CN110484223B - 一种防止高温强度衰退的油井水泥浆体系及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油气田钻井固井领域的一种防止高温强度衰退的油井水泥浆体系及其制备方法；所述一种防止高温强度衰退的油井水泥浆体系，包含重量份数计的以下组分：100重量份水泥，25～45重量份硅粉，0～6重量份降失水剂，0～5重量份缓凝剂，1～10重量份强度增强剂，0.5～5重量份悬浮稳定剂，40～60重量份水；所述防止高温强度衰退的油井水泥浆体系中的强度增强剂为液体，加量少，而能加速水泥石强度发展，并大幅度提高水泥石的强度，并在高温条件下不衰退，具有广阔的推广应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及油气田钻井固井领域，更进一步说，涉及一种防止高温强度衰退的油井水泥浆体系及其制备方法。
背景技术
水泥石是构成井内水泥环的主要材料，具有保护套管的功能，井下水泥环受射孔弹高能聚流的作用，在瞬间承受3～4Gpa的冲击压力，其应力波在水泥环局部形成拉伸的高应力区，当水泥环的径向拉应力超过其极限时，水泥环会破裂形成宏观裂纹。为了稳产、增产，各油田都相继进行注水、压裂、酸化、补孔、提高生产压差等井下工程作业，不同的作业过程必然引起井下套管受力状态发生不同的变化。目前深井超深井勘探开发面临着井底静止温度高压力高等难点，对水泥石抗压强度提出了更高的要求。
公开号为CN102775972A的中国专利提供了一种固井液体抗高温衰退剂及其制备方法，涉及一种液体抗高温衰退剂，其包括质量比为9∶1～1∶9的硅粉和微硅粉、以及基于所述硅粉和微硅粉的总质量的0.1～0.5％的聚羧酸类分散剂和基于所述硅粉和微硅粉的总质量的30～40％的去离子水，以及相关助剂；其中的抗高温衰退剂主要是二氧化硅类固体物质。公开号为CN105778876A的中国专利提供了一种适用于热采水泥的抗高温强度衰退剂，该抗高温强度衰退剂由不同目数的石英砂(200目、400目、600目、800目、1000目)、微硅、膨胀珍珠岩、粉煤灰、硅藻土、早强激活剂和分散剂按一定比例混合而成。该抗高在不同高温120℃、160℃、200℃、240℃、280℃、320℃、360℃梯度7d的条件下均能很好的降低水泥石强度衰退，且在多次热采高温高压条件下还能保持水泥石一定的强度要求，其中的抗高温衰退剂也主要是二氧化硅类固体物质。
公开号为CN106479461A的中国专利提供了一种高强度水泥浆的制备方法，由以下各组分及重量份数组成：水泥100份，减轻剂23～35份，高温强度稳定剂30～40份，填充剂10～23份，分散剂1.5～2份，早强剂1～2份，降失水剂8～15份；其中，所述减轻剂为漂珠；所述高温强度稳定剂为高活性硅粉；所述填充剂为微硅；所述分散剂为醛酮缩合物或者萘系分散剂；所述早强剂的组分为硫代硫酸铝、硅酸钠、碱式氯化铝等中的两种或多种混配；所述降失水剂为磺化丙酮甲醛缩合物，其中的抗高温衰退剂主要是硫代硫酸铝、硅酸钠、碱式氯化铝类物质；但其主要用在低密度水泥浆体系中，加量大，配方复杂，与水泥浆外加剂的相容性不好，很难满足油井水泥浆工程应用。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种防止高温强度衰退的油井水泥浆体系。具体地说涉及一种防止高温强度衰退的油井水泥浆体系及其制备方法。本发明所述的防止高温强度衰退的油井水泥浆体系，强度在长时间内不衰退，有效的解决水泥石在高温高压下强度衰退的难题。
本申请目的之一是提供一种防止高温强度衰退的油井水泥浆体系，可包含重量份数计的以下组分：
100重量份水泥，
25～45重量份硅粉，优选30～40重量份，
1～10重量份强度增强剂，
0.5～5重量份悬浮稳定剂，
0～6重量份降失水剂，
0～5重量份缓凝剂，
40～60重量份水，优选45～55重量份。
其中，
所述强度增强剂可选1～8重量份，优选1～5重量份，优选2～5重量份，优选1～3重量份，最优选2～3重量份；
所述悬浮稳定剂可选0.5～3重量份，优选0.5～1.5重量份，进一步优选0.5～1重量份；
所述降失水剂可选3～6重量份，进一步优选3.5～5重量份；
所述缓凝剂可选1～5重量份，进一步优选1～3重量份。
所述硅粉为160～200目二氧化硅。
所述降失水剂为聚合类高分子化合物，如具体可选自DZJ-Y和/或SCF-180L。
所述缓凝剂选自有机酸或者共聚物类高分子化合物，如具体可以使用DZH-2和/或SCR-3。
所述悬浮稳定剂以重量百分比计，为包含85～95wt％微米级定型二氧化硅和5～15wt％黄原胶混合制成的混合物，优选为88～92wt％微米级定型二氧化硅和8～12wt％黄原胶混合制成的混合物，更优选为90～91wt％微米级定型二氧化硅和9～10wt％黄原胶混合制成的混合物。
所述强度增强剂为固含量为3～5％的石墨烯乳液。
具体地，所述强度增强剂以重量百分比计，包含3～5％的石墨烯，1～3％聚羧酸类分散剂，92～96％的水(优选去离子水)。所述强度增强剂可将石墨烯、聚羧酸类分散剂、水这些组分通过高速剪切分散制备得到。其中，所述聚羧酸类分散剂具体可选自MP-4045(北京马普新材料有限公司)、SCS-130L(德州大陆架助剂厂)、QF-1(清华大学研制)等本领域常见的聚羧酸类分散剂，选优SCS-130L(德州大陆架助剂厂)。所述强度增强剂的溶剂为水，乳液有更好的流动性，相对于现有技术中常用的块状或膏状石墨烯乳液，更容易分散，更适合加入水泥浆中。
水泥、硅粉和水是水泥浆体系的基本组成，是水泥石骨架结构；降失水剂和缓凝剂是保证水泥浆工程应用的添加剂；强度增强剂和悬浮稳定剂是水泥浆在深井超深井(高温超高温)工程应用中防止强度衰退的添加剂；其中石墨烯的主要作用是加速水泥水化，并且使水化产物会产生大量的柱状氢氧化钙晶体，柱状氢氧化钙晶体是提高水泥石强度并防止强度衰退最重要的物质。目前石墨烯加入水泥浆有不少应用，为了保证石墨烯的分散及防止团聚会在乳液中加入很多表面活性剂之类的物质，这类物质是不利于水泥浆体系的，会使水泥颗粒悬浮不起来产生沉淀，从而不利于水泥石强度的发展，经常会遇到石墨烯强分散导致水泥浆稳定性降低的情况，石墨烯水泥浆体系不稳定不仅起不到增强的作用，反而会带来负面影响，而本申请加入了相应比例的悬浮稳定剂提高水泥浆体的稳定性，悬浮稳定剂能提高水泥浆的粘度，保证石墨烯均匀分散到水泥浆中，本申请得到的加有石墨烯乳液和配套的悬浮稳定剂的水泥浆体系能加速水泥石强度发展，并大幅度提高水泥石的强度，并在高温条件下不衰退，具有广阔的推广应用前景。
本发明目的之二是提供所述的油井水泥浆体系的制备方法，具体可包括以下步骤：
将包含所述水泥、硅粉、降失水剂、缓凝剂、强度增强剂、悬浮稳定剂、水在内的组分按所述用量混合均匀，即得。
具体地，可包括以下步骤：
将水泥、硅粉和悬浮稳定剂干混在一起，其他组分都加入水中搅拌均匀，最后通过高速搅拌器将两者混合在一起，倒入相应的模具中养护成型。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)加速水泥石强度发展，并大幅度提高水泥石的强度；
(2)水泥石强度在110到200℃区间范围内强度在14天内不衰退；
(3)强度增强剂为液体，加量小，成本低，能有效的延长石油天然气井的开采寿命，提高水泥环的长期密封完整性；
(4)推广应用简单，随着石墨烯工业化日渐成熟，后续推广应用成本更会逐渐降低。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。但本发明不受这些实施例的限制。原料来源
硅粉：160～200目，德州大陆架助剂厂；
降失水剂：AMPS/AM/丙烯酸共聚物，SCF-180L德州大陆架助剂厂；
缓凝剂：有机磷酸盐，SCR-3德州大陆架助剂厂；
强度增强剂：以重量百分比计，包含5％的石墨烯，2％聚羧酸类分散剂SCS-130L(德州大陆架助剂厂)，93％的去离子水，将上述组分通过高速剪切分散制备得到。
悬浮稳定剂：以悬浮稳定剂总重量为100wt％计，其中含有90wt％微米级定型二氧化硅和10wt％黄原胶，将两者混合而成。
实施例1
称取500重量份水泥，175重量份硅粉，20重量份降失水剂，5重量份缓凝剂、5重量份强度增强剂，2.5重量份悬浮稳定剂和235重量份自来水。按照API规范中油井水泥抗压强度测试方法，将水泥、硅粉和悬浮稳定剂干混在一起，其他组分都加入水中搅拌均匀，最后通过高速搅拌器将两者混合在一起，倒入相应的模具在相应的温度条件下养护，脱模然后用压力试验机测试相应的抗压强度。测试结果见表1。
实施例2
称取500重量份水泥，175重量份硅粉，20重量份降失水剂，5重量份缓凝剂、10重量份强度增强剂，5重量份悬浮稳定剂和230重量份自来水。按照API规范中油井水泥抗压强度测试方法，将水泥、硅粉和悬浮稳定剂干混在一起，其他组分都加入水中搅拌均匀，最后通过高速搅拌器将两者混合在一起，倒入相应的模具在相应的温度条件下养护，脱模然后用压力试验机测试相应的抗压强度。测试结果见表1。
对比例1
称取500重量份水泥，175重量份硅粉，20重量份降失水剂，5重量份缓凝剂和245重量份自来水；按照API规范中油井水泥抗压强度测试方法，将水泥、硅粉干混在一起，其他组分都加入水中搅拌均匀，最后通过高速搅拌器将两者混合在一起，倒入相应的模具在相应的温度条件下养护，脱模然后用压力试验机测试相应的抗压强度。测试结果见表1。
表1实施例1～2和对比例1的水泥石抗压强度发展趋势(MPa)
从表1可见，常规的水泥浆体系，在不同养护条件下，随着时间的推移强度会不停的衰退，温度越高，衰退越明显。而本发明所述的防止高温强度衰退的油井水泥浆体系，随着强度增强剂和悬浮稳定剂的增加，强度会相应增加并且随着时间的推移强度变化趋于平稳，未出现衰退现象。
Claims (9)
1.一种防止高温强度衰退的油井水泥浆体系，包含重量份数计的以下组分：
100重量份水泥，
25～45重量份硅粉，
1～10重量份强度增强剂，
0.5～5重量份悬浮稳定剂，
0～6重量份降失水剂，
0～5重量份缓凝剂，
40～60重量份水；
所述强度增强剂为固含量为3～5％的石墨烯乳液；
所述悬浮稳定剂包含85～95wt％的微米级定型二氧化硅和5～15wt％的黄原胶。
2.根据权利要求1所述的一种防止高温强度衰退的油井水泥浆体系，其特征在于包含重量份数计的以下组分：
100重量份水泥，
30～40重量份硅粉，
1～8重量份强度增强剂，
0.5～3重量份悬浮稳定剂，
3～6重量份降失水剂，
1～5重量份缓凝剂，
45～55重量份水。
3.根据权利要求1或2所述的一种防止高温强度衰退的油井水泥浆体系，其特征在于：
所述强度增强剂的用量为2～5重量份。
4.根据权利要求1或2所述的一种防止高温强度衰退的油井水泥浆体系，其特征在于：
所述强度增强剂以重量百分比计，包含3～5％的石墨烯，1～3％聚羧酸类分散剂，92～96％的水。
5.根据权利要求1或2所述的一种防止高温强度衰退的油井水泥浆体系，其特征在于：
所述悬浮稳定剂包含88～92wt％微米级定型二氧化硅和8～12wt％黄原胶。
6.根据权利要求1或2所述的一种防止高温强度衰退的油井水泥浆体系，其特征在于：
所述硅粉为160～200目二氧化硅。
7.根据权利要求1或2所述的一种防止高温强度衰退的油井水泥浆体系，其特征在于：
所述降失水剂为聚合类高分子化合物。
8.根据权利要求1或2所述的一种防止高温强度衰退的油井水泥浆体系，其特征在于：
所述缓凝剂为有机酸或者共聚物类高分子化合物。
9.根据权利要求1～8之任一项所述的油井水泥浆体系的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
将包含所述水泥、硅粉、降失水剂、缓凝剂、强度增强剂、悬浮温度剂、水在内的组分按所述用量混合均匀，即得。
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| CN115893920B (zh) * | 2021-08-24 | 2023-11-10 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种可降低热耗损的油井水泥浆及其制备方法 |
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102585789A (zh) * | 2012-02-10 | 2012-07-18 | 成都欧美科石油科技股份有限公司 | 一种抗高温低密度高强度水泥浆 |
| CN102775972A (zh) * | 2012-07-16 | 2012-11-14 | 中国海洋石油总公司 | 一种固井液体抗高温衰退剂及其制备方法 |
| CN103328407A (zh) * | 2010-12-21 | 2013-09-25 | 阿克马法国公司 | 用于将碳纳米填料引入无机能固化体系中的方法 |
| CN103740347A (zh) * | 2013-12-06 | 2014-04-23 | 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 | 高性能铝酸钙油井水泥 |
| CN106542787A (zh) * | 2016-10-13 | 2017-03-29 | 武汉轻工大学 | 具备压阻效应的石墨烯纳米片改性水泥基材料及制备方法 |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103328407A (zh) * | 2010-12-21 | 2013-09-25 | 阿克马法国公司 | 用于将碳纳米填料引入无机能固化体系中的方法 |
| CN102585789A (zh) * | 2012-02-10 | 2012-07-18 | 成都欧美科石油科技股份有限公司 | 一种抗高温低密度高强度水泥浆 |
| CN102775972A (zh) * | 2012-07-16 | 2012-11-14 | 中国海洋石油总公司 | 一种固井液体抗高温衰退剂及其制备方法 |
| CN103740347A (zh) * | 2013-12-06 | 2014-04-23 | 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 | 高性能铝酸钙油井水泥 |
| CN106542787A (zh) * | 2016-10-13 | 2017-03-29 | 武汉轻工大学 | 具备压阻效应的石墨烯纳米片改性水泥基材料及制备方法 |
| CN106833567A (zh) * | 2017-03-23 | 2017-06-13 | 中国石油大学(华东) | 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 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
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| "石墨烯纳米片对水泥基复合材料力学性能的影响";王辉;《混凝土与水泥制品》;20151220(第12期);25-27 * |
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