CN112194389B - 一种抗强度衰减的油井水泥及其制备方法 - Google Patents

一种抗强度衰减的油井水泥及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及油井水泥制备技术领域，公开了一种抗强度衰减的油井水泥及其制备方法。所述油井水泥的原料包括电石渣、硅砂、钢渣、粉煤灰、石膏和缓凝剂，其中，以所述油井水泥的原料的总重量为100重量份计，所述电石渣为44‑60重量份、所述硅砂为10‑40重量份、所述钢渣为8‑12重量份、所述粉煤灰为5‑10重量份、所述石膏为2‑5重量份，所述缓凝剂为1‑3重量份。本发明以电石渣、硅砂、钢渣、粉煤灰、石膏和缓凝剂这些特定的组分为原料，并合理设置各组分的含量配比，制备出的油井水泥稳定性、抗腐蚀性强，且在高温、高压条件下强度不会衰减并有较大幅度的增长。

Description

一种抗强度衰减的油井水泥及其制备方法
技术领域
本发明涉及油井水泥制备技术领域，具体涉及一种抗强度衰减的油井水泥及其制备方法
背景技术
油井水泥是专门用于石油工程中泊、气井固井施工的重要封堵材料。它的主要主用是将套管与周围的岩层胶结封固，封隔地层内油、气、水层，防止互相串扰，以便在井内形成一条从油层流向地面且隔绝良好的油流通道。由于油气井注水泥时要把水泥浆泵送到井下几百米或几千米井眼与套管之间的环形空间，而井下温度和压力又会随井深增加而增大，因此对油井水泥性能的要求要比一般建筑水泥更加严格，特别是水泥强度。现有技术中的油井水泥大多在在高温高压条件下，稠化时间较短、强度会降低，且温度越高强度衰减越大，会破坏水泥的强度，产生堵塞的现象，给油田造成较大经济损失。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种抗强度衰减的油井水泥及其制备方法，该方法制备的油井水泥稳定性、抗腐蚀性强，且在高温、高压条件下强度不会衰减并有一定的增长。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种抗强度衰减的油井水泥，所述油井水泥的原料包括电石渣、硅砂、钢渣、粉煤灰、石膏和缓凝剂，其中，以所述油井水泥的原料的总重量为100重量份计，所述电石渣为44-60重量份、所述硅砂为10-40重量份、所述钢渣为8-12重量份、所述粉煤灰为5-10重量份、所述石膏为2-5重量份，所述缓凝剂为1-3重量份。
优选地，所述电石渣为45-58重量份、所述硅砂为25-35重量份、所述钢渣为9-11重量份、所述粉煤灰为5-8重量份、所述石膏为3-5重量份，所述缓凝剂为2-3重量份。
优选地，所述缓凝剂为无机缓凝剂。
更为优选地，所述缓凝剂为磷酸盐和/或偏磷酸盐类缓凝剂。
本发明另一方面提供了一种前文所述的油井水泥的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将前处理后的电石渣、硅砂、钢渣、粉煤灰按比例配料后进行粉磨，得到生料；
(2)将生料均化，送入烧成系统预热器进行预热和预分解；
(3)将预热预分解后的物料送入回转窑进行煅烧，得到熟料，冷却；
(4)将熟料与石膏和缓凝剂按比例混合后进行粉磨，得到成品。
优选地，在步骤(1)中，所述前处理包括压滤、除杂、粉碎或干燥中的至少一种。
优选地，在步骤(1)中，干燥的热源为油井水泥生产过程中产生的废气烟气。
优选地，在步骤(1)中，粉磨后得到的生料的粒度小于80μm。
优选地，在步骤(3)中，在回转窑中物料煅烧时碳酸钙的分解率为85-90％。
优选地，在步骤(4)中，粉磨后得到成品的粒度≤0.5mm。
本发明以电石渣、硅砂、钢渣、粉煤灰、石膏和缓凝剂这些特定的组分为原料，并合理设置各组分的含量配比，制备出的油井水泥稳定性、抗腐蚀性强，且在高温、高压条件下强度不会衰减并有较大幅度的增长。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明所述的抗强度衰减的油井水泥的原料包括电石渣、硅砂、钢渣、粉煤灰、石膏和缓凝剂，其中，以所述油井水泥的原料的总重量为100重量份计，所述电石渣为44-60重量份、所述硅砂为10-40重量份、所述钢渣为8-12重量份、所述粉煤灰为5-10重量份、所述石膏为2-5重量份，所述缓凝剂为1-3重量份。
在一种优选实施方式中，所述电石渣为45-58重量份、所述硅砂为25-35重量份、所述钢渣为9-11重量份、所述粉煤灰为5-8重量份、所述石膏为3-5重量份，所述缓凝剂为2-3重量份。
在一种更为优选的实施方式中，所述电石渣为47重量份、所述硅砂为30重量份、所述钢渣为10重量份、所述粉煤灰7重量份、所述石膏为4重量份，所述缓凝剂为2重量份。
在本发明所述的油井水泥中，所述缓凝剂可以为本领域的常规选择，优选情况下，所述缓凝剂无机缓凝剂。在具体实施方式中，所述缓凝剂为磷酸盐和/或偏磷酸盐类缓凝剂。
本发明所述的油井水泥的制备方法，包括以下步骤：
(1)将前处理后的电石渣、硅砂、钢渣、粉煤灰按比例配料后进行粉磨，得到生料；
(2)将生料均化，送入烧成系统预热器进行预热和预分解；
(3)将预热预分解后的物料送入回转窑进行煅烧，得到熟料，冷却；
(4)将熟料与石膏和缓凝剂按比例混合后进行粉磨，得到成品。
在具体实施方式中，在步骤(1)中，所述前处理包括压滤、除杂、粉碎或干燥中的至少一种。优选地，所述电石渣需要经过干燥、压滤和粉碎；所述硅石、粉煤灰和钢渣需要分离杂质和粉碎。
在本发明所述的方法中，在步骤(1)中，干燥的热源为油井水泥生产过程中产生的废气烟气。
在本发明所述的方法中，在步骤(1)中，粉磨后得到的生料的粒度小于80μm；优选地，粉磨后得到的生料的粒度小于78μm；更为优选地，粉磨后得到的生料的粒度小于75μm。
在本发明所述的方法中，在步骤(3)中，在回转窑中物料煅烧时碳酸钙的分解率为85-90％；具体地，例如可以为85％、86％、87％、88％、89％或90％；优选情况下，在回转窑中物料煅烧时碳酸钙的分解率为88％。
在本发明所述的方法中，在步骤(4)中，粉磨后得到成品的粒度≤0.5mm；优选地，粉磨后得到成品的粒度≤0.4mm；更为优选地，粉磨后得到成品的粒度≤0.3mm。
本发明以电石渣、硅砂、钢渣、粉煤灰、石膏和缓凝剂这些特定的组分为原料，采用干法制备油井水泥，不仅能实现废物利用，而且制备出的油井水泥稳定性、抗腐蚀性强，且在高温、高压条件下强度不会衰减并有一定的增长。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
(1)将前处理后的47重量份的电石渣、30重量份的硅砂、10重量份的钢渣、7重量份的粉煤灰按比例配料后进行粉磨，得到粒度小于80μm的生料；
(2)将生料均化，送入烧成系统预热器进行预热和预分解；
(3)将预热预分解后的物料送入回转窑进行煅烧，碳酸钙的分解率为88％，得到熟料，冷却；
(4)将熟料与4重量份的石膏和2重量份的磷酸盐缓凝剂按比例混合后进行粉磨，得到粒度小于0.5mm的成品A1。
实施例2
(1)将前处理后的44重量份的电石渣、40重量份的硅砂、8重量份的钢渣、5重量份的粉煤灰按比例配料后进行粉磨，得到粒度小于79μm的生料；
(2)将生料均化，送入烧成系统预热器进行预热和预分解；
(3)将预热预分解后的物料送入回转窑进行煅烧，碳酸钙的分解率为90％，得到熟料，冷却；
(4)将熟料与2重量份的石膏和1重量份的偏磷酸盐缓凝剂按比例混合后进行粉磨，得到粒度小于0.3mm的成品A2。
实施例3
(1)将前处理后的60重量份的电石渣、10重量份的硅砂、12重量份的钢渣、10重量份的粉煤灰按比例配料后进行粉磨，得到粒度小于75μm的生料；
(2)将生料均化，送入烧成系统预热器进行预热和预分解；
(3)将预热预分解后的物料送入回转窑进行煅烧，碳酸钙的分解率为85％，得到熟料，冷却；
(4)将熟料与5重量份的石膏和3重量份的磷酸盐缓凝剂按比例混合后进行粉磨，得到粒度小于0.4mm的成品A3。
实施例4
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(1)中，电石渣为55重量份，硅砂为22重量份，得到成品A4。
对比例1
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(1)中，不加入电石渣，加入77重量份的硅砂，得到成品B1。
对比例2
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(1)中，不加入硅砂，加入77重量份的电石渣，得到成品B2。
对比例3
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(1)中，不加入钢渣，加入40重量份的硅砂，得到成品B3。
对比例4
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(1)中，不加入粉煤灰，加入54重量份的电石渣，得到成品B4。
对比例5
按照实施例1的方法实施，不同的是，在步骤(4)中，不加入石膏，加入34重量份的硅砂，得到成品B5。
测试例
测试油井水泥成品A1-A4和B1-B5在不同温度和压力下的强度，结果如表1所示。
表1
Figure GDA0003537730710000071
通过表1的结果可以看出，采用本发明所述的技术方案制备的油井水泥与常温常压下相比，在高温高压条件下，抗压强度不仅衰减，反而有较大幅度的增加。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种抗强度衰减的油井水泥，其特征在于，所述油井水泥的原料包括电石渣、硅砂、钢渣、粉煤灰、石膏和缓凝剂，其中，以所述油井水泥的原料的总重量为100重量份计，所述电石渣为44-60重量份、所述硅砂为10-40重量份、所述钢渣为8-12重量份、所述粉煤灰为5-10重量份、所述石膏为2-5重量份，所述缓凝剂为1-3重量份；
所述油井水泥的制备方法，包括以下步骤：
(1)将前处理后的电石渣、硅砂、钢渣、粉煤灰按比例配料后进行粉磨，得到生料；
(2)将生料均化，送入烧成系统预热器进行预热和预分解；
(3)将预热预分解后的物料送入回转窑进行煅烧，得到熟料，冷却；
(4)将熟料与石膏和缓凝剂按比例混合后进行粉磨，得到成品；
所述缓凝剂为磷酸盐和/或偏磷酸盐类缓凝剂。
2.根据权利要求1所述的油井水泥，其特征在于，所述电石渣为45-58重量份、所述硅砂为25-35重量份、所述钢渣为9-11重量份、所述粉煤灰为5-8重量份、所述石膏为3-5重量份，所述缓凝剂为2-3重量份。
3.权利要求1-2中任意一项所述的油井水泥的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将前处理后的电石渣、硅砂、钢渣、粉煤灰按比例配料后进行粉磨，得到生料；
(2)将生料均化，送入烧成系统预热器进行预热和预分解；
(3)将预热预分解后的物料送入回转窑进行煅烧，得到熟料，冷却；
(4)将熟料与石膏和缓凝剂按比例混合后进行粉磨，得到成品。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述前处理包括压滤、除杂、粉碎或干燥中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，干燥的热源为油井水泥生产过程中产生的废气烟气。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，粉磨后得到的生料的粒度小于80μm。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，在回转窑中物料煅烧时碳酸钙的分解率为85-90％。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，粉磨后得到成品的粒度≤0.5mm。
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