CN111362656B

CN111362656B - 一种固井的油井水泥组合物及其制备方法

Info

Publication number: CN111362656B
Application number: CN202010195131.5A
Authority: CN
Inventors: 李建生
Original assignee: Baoding Baoxing Oil Field Cementing Material Manufacturing Co ltd
Current assignee: Baoding Baoxing Oil Field Cementing Material Manufacturing Co ltd
Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2022-09-13
Anticipated expiration: 2040-03-19
Also published as: CN111362656A

Abstract

本发明涉及一种用于固井的油井水泥组合物，其包括按质量份数计的：熟料50‑60份、抗强度衰退剂5‑10份、降脆增韧剂4‑8份、高温增强剂2‑5份、BFS 10‑20份、分散剂0.5‑4份；所述抗强度衰退剂是由硅灰石微粉与偏高岭土按照1:4混合制成；降脆增韧剂为高弹模PVA纤维、低弹模聚丙烯纤维、硫酸钙晶须、碳纤维、含固化剂的水性环氧树脂中的一种或几种的组合；所述高温增强剂为纳米SiO₂溶胶；所述分散剂为APC分散剂。本发明用于解决固井水泥石在高温水热环境下强度易快速衰退老化的问题，能显著提升水泥的抗冲击能力、增强韧性、降低脆性、改善水泥浆体的流变性能。

Description

一种固井的油井水泥组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及特种水泥技术领域，具体涉及一种用于固井的油井水泥组合物及其制备方法。

背景技术

开采石油时首选需要在地面钻井，深度数百米至几千米，然后在井孔内插入钢制套管。为使套管与地层紧密结合为一体，业界一直以油井水泥为胶结材料进行固井施工，从而起到支撑套管和封隔地层的作用，此后还要在不同深度含油地质层位进行射孔，以实现石油的开采。由于地质条件不同，井下压力、温度、地下岩层酸碱性、地下水等理化参数差别很大，因此要确保固井质量达到优质标准，难度较大。

良好的井筒长期完整性对油井正常生产、持续稳产具有重要意义。随着油气勘探的深入进行，深井、超深井等复杂油气藏钻井数量日益增加，井底静止温度高于150℃甚至高于180℃的高温深井不断出现，因此对水泥环长期密封性能提出了更高的要求。固井水泥石的强度能否在长期高温环境下保持稳定，是保证高温油井水泥环长期密封完整性、延长油井寿命的关键因素。

但是，固井水泥石在高温环境下的强度极易发生快速衰退，严重影响高温深井井筒长期完整性，导致油井寿命大大缩短。针对这一问题，国内外开展了大量相关研究。通用的做法，是在温度高于110℃的情况下，向水泥中加入30-40％甚至更多的硅粉、微硅等硅质材料作为防强度衰退剂，通过加入硅粉、微硅等硅质材料后，将水泥中的钙硅比降至 1：1或更低，从而生成结构致密、强度高的雪硅钙石(C₅S₆H₅)等有利晶相，从而保障了水泥石的长期强度稳定。

其中，针对不同的温度区间，硅粉、微硅等防强度衰退剂的加量会有所不同，一般温度越高，硅粉、微硅等的掺量也相应增大。比如在120-150℃以下的高温环境下，硅粉合理掺量约为30％；在温度高于 150℃的高温环境下，一般要求掺加35％或者更多的硅粉。

但是，关于高温深井(井底静止温度为150-200℃、井深为 4500-6000m)水泥石的研究多局限于7天以内的短期强度研究，而长期强度衰退的研究相对较少。实验结果表明，180℃以上高温环境下，加入 40％-60％的硅粉作为强度稳定剂，7天以内短期强度均不会发生明显变化，但是水泥石28天长期强度往往会产生较大程度的衰退，衰退率最多可达60％以上，直接影响井筒水泥环长期密封性能。

总体而言，对于高温深井固井水泥石，单纯依靠增加硅粉用量难以起到持久的效果。因此，提供一种用于固井的油井水泥组合物配方及配套的制备工艺，防止固井水泥石在高温水热环境下的长期强度发生严重衰退，对于保障井筒水泥环长期密封完整性，延长油井寿命，具有非常重要的实际意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种用于固井的油井水泥组合物，用于解决固井水泥石在高温水热环境下强度易快速衰退老化的问题，同时兼顾提升水泥的抗冲击能力、增强韧性、降低脆性、改善流变性能。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供一种用于固井的油井水泥组合物，包括按质量份数计的：熟料50-60份、抗强度衰退剂5-10份、降脆增韧剂4-8份、高温增强剂2-5份、BFS 10-20份、分散剂0.5-4份；

所述BFS由以下重量百分比的原料组成：CaO35-45％，SiO₂ 30-40％，Al₂O₃ 10-18％，MgO 5-12％，Fe₂O₃ 0.2-1％，MnO 0.2-1％，SO₃1-5％；

所述抗强度衰退剂是由硅灰石微粉与偏高岭土按照质量比1:4混合组成；

所述降脆增韧剂为高弹模PVA纤维、低弹模聚丙烯纤维、硫酸钙晶须、碳纤维、含固化剂的水性环氧树脂中的一种或几种的组合；

所述高温增强剂为纳米SiO₂溶胶；

所述分散剂为APC分散剂。

根据本发明较佳实施例，其中，所述油井水泥组合物中还含有4A-1 沸石，用量范围0.5-1份。

根据本发明较佳实施例，其中，所述油井水泥组合物中还含有自膨胀封堵剂，所述自膨胀封堵剂为交联聚合物微球膨胀剂，所述交联聚合物微球膨胀剂是由丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸酯聚合制备的粒径为50nm-150nm的交联聚合物微球膨胀剂；该交联聚合物微球膨胀剂用量为0.2-1份。交联聚合物微球膨胀剂可在水泥拌合后期，施工之前加到水泥拌合物之中，再继续拌合均匀。

根据本发明较佳实施例，其中，所述降脆增韧剂是由高弹模PVA纤维、低弹模聚丙烯纤维、硫酸钙晶须按照1:1:10的质量比混合组成；其中，使硫酸钙晶须在油井水泥组合物中的含量为3-4wt％。

根据本发明较佳实施例，其中，所述降脆增韧剂是由碳纤维和含固化剂的水性环氧树脂所组成，其中碳纤维和含固化剂的水性环氧树脂质量比为1:5，且控制碳纤维在油井水泥组合物中的含量为0.2wt％。

根据本发明较佳实施例，其中，所述纳米SiO₂溶胶在油井水泥组合物中的含量为2-4wt％。

根据本发明较佳实施例，其中，所述APC分散剂在油井水泥组合物中的含量为2wt％。

本发明还提供了一种用于固井的油井水泥组合物的制备方法，其包括；

S1：原料研磨

准备熟料50-60质量份和BFS 10-20质量份；

所述BFS由以下重量百分比的原料组成：CaO35-45％，SiO₂ 30-40％，Al₂O₃ 10-18％，MgO 5-12％，Fe₂O₃ 0.2-1％，MnO 0.2-1％和 SO₃1-5％；

将BFS和熟料按配比混合后，磨细至颗粒的比表面积为 2900-3300cm²/g，得到粉料；

S2:配制抗强度衰退剂和降脆增韧剂

抗强度衰退剂是由硅灰石微粉与偏高岭土按照质量比1:4混合组成；

降脆增韧剂由高弹模PVA纤维、低弹模聚丙烯纤维、硫酸钙晶须按照1:1:10的质量比混合组成；

S3:混配

取S1步骤的粉料60-80质量份、抗强度衰退剂5-10份、降脆增韧剂 4-8份、纳米SiO₂溶胶2-5份、APC分散剂0.5-4份，在混料机内混合均匀。

(三)有益效果

(1)相对于现有技术，本发明采用特殊原材料BFS，充分利用这种原材料的结构特点和化学活性，使得各项性能指标达到了良好平衡，因而使油井水泥的综合性能指标明显优于常规的G级油井水泥，实际工程应用效果很好，改善固井质量的效果非常明显。

(2)本发明的组合物含有抗强度衰退剂，所述抗强度衰退剂为硅灰石微粉或偏高岭土或二者的混合物，硅灰石微粉可有效提高水泥固化体的抗压强度、抗折强度、抗冲击强度，可在一定程度上阻止水泥石裂纹发生和扩展，起到增强水泥石力学性能的作用。偏高岭土添加到了水泥浆中，水泥石的抗压强度和剪切强度均随水化龄期的增加而增加。

(3)本发明的组合物含有降脆增韧剂，其为高弹模PVA纤维、低弹模聚丙烯纤维、硫酸钙晶须、碳纤维、含固化剂的水性环氧树脂中的一种或几种的组合。高弹模PVA纤维、低弹模聚丙烯纤维、硫酸钙晶须材料混用有助于对水泥固化体降脆增韧。相对于单掺纤维或单掺晶须,将二者混杂使用的增韧效果更好，其原理在于晶须属于微米级材料,可以阻止微米级微裂纹的产生和扩展；纤维属于毫米级材料,可以阻止毫米级微裂缝的产生与扩展；二者混杂使用可以起到多层次阻裂和增韧的目的。纤维和含固化剂的水性环氧树脂可以协同增强油井水泥固化体，可对油井水泥固化体起到增强增韧作用。经试验验证,相比较单掺碳纤维和单掺含固化剂的水性环氧树脂乳液的水泥石,两种材料协同作用水泥石力学性能提高。

(4)本发明的组合物含有高温增强剂，其纳米SiO₂溶胶,经实验表明加入纳米SiO₂溶胶的水泥石的抗压强度不会随着养护时间的增加而产生明显的变化，加入少量纳米SiO₂溶胶的水泥中的纳米SiO₂颗粒吸附在水泥矿物表面阻碍水化反应，能够缓解水泥水化产物的高温脱水变质。

(5)本发明的组合物中使用的分散剂为APC分散剂，在较高温度的油井固井作业环境下，APC分散剂通过静电斥力和空间斥力具有更好的分散性能和滞留性能，显着改善了水泥浆体的流变性能，提高水泥浆体的施工性。

(6)本发明的组合物还含有4A-1沸石，使水泥体系在暴露在富CO₂环境中长达14天后，其抗压强度没有表现出显着的损失,反而由于碳化过程表现出机械强度的增加。

(7)本发明的组合物还含有自膨胀封堵剂，所述自膨胀封堵剂是由丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸酯聚合制备的粒径为 50nm-150nm的交联聚合物微球膨胀剂。其不仅对水泥浆常规性能无不利影响；加入0.3-0.5％后，养护7d的水泥石膨胀率最高达1.62％,远高于目前现有的膨胀剂；当水泥石出现裂缝遇到水窜后,可进一步发生膨胀,直径由原来的100nm左右膨胀为600nm以上,有效填充和阻塞裂缝,防止水窜发生，可解决固井过程中的水窜问题。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合具体实施方式，对本发明作详细描述。

本发明提供一种用于固井的油井水泥组合物，包括按质量份数计的：熟料50-60份、抗强度衰退剂5-10份、降脆增韧剂4-8份、高温增强剂2-5份、BFS 10-20份、分散剂0.5-4份；所述BFS由以下重量百分比的原料组成：CaO35-45％，SiO₂ 30-40％，Al₂O₃ 10-18％，MgO 5-12％，Fe₂O₃ 0.2-1％，MnO 0.2-1％，SO₃1-5％；所述抗强度衰退剂为硅灰石微粉或偏高岭土或二者的混合物；所述降脆增韧剂为高弹模 PVA纤维、低弹模聚丙烯纤维、硫酸钙晶须、碳纤维、含固化剂的水性环氧树脂中的一种或几种的组合；所述高温增强剂为纳米SiO₂溶胶；所述分散剂为APC分散剂。

以下分别上述组合物中各组分的特点和作用分别描述如下。

熟料即水泥熟料，是以石灰石和粘土、铁质原料为主要原料，按适当比例配制成生料，烧至部分或全部熔融，并经冷却而获得的半成品。在水泥工业中，最常用的硅酸盐水泥熟料主要化学成分为氧化钙、二氧化硅和少量的氧化铝和氧化铁。主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙。熟料在水化过程中会析出Ca(OH)₂。水泥熟料和BFS共同磨细后可得到水泥。

BFS俗称高炉矿渣，为钢厂高炉冶炼生铁后排出的高温矿渣经急速冷却而成。BFS是钢厂高炉冶炼生铁后的的副产物，它是由矿石中的土质和石灰石助熔剂在1400℃-1500℃高温下化合后极冷而成，化学活性较高，是一种优良的硅酸盐材料。BFS按特殊设计的工艺参数，经研磨加工后用以改善水泥石的力学特性。BFS直接与水搅拌混合是不具有胶凝性的。当BFS遇到熟料水化过程中析出的Ca(OH)₂后，BFS的活性被激发而发挥出促进凝结硬化作用。

本发明是将钢厂高炉冶炼生铁后的的副产物变废为宝。BFS的结构以玻璃体为主(85％以上)，具有连续网状结构，形成空间网络的是SiO₂、 Al₂O₃等氧化物。而Ca^{2 +}、Mg^{2 +}离子则嵌布在网络的空隙里。在硅酸盐为主的玻璃体中Si-O、A1-O四面体作为结构单元，它们之间由桥型氧离子通过Si-O键在顶角结合成空间网络，这个硅氧四面网络就是它具有潜在化学活性的主要原因。

硅灰石微粉是一种典型的变质矿物，主要产于酸性岩与石灰岩的接触带，与符山石、石榴石共生。硅灰石属于一种链状偏硅酸盐，呈纤维状、针状。硅灰石微粉兼有矿物微粉和纤维特性。在水泥净浆中加入硅灰石微粉进行试验，发现与未添加硅灰石微粉的水泥浆相比，硅灰石微粉加量为0.5-3％时，较不加的空白水泥石(水泥净浆硬化体)的抗压强度、抗折强度、抗冲击强度分别有明显提高，弹性模量有明显降低。针状硅灰石微粉在水泥石中分散，在水泥石内部形成“搭桥”作用，可在一定程度上阻止水泥石裂纹发生和扩展，起到增强水泥石力学性能的作用。据试验研究，加入4％硅灰石微粉的水泥石较空白水泥石的抗压强度、抗折强度、抗冲击强度分别提高了17.6％、20.9％、21.1％；弹性模量下降26％，养护1d水泥石气体渗透率最大下降38.3％。

偏高岭土添加到了水泥净浆中进行试验，结果表明：水泥石的抗压强度和剪切强度均随水化龄期的增加而增加。相对于纯油井水泥样品而言，当添加约12％偏高岭土二元体系具有较好的抗压强度，经实验测试，在水化3天和28天，水合时间分别增加了12％和14％，剪切粘结强度在3天和28天时分别提高了123％和35％。因此，在水泥中加入一定量的偏高岭土，可以延长油气井的寿命。当硅灰石微粉和偏高岭土混合使用时，二者质量比最好为1:4。这是因为偏高岭土的含量达到较高值时才有好的效果。

由于固井水泥在井下工况受复杂应力影响易产生微裂缝与微隙,造成封固能力下降。为此，本发明中增加了降脆增韧剂。所述降脆增韧剂是由高弹模PVA纤维、低弹模聚丙烯纤维、硫酸钙晶须、碳纤维按照1:1:1:1 的质量比混合组成；其中，硫酸钙晶须在油井水泥组合物中的含量为 1-3％。或者降脆增韧剂是由碳纤维和含固化剂的水性环氧树脂所组成，其中碳纤维和含固化剂的水性环氧树脂质量比为1:5，且控制碳纤维在油井水泥组合物中的含量为0.2％。

高弹模PVA纤维、低弹模聚丙烯纤维、硫酸钙晶须材料混用有助于对水泥固化体降脆增韧。相对于单掺纤维或单掺晶须,将二者混杂使用的增韧效果更好，其原理在于：硫酸钙晶须属于微米级材料,可以阻止微米级微裂纹的产生和扩展；纤维属于毫米级材料,可以阻止毫米级微裂缝的产生与扩展；二者混杂使用可以起到多层次阻裂和增韧的目的。硫酸钙晶须掺入高炉矿渣水泥，早期力学性能随着石膏晶须掺加量的增加呈先提高后降低的趋势，当添加量1％时力学性能最佳，养护7天时抗压强度和抗折强度较未掺加时提高了11％左右。养护28d时，力学性能随着随着石膏晶须的增加而呈提高趋势，当晶须掺加量为3％时，抗压强度和抗折强度分别提高8.8％和24％。

碳纤维和含固化剂的水性环氧树脂可以协同增强油井水泥固化体，可对油井水泥固化体起到增强增韧作用。经加入到净浆水泥中试验发现, 相比较单掺碳纤维和单掺含固化剂的水性环氧树脂乳液的水泥石,两种材料协同作用水泥石力学性能提高。在0.2％碳纤维和1％乳液加量协同作用下的水泥石抗压强度、抗折强度、抗冲击强度分别为35.44MPa、11.15 MPa、2.08k J/m²，弹性模量达到5.8GPa。通过扫描电镜观察，乳液的网状结构和碳纤维的桥接作用综合提高水泥石性能，有效的控制了水泥石微裂隙的发展，从而提高水泥石的力学性能。

本发明中，高温增强剂为纳米SiO₂溶胶。优选地，控制纳米SiO₂溶胶在所述油井水泥组合物中的含量为2-4％。经加入到净浆水泥中试验发现，利用X射线衍射仪等分析手段，测定了高温条件下(150℃/35MPa)，该含量的纳米SiO₂溶胶水泥石抗压强度的影响及变化规律，研究结果表明：纳米SiO₂溶胶可以提高水泥浆的稠度系数,对水泥浆的流变性会产生一定的不利的影响(APC分散剂可改善流变性)，在高温养护初期,纳米 SiO₂溶胶会降低水泥石的抗压强度,但加入纳米SiO₂溶胶的水泥石的抗压强度不会随着养护时间的增加而产生明显的变化，加入少量纳米SiO₂溶胶的水泥中的纳米SiO₂颗粒吸附在水泥矿物表面阻碍水化反应，能够缓解水泥水化产物的高温脱水变质。

本发明中，分散剂为APC分散剂。APC分散剂是在油井固井作业中使用，尤其是高温环境下，在60℃以上的水泥浆体的流动性、流变性、稠化时间和抗压强度。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)等检测手段对水化产物的形成进行表征，结果表明，APC分散剂通过静电斥力和空间斥力具有更好的分散性能和滞留性能，显着改善了水泥浆体的流变性能，提高水泥浆体的施工性。优选地，APC分散剂在油井水泥组合物中的含量为2％时即可有效改善水泥浆体的流变性。

进一步地，本发明的油井水泥组合物中还含有4A-1沸石，用量范围 0.5-1份。

实验室研究证明，添加4A-1沸石的水泥样品，在15兆帕和90摄氏度的二氧化碳饱和水中进行7天和14天的降解试验，4A-1沸石在抗CO₂侵蚀和抗压强度14天后表现出很好的性能,水泥体系在暴露在富CO₂环境中长达14天后，其抗压强度没有表现出显着的损失,反而由于碳化过程表现出机械强度的增加。

进一步地，本发明的油井水泥组合物中还含有自膨胀封堵剂，所述自膨胀封堵剂是由丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸酯聚合制备的粒径为50nm-150nm的交联聚合物微球膨胀剂；该交联聚合物微球膨胀剂用量为0.2-1份。

由丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸酯聚合制备聚合物微球膨胀剂的方法为：以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(Amps)、丙烯酸羟丙酯为原料，以过硫酸钾为引发剂，N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂(Bis)，用水溶液法合成，交联剂用量为单体的0.03％，引发剂用量为单体的0.04％，聚合温度50-70℃，单体质量浓度为35-40％。

实验室试验发现，利用扫描电镜其微观形态进行观察，结果表明,聚合物微球膨胀剂具有良好的球形形态，对水泥浆常规性能无不利影响；加入0.3-0.5％后，养护7d的水泥石膨胀率最高达1.62％,远高于目前现有的膨胀剂；当水泥石出现裂缝遇到水窜后，该交联聚合物微球膨胀剂吸水并进一步发生膨胀,直径由原来的100nm左右膨胀为600nm以上,有效填充和阻塞裂缝,防止水窜发生，可解决固井过程中的水窜问题。

以下为本发明的较佳实施例。

实施例1

本实施例提供一种用于固井的油井水泥组合物，包括按质量份数计的：熟料60份、抗强度衰退剂8份、降脆增韧剂4份、高温增强剂4份、 BFS 20份、分散剂1.5份。BFS由以下重量百分比的原料组成： CaO35-45％，SiO₂ 30-40％，Al₂O₃ 10-18％，MgO 5-12％，Fe₂O₃ 0.2-1％，MnO 0.2-1％，SO₃1-5％。抗强度衰退剂为硅灰石微粉，降脆增韧剂为高弹模PVA纤维、低弹模聚丙烯纤维、硫酸钙晶须按照1:1:10混合；所述高温增强剂为纳米SiO₂溶胶(尺寸范围在1～100nm)；分散剂为APC。制备方法：将BFS和熟料经球磨，磨细至颗粒的比表面积约3000cm²/g，再将其他组分加入后，再次混合，得到实施例1的油井水泥组合物。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上，将抗强度衰退剂改为按照质量比 1:4混合的硅灰石微粉与偏高岭土。其他与实施例1相同。

实施例3

本实施例是在实施例1的基础上，将降脆增韧剂改为碳纤维和含固化剂的水性环氧树脂所组成，其中碳纤维和含固化剂的水性环氧树脂质量比为1:5，且控制碳纤维在油井水泥组合物中的含量为0.2％。

实施例4

本实施例是在实施例1的基础上，将抗强度衰退剂改为偏高岭土，使其含量达到12％。其他与实施例1相同。

实施例5

本实施例提供一种用于固井的油井水泥组合物，包括按质量份数计的：熟料55份、抗强度衰退剂5份、降脆增韧剂5份、高温增强剂3份、 BFS 15份、分散剂2份、4A-1沸石1份。BFS由以下重量百分比的原料组成：CaO35-45％，SiO₂ 30-40％，Al₂O₃ 10-18％，MgO 5-12％， Fe₂O₃ 0.2-1％，MnO 0.2-1％，SO₃1-5％。抗强度衰退剂为硅灰石微粉，降脆增韧剂为高弹模PVA纤维、低弹模聚丙烯纤维、硫酸钙晶须按照1:1:10混合；所述高温增强剂为纳米SiO₂溶胶(尺寸范围在1～100nm)；分散剂为APC。制备方法：将BFS和熟料经球磨，磨细至颗粒的比表面积约3000cm²/g，再将其他组分加入后，再次混合，得到实施例5的油井水泥组合物。

实施例6

本实施例提供一种用于固井的油井水泥组合物，包括按质量份数计的：熟料55份、抗强度衰退剂5份、降脆增韧剂5份、高温增强剂3份、 BFS 15份、分散剂2份、4A-1沸石1份、微球膨胀剂0.6份。BFS由以下重量百分比的原料组成：CaO35-45％，SiO₂ 30-40％，Al₂O₃10-18％，MgO 5-12％，Fe₂O₃ 0.2-1％，MnO 0.2-1％，SO₃1-5％。抗强度衰退剂为硅灰石微粉，降脆增韧剂为高弹模PVA纤维、低弹模聚丙烯纤维、硫酸钙晶须按照1:1:10混合；所述高温增强剂为纳米SiO₂溶胶(尺寸范围在1～100nm)；分散剂为APC，抗CO₂侵蚀剂为4A-1沸石。制备方法：将BFS和熟料经球磨，磨细至颗粒的比表面积约3000cm²/g，再将其他组分加入后，再次混合，得到实施例6的油井水泥组合物。

对比例1

对比例1与实施例1相同，只是不含抗强度衰退剂。

对比例2

对比例2与实施例1相同，只是不含降脆增韧剂。

对比例3

对比例3与实施例1相同，只是不含高温增强剂。

对比例4

对比例4与实施例1相同，只是分散剂用SAF代替。

将上述水泥组合物，加入到混灰设备中，充分混拌均匀后，分别制备固井水泥石，具体包括如下步骤：

1、实验中所用水泥浆的制备：按照《GB/T 19139-2012油井水泥试验方法》中水泥浆制备方法，将1000g混合好的水泥组合物，均匀混入 440g配浆水中制备得到水泥浆。该水泥浆浆体的性能满足现场施工要求。其中，在配浆水中，降失水剂、缓凝剂的加入量分别为配浆水总质量的 4.0％、1.5％。

2、水泥石成型及养护：按照《GB/T 19139-2012油井水泥试验方法》标准中规定的方法，对上述步骤1中得到的水泥浆进行装模成型，然后将得到的试模放入高压养护釜中进行高温高压养护，同一组试样养护时间分别为3d、7d、14d、28d和90d。

3、试样的抗压强度测试：按照《GB/T 19139-2012油井水泥试验方法》中水泥石抗压强度的测试标准，测试不同养护龄期水泥石的抗压强度。具体数据如下表1所示。

表1不同养护龄期水泥石的抗压强度性能测试

对以上各实施例和对比例的油井水泥固化体性能测试如下：

此外，与其他实施例相比，实施例6防水窜性能更好，实施例5具有较好的抗二氧化碳侵蚀效果，可延长油井固井水泥的使用寿命。对比例4的流变性能比其他实施例和对比例要差。本发明使用APC分散剂，可改善水泥的孔结构，不仅能显著改善水泥浆体的流变性能，还能提高了水泥的密实度，提高水泥石的早期强度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种用于固井的油井水泥组合物，其特征在于，其包括按质量份数计的：熟料50-60份、抗强度衰退剂5-10份、降脆增韧剂4-8份、高温增强剂2-5份、BFS 10-20份、分散剂0.5-4份、4A-1沸石0.5-1质量份；

所述BFS由以下重量百分比的原料组成：CaO35-45％，SiO₂ 30-40％，Al₂O₃ 10-18％，MgO 5-12％，Fe₂O₃ 0.2-1％，MnO 0.2-1％和SO₃1-5％；

所述降脆增韧剂是由高弹模PVA纤维、低弹模聚丙烯纤维、硫酸钙晶须按照1:1:10的质量比混合组成；且其中使硫酸钙晶须在油井水泥组合物中的含量为3-4wt％；

或者所述降脆增韧剂是由碳纤维和含固化剂的水性环氧树脂所组成，其中碳纤维和含固化剂的水性环氧树脂质量比为1:5，且控制碳纤维在油井水泥组合物中的含量为0.2wt％；

所述高温增强剂为纳米SiO₂溶胶；

所述分散剂为APC分散剂；所述油井水泥组合物中还含有自膨胀封堵剂，所述自膨胀封堵剂是由丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸酯聚合制备的粒径为50nm-150nm的交联聚合物微球膨胀剂；该交联聚合物微球膨胀剂用量为0.2-1质量份。

2.根据权利要求1所述的用于固井的油井水泥组合物，其特征在于，所述纳米SiO₂溶胶在油井水泥组合物中的含量为2-4wt％。

3.根据权利要求1所述的用于固井的油井水泥组合物，其特征在于，所述APC分散剂在油井水泥组合物中的含量为2wt％。

4.一种用于固井的油井水泥组合物的制备方法，其特征在于，其包括；

S1：原料研磨

准备熟料50-60质量份和BFS 10-20质量份；

将BFS和熟料按配比混合后，磨细至颗粒的比表面积为2900-3300cm²/g，得到粉料；

S2：配制抗强度衰退剂和降脆增韧剂

降脆增韧剂由高弹模PVA纤维、低弹模聚丙烯纤维、硫酸钙晶须按照1:1:10的质量比混合组成；且其中使硫酸钙晶须在油井水泥组合物中的含量为3-4wt％；

S3：混配

取S1步骤的粉料60-80质量份、抗强度衰退剂5-10份、降脆增韧剂4-8份、纳米SiO₂溶胶2-5份、APC分散剂0.5-4份，在混料机内混合均匀。