CN109943305A - 一种生物灰低密度水泥浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种生物灰低密度水泥浆及其制备方法，属于固井技术领域，所述生物灰低密度水泥浆包括以下质量份数的组分：水泥250～600份；超细矿粉25～100份；漂珠3～20份；微硅粉5～12份；生物灰20～100份；增强剂10～80份；水250～800份；降失水剂3～60份；分散剂0～5份；缓凝剂1～8份；消泡剂0.5～8份。本发明通过将生物灰添加到水泥浆体系中，以漂珠为主要减轻剂(密度在0.5g/cm³)降低水泥浆密度，微硅粉为稳定剂，且与生物灰混合后增强生物灰与水泥的相容性，超细矿粉的加入使水化能力强、速度快，可加速低密度水泥浆的硬化与凝结，缩短固井候凝时间，有效提高低密度水泥石早期强度。

Description

一种生物灰低密度水泥浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及固井技术领域，特别涉及一种生物灰低密度水泥浆及其制备方法。

背景技术

深水固井是深水油气资源勘探开发有效进行的前提条件和重要保障，其中，深水表层固井是深水油气井固井程序的初次固井作业，由于海底地层孔隙压力和破裂压力之间“窗口”狭窄，底层易压漏，因此，通常使用低密度水泥浆(通常密度范围：1.30～1.60/cm³)进行深水表层固井作业。

目前低密度水泥存在一定的缺陷，随着大量减轻材料的加入，水泥浆的均匀性降低；水化反应的进程受到影响，造成浆体性能变差，尤其是水泥石强度大幅降低，有时难以满足封固地层的要求，且水泥浆的密度降得越低，该矛盾就越突出。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种生物灰低密度水泥浆及其制备方法，本发明提供的生物灰低密度水泥浆在满足低密度的同时保持了较高的强度。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种生物灰低密度水泥浆，包括以下质量份数的组分：

优选地，所述水泥为JHG水泥、三峡水泥或塘沽水泥。

优选地，所述超细矿粉包括石膏和SO₃，所述石膏的质量百分含量为65～98％，所述SO₃的质量百分含量为2～35％。

优选地，所述生物灰为生物质充分燃烧后剩下的灰粉，所述生物质为稻壳、玉米秸秆、甘蔗渣或麦秆。

优选地，所述增强剂为超细硅酸盐水泥、矿渣和微硅粉中的一种或几种。

优选地，所述降失水剂为丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物和/或丙烯酰胺-AMPS共聚物。

优选地，所述分散剂为磺化有机聚合物类分散剂

优选地，所述缓凝剂为柠檬酸、硼酸或木质磺酸盐。

优选地，所述消泡剂为乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲和基硅氧烷中的一种或多种。

本发明还提供了上述生物灰低密度水泥浆的制备方法，包括以下步骤：

将所述质量份数的水泥、超细矿粉、漂珠、微硅粉、生物灰、增强剂、水、降失水剂、分散剂、缓凝剂和消泡剂混合，得到生物灰低密度水泥浆。

有益技术效果：本发明提供了一种生物灰低密度水泥浆，包括以下质量份数的组分：水泥250～600份；超细矿粉25～100份；漂珠3～12份；减轻剂漂珠3～20份；微硅粉5～12份；生物灰20～100份；增强剂10～80份；水250～800份；降失水剂3～60份；分散剂0～5份；缓凝剂1～8份；消泡剂0.5～8份。本发明通过将生物灰添加到水泥浆体系中，以漂珠为主要减轻剂，微硅为稳定剂，并通过与生物灰混合增强生物灰与水泥的相容性，超细矿粉的加入使水化能力强、速度快，可加速低密度水泥浆的硬化与凝结，缩短固井候凝时间，有效提高低密度水泥石早期强度。实施例实验数据表明，本发明提供的生物灰低密度水泥浆的密度可达1.5g/cm³，强度可达18.7MPa。

具体实施方式

本发明提供了一种生物灰低密度水泥浆，包括以下质量份数的组分：

在本发明中，若无特殊说明，所涉及的组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。

以质量份数计，本发明提供的生物灰低密度水泥浆包括250～600份水泥，优选为300～500份，更优选为350～400份。在本发明中，所述水泥优选为JHG水泥、三峡水泥或塘沽水泥。本发明对所述水泥的粒度没有特殊限定，选用本领域技术人员熟知的粒度即可。

以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的生物灰低密度水泥浆的组分包括25～100份超细矿粉，优选为50～75份。在本发明中，所述超细矿粉优选包括石膏和SO₃，所述石膏的质量百分含量为65～98％，所述SO₃的质量百分含量为2～35％。本发明对超细矿粉的粒度没有特殊限定，选用本领域技术人员熟知的粒度即可。在本发明中，所述超细矿粉增强生物灰低密度水泥浆的强度。

以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的生物灰低密度水泥浆包括3～12份漂珠，更优选为5～10份。在本发明中，所述漂珠作为减轻剂能够减轻水泥浆的密度和渗透率，使水泥浆具有较好的流变性能。

以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的生物灰低密度水泥浆包括3～20份漂珠，优选为10～15份。在本发明中，所述漂珠为减轻剂，用于降低水泥浆密度。

以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的生物灰低密度水泥浆包括5～12份微硅粉，优选为8～10份。本发明通过微硅粉提高水泥浆的强度和抗侵蚀能力，所述水泥浆的强度是指水泥浆溶液凝固后的强度。

以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的生物灰低密度水泥浆包括20～100份生物灰，优选为40～80份，更优选为50～70份。在本发明中，所述生物灰优选为生物质充分燃烧后剩下的灰粉，所述生物质优选为稻壳、玉米秸秆、甘蔗渣或麦秆。在本发明中，以漂珠为主要减轻剂，降低水泥浆密度，微硅为稳定剂，混合材料与水泥相容性好，超细矿粉的加入使水化能力强、速度快，可加速低密度水泥浆的硬化与凝结，缩短固井候凝时间，有效提高低密度水泥石早期强度，具有减轻、增强水泥浆的作用。

以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的生物灰低密度水泥浆包括10～80份增强剂，优选为30～50份。在本发明中，所述增强剂优选为超细硅酸盐水泥、矿渣和微硅粉中的一种或几种。在本发明中，所述超细硅酸盐水泥的粒径优选为30μm，所述矿渣的粒径优选为5～8μm，所述微硅粉的粒径优选为0.1～0.3μm。在本发明中，当所述增强剂为两种或两种以上的混合物时，本发明对混合物中各组分的用量比没有特殊限定，以任意比例混合即可。在本发明中，所述增强剂用于提高水泥浆的早期强度与胶结强度，提高水泥浆的稳定性。

以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的生物灰低密度水泥浆包括250～800份水，优选为300～700份，更优选为500～600份。

以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的生物灰低密度水泥浆包括3～60份降失水剂，优选为10～50份，更优选为20～40份。在本发明中，所述降失水剂优选为丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物和/或丙烯酰胺-AMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)共聚物。当所述降失水剂为丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物和丙烯酰胺-AMPS共聚物的混合物时，本发明对丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物和丙烯酰胺-AMPS共聚物的配比没有特殊限定，以任意比例混合即可。在本发明中，所述降失水剂用于降低水泥浆向地层的滤失速度和总滤失量，改善和提高固井作业质量。

以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的生物灰低密度水泥浆包括0～5份分散剂，更优选为2～3份。在本发明中，所述分散剂优选为磺化有机聚合物类分散剂。在本发明中，所述磺化有机聚合物类分散剂优选为酯类分散剂或石蜡类分散剂。本发明通过分散剂提高水泥浆的稳定性及与其各组分的配伍性能。

以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的生物灰低密度水泥浆包括1～8份缓凝剂，更优选为2～5份。在本发明中，所述缓凝剂优选为柠檬酸、硼酸或木质磺酸盐。在本发明中，所述缓凝剂不影响水泥浆强度，调节水泥浆稠化时间，使稠化时间与加量有很好的线性关系。

以所述水泥的质量份数为基准，本发明提供的生物灰低密度水泥浆包括0.5～8份消泡剂，更优选为3～5份。在本发明中，所述消泡剂优选为乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚和聚二甲基硅氧烷中的一种或多种；更优选为乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物或聚二甲基硅氧烷。在本发明中，当消泡剂为两种或两种以上的混合物时，本发明对所述混合物中各成分的用量比没有特殊限定，以任意比例混合即可。在本发明中，所述消泡剂具有较强的抑制泡沫产生的能力。

本发明还提供了上述技术方案所述生物灰低密度水泥浆的制备方法，包括以下步骤：

将所述质量份数的水泥、超细矿粉、漂珠、漂珠、微硅粉、生物灰、增强剂、水、降失水剂、分散剂、缓凝剂和消泡剂混合，得到生物灰低密度水泥浆。

在本发明中，所述混合的方法优选为将固体组分水泥、超细矿粉、漂珠、微硅粉、生物灰、增强剂、降失水剂和分散剂混合，得到固体混料，将液体组份水、缓凝剂和消泡剂混合，得到液体混料；将所述固体混料和液体混料搅拌混合，得到生物灰低密度水泥浆。本发明对搅拌混合的搅拌方法及速率没有特殊限定，选用本领域技术人员熟知的搅拌方法和速率，使固体混料和液体混料混合均匀即可。

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

按照下述配比称量各组分：

将固体组分JHG水泥、超细矿粉、漂珠、玻璃微珠、微硅粉、生物灰、增强剂混合，得到固体混料，将液体组分水、降失水剂、分散剂、缓凝剂和消泡剂混合，得到液体混料，将固体混料和液体混料混合后搅拌均匀，得到1.5g/cm³生物灰低密度水泥浆。

表1实施例1中得到的生物灰低密度水泥浆的基本性能

其中，表1中的抗压强度两个值为对同一配方下形成的两块水泥石测量值。

由表1可知实施例1得到的低密度水泥浆密度为1.5g/cm³，抗压强度在1天时间内已经有一定的抗压强度，达到3MPa左右满足现场固井施工的要求。

实施例2

生物灰和超细矿粉的质量分别为58g和90g，其它与实施例1相同，得到的1.5g/cm³生物灰低密度水泥浆的性能如表2所示。

表2实施例2中得到的生物灰低密度水泥浆的基本性能

由表2可知生物灰的增加对水泥浆流变数据、稠化时间和强度影响不大，对转化时间基本无影响。

实施例3

生物灰和超细矿粉的质量分别为68g和80g，其它与实施例1相同，得到的1.5g/cm³生物灰低密度水泥浆的性能如表3所示。

表3实施例3中得到的生物灰低密度水泥浆基本性能

表4实施例3中的低密度水泥在不同压力养护下密度变化情况

由表4可知，实施例3中得到的生物灰低密度水泥浆可以承受40兆帕压力不会发生密度明显增大的现象，由此可见水泥浆在不同压力下(40兆帕内)密度可以保持稳定，有利于保障浆体稳定，提高封固质量。

综合上述实例结果可以看出，生物灰的增加，矿粉的降低使水泥浆流变数据变小，失水，稠化时间和强度影响不大，并且水泥石24h抗压强度为18.7MPa。由此可知，该水泥浆体系具有较高强度和极好的稳定性，从而满足现场作业要求。生物灰作为生物质燃料发电后的副产物，应用到水泥浆中降低成本的同时起到了环保作用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种生物灰低密度水泥浆，包括以下质量份数的组分：

2.根据权利要求1所述的生物灰低密度水泥浆，其特征在于，所述水泥为JHG水泥、三峡水泥或塘沽水泥。

3.根据权利要求1所述的生物灰低密度水泥浆，其特征在于，所述超细矿粉包括石膏和SO₃，所述石膏的质量百分含量为65～98％，所述SO₃的质量百分含量为2～35％。

4.根据权利要求1所述的生物灰低密度水泥浆，其特征在于，所述生物灰为生物质充分燃烧后得到的灰粉，所述生物质为稻壳、玉米秸秆、甘蔗渣、或麦秆。

5.根据权利要求1所述的生物灰低密度水泥浆，其特征在于，所述增强剂为超细硅酸盐水泥、矿渣和微硅粉中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的生物灰低密度水泥浆，其特征在于，所述降失水剂为丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物和/或丙烯酰胺-AMPS共聚物。

7.根据权利要求1所述的生物灰低密度水泥浆，其特征在于，所述分散剂为磺化有机聚合物类分散剂。

8.根据权利要求1所述的生物灰低密度水泥浆，其特征在于，所述缓凝剂为柠檬酸、硼酸或木质磺酸盐。

9.根据权利要求1所述的生物灰低密度水泥浆，其特征在于，所述消泡剂为乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚和聚二甲基硅氧烷中的一种或多种。

10.权利要求1～9任意一项所述的生物灰低密度水泥浆的制备方法，包括以下步骤：

将所述质量份数的水泥、超细矿粉、漂珠、微硅粉、生物灰、增强剂、水、降失水剂、分散剂、缓凝剂和消泡剂混合，得到生物灰低密度水泥浆。