水化完成后仍有足够的强度发挥，而且在高温、高压条件下，强度不衰退，并有一定的增长；
3、通过控制本发明的水泥由较高的C2S：50~65%含量、较低的C3A：0~3%含量，具备各种抗化学侵蚀性能，特别是在高硫酸盐环境下更有优势；
4、硅砂按两种不同细度进行添加，在高温高压条件下，硅砂粉因细度不同延缓了参与水化反应的时间，减少了低强度的高碱水化硅酸钙的形成，为高强低碱水化硅酸钙形成提供有利的条件；另外，不同细度的硅砂粉和水泥熟料粉也起着填充效应，堤高了水泥石密实性；
5、本发明的油井水泥在高温、高压环境下强度仍在不断增长，而传统油井水泥后期基本停止增加，甚至传统的油井水泥在温度超过110℃后，其强度衰减快或有倒缩的现象产生，所以本发明的油井水泥，具有良好耐久性，有利于提高油田超深井的固井质量。
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：
(1)按常规方法制备油井水泥熟料，控制水泥熟料的矿物组成为C3S在10~25%、C2S在50~65%、C3A在0~3%、C4AF在12~15%；
（2）按配比将油井水泥熟料连同石膏、缓凝剂共同入磨，其配比为油井水泥熟料占质量95%、石膏占质量4%、缓凝剂1%,研磨出比面积为150-220cm²/kg、0.080mm筛筛余在13-20%、SO3含量在1.5~3.0%的熟料粉；
（3）将硅砂单独研磨成两种不同细度的粉末,即0.045mm筛筛余为4-6%的硅砂粉1和0.045mm筛筛余为15-25%的硅砂粉2,然后将步骤（2）制备的熟料粉与硅砂粉1、硅砂粉2按质量百分配比为水泥熟料粉70%、硅砂粉1 15%、硅砂粉2 15%送入混料器中充分混合均化，从而制得。硅砂中Si02≥98%，用于提高水泥耐高温，防止水泥高温状态下强度退化。
本实施例水泥在不同温度和压力条件下的强度情况如表1实施例1所示。本实施例水泥的稠化时间及流动度如表2实施例1所示。
实施例2：
(1)按常规方法制备油井水泥熟料，控制水泥熟料的矿物组成为C3S在10~25%、C2S在50~65%、C3A在0~3%、C4AF在12~15%；
（2）按配比将油井水泥熟料连同石膏、缓凝剂共同入磨，其配比为油井水泥熟料占质量95%、石膏占质量4%、缓凝剂1/%,研磨出比面积为150-220cm²/kg、0.080mm筛筛余在13-20%、SO3含量在1.5~3.0%的熟料粉；
（3）将硅砂单独研磨成两种不同细度的粉末,即0.045mm筛筛余为4-6%的硅砂粉1和0.045mm筛筛余为15-25%的硅砂粉2,然后将步骤（2）制备的熟料粉与硅砂粉1、硅砂粉2按质量百分配比为水泥熟料粉65%、硅砂粉1 17.5%、硅砂粉2 17.5%送入混料器中充分混合均化，从而制得。硅砂中Si02≥98%，用于提高水泥耐高温，防止水泥高温状态下强度退化。
本实施例水泥在不同温度和压力条件下的强度情况如表1实施例2所示。本实施例水泥的稠化时间及流动度如表2实施例2所示。
实施例3：
(1)按常规方法制备油井水泥熟料，控制水泥熟料的矿物组成为C3S在10~25%、C2S在50~65%、C3A在0~3%、C4AF在12~15%；
（2）按配比将油井水泥熟料连同石膏、缓凝剂共同入磨，其配比为油井水泥熟料占质量95%、石膏占质量4%、缓凝剂1/%,研磨出比面积为150-220cm²/kg、0.080mm筛筛余在13-20%、SO3含量在1.5~3.0%的熟料粉；
（3）将硅砂单独研磨成两种不同细度的粉末,即0.045mm筛筛余为4-6%的硅砂粉1和0.045mm筛筛余为15-25%的硅砂粉2,然后将步骤（2）制备的熟料粉与硅砂粉1、硅砂粉2按质量百分配比为水泥熟料粉50%、硅砂粉1 25%、硅砂粉2 25%送入混料器中充分混合均化，从而制得。硅砂中Si02≥98%，用于提高水泥耐高温，防止水泥高温状态下强度退化。
本实施例水泥在不同温度和压力条件下的强度情况如表1实施例3所示。本实施例水泥的稠化时间及流动度如表2实施例3所示。
实施例4：
(1)按常规方法制备油井水泥熟料，控制水泥熟料的矿物组成为C3S在10~25%、C2S在50~65%、C3A在0~3%、C4AF在12~15%；
（2）按配比将油井水泥熟料连同石膏、缓凝剂共同入磨，其配比为油井水泥熟料占质量95%、石膏占质量4%、缓凝剂1/%,研磨出比面积为150-220cm²/kg、0.080mm筛筛余在13-20%、SO3含量在1.5~3.0%的熟料粉；
（3）将硅砂单独研磨成两种不同细度的粉末,即0.045mm筛筛余为4-6%的硅砂粉1和0.045mm筛筛余为15-25%的硅砂粉2,然后将步骤（2）制备的熟料粉与硅砂粉1、硅砂粉2按质量百分配比为水泥熟料粉40%、硅砂粉1 30%、硅砂粉2 30%送入混料器中充分混合均化，从而制得。硅砂中Si02≥98%，用于提高水泥耐高温，防止水泥高温状态下强度退化。
本实施例水泥在不同温度和压力条件下的强度情况如表1实施例4所示。本实施例水泥的稠化时间及流动度如表2实施例4所示。
实施例5：
(1)按常规方法制备油井水泥熟料，控制水泥熟料的矿物组成为C3S在10~25%、C2S在50~65%、C3A在0~3%、C4AF在12~15%；
（2）按配比将油井水泥熟料连同石膏、缓凝剂共同入磨，其配比为油井水泥熟料占质量95%、石膏占质量4%、缓凝剂1/%,研磨出比面积为150-220cm²/kg、0.080mm筛筛余在13-20%、SO3含量在1.5~3.0%的熟料粉；
（3）将硅砂单独研磨成两种不同细度的粉末,即0.045mm筛筛余为4-6%的硅砂粉1和0.045mm筛筛余为15-25%的硅砂粉2,然后将步骤（2）制备的熟料粉与硅砂粉1、硅砂粉2按质量百分配比为水泥熟料粉35%、硅砂粉1 32.5%、硅砂粉2 32.5%送入混料器中充分混合均化，从而制得。硅砂中Si02≥98%，用于提高水泥耐高温，防止水泥高温状态下强度退化。
本实施例水泥在不同温度和压力条件下的强度情况如表1实施例5所示。本实施例水泥的稠化时间及流动度如表2实施例5所示。
表1：不同温度和压力条件下强度情况
表2：稠化时间及流动度
从表1中可看出，本发明的油井水泥，在高温高压条件下，强度不衰减，反而有一定的增加，相比常规油井水泥，有良好的耐久性。从表2中可看出，本发明的油井水泥，适合不同的温度和压力，稠化 时间可调节，有良好的流动性和工作性。本发明生产工艺简单，原材料来源广泛，其任何一家专业厂家均可生产。
Claims (5)
1.一种高温下抗强度衰减的油井水泥，其特征在于，由以下质量百分含量的组分混合而成：水泥熟料粉35-70%、硅砂30-65%，其中水泥熟料粉是由以下质量百分含量的原料配制而成：油井水泥熟料90-95%、石膏2-4%、缓凝剂1-3%。
2.根据权利要求1所述的高温下抗强度衰减的油井水泥，其特征在于，上述油井水泥熟料中主要矿物质含量为：C3S在10~25%、C2S在50~65%、C3A在0~3%、C4AF在12~15%。
3.根据权利要求1或2所述的高温下抗强度衰减的油井水泥，其特征在于，上述硅砂分别磨制成两种不同细度的硅砂粉：0.045mm筛筛余为4-6%的硅砂粉1和0.045mm筛筛余为15-25%的硅砂粉2，其中硅砂粉1和硅砂粉2掺入量比为1:1。
4.根据权利要求3所述的高温下抗强度衰减的油井水泥，其特征在于，缓凝剂由以下质量百分含量的原料混合而成：工业淀粉40-70%、酒石酸10-30%、硼酸5-20%。
5.根据权利要求4所述的高温下抗强度衰减的油井水泥的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按常规方法制备油井水泥熟料，控制水泥熟料的矿物组成为C3S在10~25%、C2S在50~65%、C3A在0~3%、C4AF在12~15%；
（2）按配比将油井水泥熟料连同石膏、缓凝剂共同入磨，研磨出比面积为150-220cm²/kg、0.080mm筛筛余在13-20%、SO3含量在1.5~3.0%的熟料粉；
（3）将步骤（2）制备的熟料粉与硅砂按配比送入混料器中充分混合均化，从而制得。
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2018
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