CN110218555B - 一种用于石油工程的水泥浆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于石油工程的水泥浆，由以下重量份的组分组成：油井G级水泥100份，混合型纳米二氧化硅6‑10份，液硅10～15份，硅粉24～28份，超细矿渣8～12份，分散剂0.8～1.2份，缓凝剂0.8～1.2份，水25～35份；所述混合型纳米二氧化硅由两种不同直径的纳米二氧化硅I和纳米二氧化硅II按质量比为1：1构成，其中，纳米二氧化硅I的直径为10～30nm，纳米二氧化硅II的直径为120～140nm；所述混合型纳米二氧化硅的使用状态为纳米二氧化硅乳液，所述纳米二氧化硅乳液的固含量为15％。本发明提供的水泥浆制备方法简便，固化时间短，抗压强度大，适用于大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于石油工程的水泥浆。
背景技术
井漏是指在钻井、固井、测井或修井的各种作业过程中，各种工作液(钻井 液、水泥浆、完井液及其他液体)在压差作用下，进入地层的一种井下复杂情况。 近年来，复杂油气藏的钻井工作量逐步加大，由井漏所产生的一系列问题变得日 益突出。目前使用较多堵漏剂有桥接堵漏剂、水泥浆堵漏剂、聚合物化学堵漏剂 等。在现场堵漏过程中，水泥是钻井防漏堵漏中最常用的材料之一，其特点是封 堵漏层之后具有较高的承压能力。因此，在用水泥浆技术堵漏时，选择合适的堵 漏水泥浆至关重要。
CN201010210380公开了一种固井用堵漏水泥浆及其制备方法，该堵漏水泥 浆由以下各组分按重量份配比组成：100份油井水泥，50-150份水，0.01-8份麻 纤维，1-20份分散剂，1-20份降失水剂，5-50份碱性调节剂，1-10份缓凝剂， 0-1份消泡剂；所述分散剂为十二烷基硫酸钠或六偏磷酸钠，所述降失水剂为2- 丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸或羟乙基纤维素，所述碱性调节剂为硅粉，所述缓凝剂 为木质素磺酸钠或柠檬酸，所述消泡剂为二甲基硅油或磷酸三丁酯，所述麻纤维 为黄麻、亚麻、苎麻、剑麻其中一种、两种或两种以上的混合物。该发明在满足 固井所需的各项工程性能前提下，有效解决固井过程中的水泥浆漏失和水泥石固 有脆性的技术难题，为油气井后续作业提供保证。
CN200810003357公开了一种防漏堵漏水泥浆。该防漏堵漏水泥浆由下列组 分组成，各组分按重量配比如下：水泥100份、水70份、漂珠5份～20份、微 硅5份～10份、碳纤维3份～10份、氯化钙或氯化钾0.5份～2份及硅酸钠4 份－7份。该防漏堵漏水泥浆具有良好的防漏堵漏性能，达到封固漏失层的作用。
CN201210581657公开了一种堵漏水泥浆及火成岩裂缝发育井堵漏方法。该 水泥浆水固比为85-92：100；以重量份计，该水泥浆固体成分包括：水泥115-125 份，减轻剂粉煤灰40-50份以及稳定剂微硅5-15份，其中所述水泥包括平均粒 径为12-14μm的水泥第一组分100份以及平均粒径为6-7μm的水泥第二组分 12-18份；以水泥浆体积计，每升水泥浆中进一步包括堵漏剂4-8g；其中，以重 量份计，所述堵漏剂包括0.1-0.2份短纤维，2-4份橡胶和3.2-6份填充颗粒。该 发明使用纤维架桥材料，橡胶粉弹性材料，果壳和/或锯末填充材料，使其适用 于火成岩裂缝发育井，能够满足钻井和固井施工要求。采用集充填、架桥和凝结 为一体的堵漏技术思路，大大缩短了施工时间。
CN201310015964公开了一种油气井堵漏触变水泥浆及其制备方法，该堵漏 触变水泥浆由以下各组分及重量份数：油井水泥100份，触变剂0.5-10份，密度 调节剂0-200份，稳定剂0-35份，凝固时间调节剂0-6份，膨胀剂0-5份，分散 剂0.5-3份，消泡剂0-2份，水60-150份。该发明在满足油气井堵漏水泥浆所需 的各项工程性能前提下，可有效解决油气井在建井和生产过程中漏失的技术难题， 为油气井后继钻完井和安全生产提供保证。
CN 2016111080507公开了一种堵漏水泥浆，提供的堵漏水泥浆包括以下组 分：G级水泥100重量份，纳米二氧化硅5～20重量份，液硅5～20重量份，硅 粉20～30重量份，超细矿渣5～15重量份，分散剂0.5～1.5重量份，缓凝剂0.5～ 1.5重量份和水20～40重量份，该发明提供的堵漏水泥浆流动性好，流动度可 达25cm，固化时间短，110℃下48小时即可固化，固化承压能力强，抗压强度 可以达到127MPa。本发明提供的堵漏水泥浆制备方法简便，实用，适用于大规 模工业化生产。
然而，上述专利中堵漏水泥浆的抗压强度仍然偏低，难以满足市场对于高标 准的要求。
发明内容
为了解决现有技术中堵漏水泥浆的抗压强度仍然偏低，难以满足市场对于高 标准的要求的技术问题，本发明提出了如下技术方案：
一种用于石油工程的水泥浆，由以下重量份的组分组成：
油井G级水泥100份，混合型纳米二氧化硅6-10份，液硅10～15份，硅粉24～28 份，超细矿渣8～12份，分散剂0.8～1.2份，缓凝剂0.8～1.2份，水25～35份；
所述混合型纳米二氧化硅由两种不同直径的纳米二氧化硅I和纳米二氧化硅 II按质量比为1：1构成，其中，纳米二氧化硅I的直径为10～30nm，纳米二氧化硅 II的直径为120～140nm；所述混合型纳米二氧化硅的使用状态为纳米二氧化硅乳 液，所述纳米二氧化硅乳液的固含量为15％。
优选地，所述分散剂由分散剂A和硼改性丁二酰亚胺按照质量比为1:1构成； 其中，分散剂A的结构式为：
其中，m为10～100的整数，n为10～100的整数，p为10～100的整数，分散剂A 的分子量为2800～3200。
优选地，所述液硅中活性二氧化硅的平均粒径为0.3～0.8μm。
优选地，所述硅粉的粒度为150～250目。
优选地，所述超细矿渣为以粒化高炉矿渣为主要原料的矿渣粉，超细矿渣的 比表面积为600～800m2/kg。
优选地，所述缓凝剂包括柠檬酸、硼酸和有机磷酸盐中的一种或多种。
其中，所述水泥浆的制备过程包括如下步骤：
S1将油井G级水泥，硅粉，缓凝剂和超细矿渣混合，得到混合粉末；
S2将混合型纳米二氧化硅，液硅，分散剂和水混合，得到混合浆料；
S3将所述混合粉末与混合浆料混合，得到水泥浆。
本发明的技术方案具有如下由益效果：
(1)相比于使用单一粒径的纳米二氧化硅，使用混合型纳米二氧化硅更有 利于填充硬化水泥浆体中的细小孔隙，这是由于不同粒径可以对应不同的孔隙。 纳米二氧化硅II的直径不是可以随意选取的，经测试，纳米二氧化硅II的直径 在120～140nm范围内更有利于使硬化水泥浆体和混凝土更密实、强度更高，其 过大(如180～200nm)或过小(如60～80nm)所带来的技术效果均为不利的
(2)本发明创造性地将分散剂A和硼改性丁二酰亚胺用于石油工程水泥浆 中，且经过实验发现，相比于使用单一的分散剂，使用分散剂A和硼改性丁二 酰亚胺这样的复合分散剂更有利于让水泥中的颗粒均匀地分散于水相中，减小其 内摩擦阻力。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例和对 比例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
一种用于石油工程的水泥浆，由以下重量份的组分组成：
油井G级水泥100份，混合型纳米二氧化硅6份，液硅10份，硅粉24 份，超细矿渣8份，分散剂0.8份，缓凝剂0.8份，水25份；
其中，所述混合型纳米二氧化硅由两种不同直径的纳米二氧化硅I和纳米二 氧化硅II按质量比为1：1构成，其中，纳米二氧化硅I的直径为10～30nm，纳米二 氧化硅II的直径为120～140nm；所述混合型纳米二氧化硅的使用状态为纳米二氧 化硅乳液，所述纳米二氧化硅乳液的固含量为15％。
其中，所述分散剂由分散剂A和硼改性丁二酰亚胺按照质量比为1:1构成；其 中，分散剂A的结构式为：
其中，m为10～100的整数，n为10～100的整数，p为10～100的整数，分散剂A 的分子量为2800～3200。
其中，所述液硅中活性二氧化硅的平均粒径为0.3～0.8μm。
其中，所述硅粉的粒度为150～250目。
其中，所述超细矿渣为以粒化高炉矿渣为主要原料的矿渣粉，超细矿渣的比 表面积为600～800m2/kg。
其中，所述缓凝剂为柠檬酸。
其中，所述水泥浆的制备过程包括如下步骤：
S1将油井G级水泥，硅粉，缓凝剂和超细矿渣混合，得到混合粉末；
S2将混合型纳米二氧化硅，液硅，分散剂和水混合，得到混合浆料；
S3将所述混合粉末与混合浆料混合，得到水泥浆。
实施例2
一种用于石油工程的水泥浆，由以下重量份的组分组成：
油井G级水泥100份，混合型纳米二氧化硅8份，液硅13份，硅粉26 份，超细矿渣10份，分散剂1份，缓凝剂1份，水30份；
其中，所述混合型纳米二氧化硅由两种不同直径的纳米二氧化硅I和纳米二 氧化硅II按质量比为1：1构成，其中，纳米二氧化硅I的直径为10～30nm，纳米二 氧化硅II的直径为120～140nm；所述混合型纳米二氧化硅的使用状态为纳米二氧 化硅乳液，所述纳米二氧化硅乳液的固含量为15％。
其中，所述分散剂由分散剂A和硼改性丁二酰亚胺按照质量比为1:1构成；其 中，分散剂A的结构式为：
其中，m为10～100的整数，n为10～100的整数，p为10～100的整数，分散剂A 的分子量为2800～3200。
其中，所述液硅中活性二氧化硅的平均粒径为0.3～0.8μm。
其中，所述硅粉的粒度为150～250目。
其中，所述超细矿渣为以粒化高炉矿渣为主要原料的矿渣粉，超细矿渣的比 表面积为600～800m2/kg。
其中，所述缓凝剂为硼酸。
其中，所述水泥浆的制备过程包括如下步骤：
S1将油井G级水泥，硅粉，缓凝剂和超细矿渣混合，得到混合粉末；
S2将混合型纳米二氧化硅，液硅，分散剂和水混合，得到混合浆料；
S3将所述混合粉末与混合浆料混合，得到水泥浆。
实施例3
一种用于石油工程的水泥浆，由以下重量份的组分组成：
油井G级水泥100份，混合型纳米二氧化硅10份，液硅15份，硅粉28 份，超细矿渣12份，分散剂1.2份，缓凝剂1.2份，水35份；
其中，所述混合型纳米二氧化硅由两种不同直径的纳米二氧化硅I和纳米二 氧化硅II按质量比为1：1构成，其中，纳米二氧化硅I的直径为10～30nm，纳米二 氧化硅II的直径为120～140nm；所述混合型纳米二氧化硅的使用状态为纳米二氧 化硅乳液，所述纳米二氧化硅乳液的固含量为15％。
其中，所述分散剂由分散剂A和硼改性丁二酰亚胺按照质量比为1:1构成；其 中，分散剂A的结构式为：
其中，m为10～100的整数，n为10～100的整数，p为10～100的整数，分散剂A 的分子量为2800～3200。
其中，所述液硅中活性二氧化硅的平均粒径为0.3～0.8μm。
其中，所述硅粉的粒度为150～250目。
其中，所述超细矿渣为以粒化高炉矿渣为主要原料的矿渣粉，超细矿渣的比 表面积为600～800m2/kg。
其中，所述缓凝剂为有机磷酸盐。
其中，所述水泥浆的制备过程包括如下步骤：
S1将油井G级水泥，硅粉，缓凝剂和超细矿渣混合，得到混合粉末；
S2将混合型纳米二氧化硅，液硅，分散剂和水混合，得到混合浆料；
S3将所述混合粉末与混合浆料混合，得到水泥浆。
实施例4
一种用于石油工程的水泥浆，由以下重量份的组分组成：
油井G级水泥100份，混合型纳米二氧化硅8份，液硅13份，硅粉26 份，超细矿渣10份，分散剂1份，缓凝剂1份，水30份；
其中，所述混合型纳米二氧化硅由两种不同直径的纳米二氧化硅I和纳米二 氧化硅II按质量比为1：1构成，其中，纳米二氧化硅I的直径为10～30nm，纳米二 氧化硅II的直径为120～140nm；所述混合型纳米二氧化硅的使用状态为纳米二氧 化硅乳液，所述纳米二氧化硅乳液的固含量为15％。
其中，所述分散剂由分散剂A构成；其中，分散剂A的结构式为：
其中，m为10～100的整数，n为10～100的整数，p为10～100的整数，分散剂A 的分子量为2800～3200。
其中，所述液硅中活性二氧化硅的平均粒径为0.3～0.8μm。
其中，所述硅粉的粒度为150～250目。
其中，所述超细矿渣为以粒化高炉矿渣为主要原料的矿渣粉，超细矿渣的比 表面积为600～800m2/kg。
其中，所述缓凝剂为硼酸。
其中，所述水泥浆的制备过程包括如下步骤：
S1将油井G级水泥，硅粉，缓凝剂和超细矿渣混合，得到混合粉末；
S2将混合型纳米二氧化硅，液硅，分散剂和水混合，得到混合浆料；
S3将所述混合粉末与混合浆料混合，得到水泥浆。
实施例5
一种用于石油工程的水泥浆，由以下重量份的组分组成：
油井G级水泥100份，混合型纳米二氧化硅8份，液硅13份，硅粉26 份，超细矿渣10份，分散剂1份，缓凝剂1份，水30份；
其中，所述混合型纳米二氧化硅由两种不同直径的纳米二氧化硅I和纳米二 氧化硅II按质量比为1：1构成，其中，纳米二氧化硅I的直径为10～30nm，纳米二 氧化硅II的直径为120～140nm；所述混合型纳米二氧化硅的使用状态为纳米二氧 化硅乳液，所述纳米二氧化硅乳液的固含量为15％。
其中，所述分散剂由硼改性丁二酰亚胺构成。
其中，所述液硅中活性二氧化硅的平均粒径为0.3～0.8μm。
其中，所述硅粉的粒度为150～250目。
其中，所述超细矿渣为以粒化高炉矿渣为主要原料的矿渣粉，超细矿渣的比 表面积为600～800m2/kg。
其中，所述缓凝剂为硼酸。
其中，所述水泥浆的制备过程包括如下步骤：
S1将油井G级水泥，硅粉，缓凝剂和超细矿渣混合，得到混合粉末；
S2将混合型纳米二氧化硅，液硅，分散剂和水混合，得到混合浆料；
S3将所述混合粉末与混合浆料混合，得到水泥浆。
对比例1
一种用于石油工程的水泥浆，由以下重量份的组分组成：
油井G级水泥100份，混合型纳米二氧化硅8份，液硅13份，硅粉26 份，超细矿渣10份，分散剂1份，缓凝剂1份，水30份；
其中，所述混合型纳米二氧化硅由两种不同直径的纳米二氧化硅I和纳米二 氧化硅II按质量比为1：1构成，其中，纳米二氧化硅I的直径为10～30nm，纳米二 氧化硅II的直径为60～80nm；所述混合型纳米二氧化硅的使用状态为纳米二氧化 硅乳液，所述纳米二氧化硅乳液的固含量为15％。
其中，所述分散剂由硼改性丁二酰亚胺构成。
其中，所述液硅中活性二氧化硅的平均粒径为0.3～0.8μm。
其中，所述硅粉的粒度为150～250目。
其中，所述超细矿渣为以粒化高炉矿渣为主要原料的矿渣粉，超细矿渣的比 表面积为600～800m2/kg。
其中，所述缓凝剂为硼酸。
其中，所述水泥浆的制备过程包括如下步骤：
S1将油井G级水泥，硅粉，缓凝剂和超细矿渣混合，得到混合粉末；
S2将混合型纳米二氧化硅，液硅，分散剂和水混合，得到混合浆料；
S3将所述混合粉末与混合浆料混合，得到水泥浆。
对比例2
一种用于石油工程的水泥浆，由以下重量份的组分组成：
油井G级水泥100份，混合型纳米二氧化硅8份，液硅13份，硅粉26 份，超细矿渣10份，分散剂1份，缓凝剂1份，水30份；
其中，所述混合型纳米二氧化硅由两种不同直径的纳米二氧化硅I和纳米二 氧化硅II按质量比为1：1构成，其中，纳米二氧化硅I的直径为10～30nm，纳米二 氧化硅II的直径为180～200nm；所述混合型纳米二氧化硅的使用状态为纳米二氧 化硅乳液，所述纳米二氧化硅乳液的固含量为15％。
其中，所述分散剂由硼改性丁二酰亚胺构成。
其中，所述液硅中活性二氧化硅的平均粒径为0.3～0.8μm。
其中，所述硅粉的粒度为150～250目。
其中，所述超细矿渣为以粒化高炉矿渣为主要原料的矿渣粉，超细矿渣的比 表面积为600～800m2/kg。
其中，所述缓凝剂为硼酸。
其中，所述水泥浆的制备过程包括如下步骤：
S1将油井G级水泥，硅粉，缓凝剂和超细矿渣混合，得到混合粉末；
S2将混合型纳米二氧化硅，液硅，分散剂和水混合，得到混合浆料；
S3将所述混合粉末与混合浆料混合，得到水泥浆。
效果表征：按照固井试验标准API10B-2-2005该堵漏水泥浆进行性能测试， “110℃抗压强度”是在110℃，22MPa养护釜中养护48h冷却后测得的水泥石的强 度。具体结果如下：
| 编号 | 分散剂 | 纳米二氧化硅II的直径 | 110℃抗压强度 |
| 实施例2 | 分散剂A和硼改性丁二酰亚胺 | 120～140nm | 146MPa |
| 实施例4 | 分散剂A | 120～140nm | 142MPa |
| 实施例5 | 硼改性丁二酰亚胺 | 120～140nm | 139MPa |
| 对比例1 | 硼改性丁二酰亚胺 | 60～80nm | 131MPa |
| 对比例2 | 硼改性丁二酰亚胺 | 180～200nm | 134MPa |
上述结果表明，(1)相比于使用单一粒径的纳米二氧化硅，使用混合型纳米 二氧化硅更有利于填充硬化水泥浆体中的细小孔隙，这是由于不同粒径可以对应 不同的孔隙；(2)纳米二氧化硅II的直径不是可以随意选取的，经测试，纳米 二氧化硅II的直径在120～140nm范围内更有利于使硬化水泥浆体和混凝土更密 实、强度更高，其过大(如180～200nm)或过小(如60～80nm)所带来的技术 效果均为不利的；(3)本发明创造性地将分散剂A和硼改性丁二酰亚胺用于石 油工程水泥浆中，且经过实验发现，相比于使用单一的分散剂，使用分散剂A 和硼改性丁二酰亚胺这样的复合分散剂更有利于让水泥中的颗粒均匀地分散于 水相中，减小其内摩擦阻力，上述结论可以通过实施例2、实施例4-5的实验结 果得出。
Claims (5)
1.一种用于石油工程的水泥浆，其特征在于，由以下重量份的组分组成：
油井G级水泥 100份，混合型纳米二氧化硅 6-10份，液硅 10~15份，硅粉 24~28份，超细矿渣 8~12份，分散剂 0.8~1.2份，缓凝剂 0.8~1.2份，水25~35份；
所述混合型纳米二氧化硅由两种不同直径的纳米二氧化硅I和纳米二氧化硅II按质量比为1：1构成，其中，纳米二氧化硅I的直径为10~30 nm，纳米二氧化硅II的直径为120~140nm；所述混合型纳米二氧化硅的使用状态为纳米二氧化硅乳液，所述纳米二氧化硅乳液的固含量为15％；
所述分散剂由分散剂A和硼改性丁二酰亚胺按照质量比为1:1构成；其中，分散剂A的结构式为：
其中，m为10~100的整数，n为10~100的整数，p为10~100的整数，分散剂A的分子量为2800~3200；
所述超细矿渣为以粒化高炉矿渣为主要原料的矿渣粉，超细矿渣的比表面积为600～800 m2/kg。
2.根据权利要求1所述的用于石油工程的水泥浆，其特征在于，所述液硅中活性二氧化硅的平均粒径为0.3～0.8 μm。
3.根据权利要求1所述的用于石油工程的水泥浆，其特征在于，所述硅粉的粒度为150～250目。
4.根据权利要求1所述的用于石油工程的水泥浆，其特征在于，所述缓凝剂包括柠檬酸、硼酸和有机磷酸盐中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的用于石油工程的水泥浆，其特征在于，所述水泥浆的制备过程包括如下步骤：
S1 将油井G级水泥，硅粉，缓凝剂和超细矿渣混合，得到混合粉末；
S2 将混合型纳米二氧化硅，液硅，分散剂和水混合，得到混合浆料；
S3 将所述混合粉末与混合浆料混合，得到水泥浆。
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