CN112299736A - 一种胶凝组合物、复合胶凝材料及固井液 - Google Patents
一种胶凝组合物、复合胶凝材料及固井液 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112299736A CN112299736A CN201910694360.9A CN201910694360A CN112299736A CN 112299736 A CN112299736 A CN 112299736A CN 201910694360 A CN201910694360 A CN 201910694360A CN 112299736 A CN112299736 A CN 112299736A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cement
- admixture
- parts
- cementing
- high temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims abstract description 69
- OSMSIOKMMFKNIL-UHFFFAOYSA-N calcium;silicon Chemical compound [Ca]=[Si] OSMSIOKMMFKNIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 claims abstract description 10
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 28
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 18
- 229910021487 silica fume Inorganic materials 0.000 claims description 18
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000003129 oil well Substances 0.000 claims description 16
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 12
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 10
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 10
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- -1 aldehyde ketone Chemical class 0.000 claims description 4
- IRLPACMLTUPBCL-KQYNXXCUSA-N 5'-adenylyl sulfate Chemical compound C1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1[C@@H]1O[C@H](COP(O)(=O)OS(O)(=O)=O)[C@@H](O)[C@H]1O IRLPACMLTUPBCL-KQYNXXCUSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 claims description 2
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 claims description 2
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 claims description 2
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 claims description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 2
- BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M sulfonate Chemical compound [O-]S(=O)=O BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 abstract description 10
- 239000004575 stone Substances 0.000 abstract description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 abstract 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 10
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 7
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 239000013530 defoamer Substances 0.000 description 5
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 239000002518 antifoaming agent Substances 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 2
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000404 calcium aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- 235000012215 calcium aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- WNCYAPRTYDMSFP-UHFFFAOYSA-N calcium aluminosilicate Chemical compound [Al+3].[Al+3].[Ca+2].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O WNCYAPRTYDMSFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940078583 calcium aluminosilicate Drugs 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 230000008093 supporting effect Effects 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
- C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
- C04B40/0039—Premixtures of ingredients
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
- C04B28/026—Oil shale cements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
- C09K8/42—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells
- C09K8/46—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells containing inorganic binders, e.g. Portland cement
- C09K8/467—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells containing inorganic binders, e.g. Portland cement containing additives for specific purposes
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
- E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
- E21B33/13—Methods or devices for cementing, for plugging holes, crevices or the like
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00008—Obtaining or using nanotechnology related materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00724—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 in mining operations, e.g. for backfilling; in making tunnels or galleries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
本发明涉及一种胶凝组合物，包含此胶凝组合物的复合胶凝材料和固井液。所述胶凝组合物包括硅铝质掺合料、钙硅质掺合料、增强材料和增韧材料。所述复合胶凝材料包括水泥和上述胶凝组合物。由该复合胶凝材料配制成的固井液，具有体系稳定性好、滤失水量低、稠化时间可调的优点。形成的硬化水泥石具有高温下强度高且长期时抗强度衰退，在超深井和热采井等具有高温环境的油气井开发领域具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及油气井固井领域，具体涉及一种胶凝组合物，包含此胶凝组合物的复合胶凝材料及固井液。
背景技术
随着我国油气井勘探开发的逐渐深入，深井超深井也随之增多，井下的温度也逐渐升高，目前已超过200℃甚至更高。我国稠油资源储量丰富，稠油的开采具有很大的潜力。稠油开采过程中，注入高温蒸汽，经过多轮次的高温蒸汽吞吐。为了防止普通油井水泥石在高温下发生强度衰退，通常情况下在水泥浆中掺入一定量的硅粉，通过降低水化产物CSH凝胶的Ca/Si比，以保持水泥石强度稳定。但超过一定的温度后，一般情况下是180℃，即使掺入大量的硅粉也不能阻止水泥石长期时发生强度衰退，引发水泥环胶结性能下降，封隔和支撑作用降低，造成套管损坏和环空密封失效问题。尤其是热采井，经过多轮次的高温蒸汽吞吐后，水泥环的强度衰退显著。因此，对固井水泥石在高温下的力学性能提出了更加严格的要求，在高温下具备良好的强度，且保持长期的抗强度衰退性能。另外，水泥的生产，消耗大量的黏土、岩石等资料和能源，释放大量的CO2等有害气体，污染环境。因此，在更高温时，通过掺入硅粉已不能满足水泥石抗强度衰退的要求。
因此，急需开发一种耐高温的复合胶凝材料固井液，具有高温下抗强度衰退，同时可节约水泥，保护环境。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明第一方面提供了一种胶凝组合物，本发明第二方面提供了一种复合胶凝材料，本发明的第三方面提供了一种固井液，由本发明的复合胶凝材料配制的固井液凝结硬化后，不仅防止了水泥石的强度衰退，而且改善了水泥石在高温下的脆性，提高了水泥石的抗冲击韧性，满足高温环境油气井固井需求，尤其适合于当前超深井和热采井中固井的应用。
本发明第一方面提供了一种胶凝组合物，所述胶凝组合物包括硅铝质掺合料、钙硅质掺合料、增强材料和增韧材料。
根据本发明的一些实施方式，所述硅铝质掺合料的主要成分包括SiO2和Al2O3.
根据本发明的一些实施方式，以硅铝质掺合料总重计，SiO2为40-60％，Al2O3为30-50％。
根据本发明的一些实施方式，所述硅铝质掺合料还包括少量的Fe2O3、CaO和MgO。
在本发明的一些优选方式中，所述硅铝质掺合料选自煤矸石、沸石粉、偏高岭土、火山灰和粉煤灰中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述钙硅质掺合料的主要成分包括SiO2和CaO以及任选地Al2O3、MgO和Fe2O3。
根据本发明的一些实施方式，以钙硅质掺合料总重计，SiO2为20-40％，CaO为20-40％，Al2O3为5-20％，MgO为1-10％。
在本发明的一些优选方式中，所述硅铝质掺合料为磨细粒化高炉矿渣。
根据本发明的一些实施方式，所述增强材料为纳米硅灰。
根据本发明的一些实施方式，所述纳米硅灰的粒径为10-800nm。
根据本发明的一些实施方式，所述纳米硅灰的粒径为50～300nm。
本文中术语“纳米硅灰”是指粒径小于1000nm的硅灰。
根据本发明的一些实施方式，所述增韧材料选自钙质和镁质晶须中的一种或多种，优选选自硫酸钙晶须、碳酸钙晶须、硫酸镁晶须和碳酸镁晶须中的一种或多种，更优选地所述硫酸钙晶须的长度为10～300um、直径为300～3000nm。
根据本发明的一些实施方式，所述硅铝质掺合料和钙硅质掺合料的质量比为1:(1-3)，例如1:1、1:1.5、1:2.0、1:2.5、1:2.7和1:3以及它们之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式，所述硅铝质掺合料和钙硅质掺合料的质量比为1:(1-2)，例如1:1.1、1:1.2、1:1.33、1:1.4、1:1.47、1:1.5和1:2以及它们之间的任意值。将硅铝质掺合料和钙硅质掺合料控制在上述质量比范围以内固化后水泥石的强度更高且更好的保持强度不衰退。
根据本发明的一些实施方式，所述硅铝质掺合料与钙硅质掺合料质量之和与增强材料的质量比为(5-30):1。
根据本发明的一些实施方式，所述硅铝质掺合料与钙硅质掺合料质量之和与增强材料的质量比为(10-25):1。
根据本发明的一些实施方式，所述硅铝质掺合料与钙硅质掺合料质量之和与增强材料的质量比为(15-20):1，例如17:1、17.5:1、18:1、18.5:1和19:1以及它们之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式，所述硅铝质掺合料与钙硅质掺合料质量之和与增韧材料的质量比为(20-60):1。
根据本发明的一些实施方式，所述硅铝质掺合料与钙硅质掺合料质量之和与增韧材料的质量比为(30-50):1。
根据本发明的一些实施方式，所述硅铝质掺合料与钙硅质掺合料质量之和与增韧材料的质量比为(35-40):1，例如35:1、36:1、37:1、38:1和39:1以及它们之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式，所述硅铝质掺合料、钙硅质掺合料、增强材料和增韧材料的质量比为(20-30):(40-55):(3-5):(1-3)。
本发明的第二方面提供了一种复合胶凝材料，其通过包括水泥和上述胶凝组合物的原料制备而成，或者包括水泥和上述胶凝组合物。
根据本发明的一些实施方式，所述水泥为油井水泥，优选为G级油井水泥。
根据本发明的一些实施方式，以水泥和胶凝组合物的总重计，水泥的含量为10-60％。
根据本发明的一些实施方式，以水泥和胶凝组合物的总重计，水泥的含量为20-40％。
根据本发明的一些优选方式，本发明通过以少量的油井水泥为基本材料，加入一定量的以硅铝质掺合料为主和以钙硅质掺合料为主的潜在活性材料，水化生成更加具有高温稳定性的产物水化硅铝酸钙，防止强度衰退；掺入少量的纳米硅灰和晶须，填充水泥石中的孔隙，增加强度。形成耐高温复合胶凝材料，从而达到高温环境下水泥环强度不衰退，满足超深井及热采井等超高温环境油气井的长期安全开发，且达到充分利用矿物掺合料，节约水泥，保护环境的目的。
本发明的第三方面提供了一种固井液，所述固井液包括上述复合胶凝材料、抗高温降滤失剂、抗高温分散剂、抗高温缓凝剂和水。
根据本发明的一些实施方式，所述抗高温降滤失剂选自磺酸盐有机聚合物中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述抗高温分散剂选自磺化醛酮缩聚物中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述抗高温缓凝剂选自多糖类化合物和AMPS聚合物中的一种或多种。
根据本发明的一些实施方式，所述水为自来水或含盐量小于0.5g/L的水。
根据本发明的一些实施方式，以重量份计，所述复合胶凝材料为80-120份，抗高温降滤失剂为1-7份，抗高温分散剂为0.5-2份、抗高温缓凝剂为0-1份和水为20-60份。
根据本发明的一些实施方式，以重量份计，所述复合胶凝材料为90-110份，抗高温降滤失剂为2-6份，抗高温分散剂为0.5-1.5份、抗高温缓凝剂为0.3-0.6份和水为30-50份。
根据本发明的一些实施方式，以重量份计，所述复合胶凝材料中油井水泥10-60份，硅铝质掺合料10-50份，钙硅质掺合料10-80份，纳米硅灰1-8份，纳米晶须1-10份。
水泥浆的稳定性可以以吸水量和上下密度差表征。在本发明的一个优选的实施方式中，在110-300℃，60MPa条件下，所述水泥浆的密度为1.80-2.00g/cm3，水泥浆的流动度大于18cm，析水量小于0.5％、上下密度差小于0.02g/cm3。
根据本发明的一些实施方式，在养护24-96小时、优选72小时后，所述固井液的水泥石的抗压强度大于14MPa。
本发明的发明人将两种在常温与水不发生水化反应或非常低的水化反应程度的潜在活性材料掺入到水泥中，在水泥水化后产生的碱性环境激发和高温激发下，可发激发其潜在活性。纳米硅灰填充复合胶凝材料硬化后的孔隙，增强强度；晶须起到纤维的桥链作用，增强硬化浆体的韧性，降低其脆性，提高抗拉强度。从而形成耐高温固井用复合胶凝材料及固井液。另外充分利用矿物掺合料，节约油井水泥生产时消耗大量的黏土、岩石等资料和能源，减少释放的大量CO2等有害气体，保护环境。
本发明的有益效果在于：
(1)与各种外加剂配伍性好，固井液性能稳定，满足油气井固井施工要求；
(2)有效的改善了固井水泥石在高温下的强度衰退；
(3)固井液体系价格低廉，节约了成本；
(4)由本发明的复合胶凝材料配制的固井液凝结硬化后，不仅防止了水泥石的强度衰退，而且改善了水泥石在高温下的脆性，提高了水泥石的抗冲击韧性，满足高温环境油气井固井需求，尤其适合于当前超深井和热采井中固井的应用。
具体实施方式
试剂成分或牌号
抗高温降滤失剂：AMPS类降滤失剂，购自德州大陆架石油工程技术有限公司。
抗高温分散剂：聚羧酸类分散剂，主要组成为丙烯酸和HPEG，购自德州大陆架石油工程技术有限公司。
抗高温缓凝剂：AMPS聚合物缓凝剂，购自德州大陆架石油工程技术有限公司。
高温稳定剂：硅粉，购自德州大陆架石油工程技术有限公司。
硅铝质掺合料：SiO2含量为45-55％、Al2O3含量为30-35％。
钙硅质掺合料：SiO2含量为30-38％、CaO含量为35-40％、Al2O3含量为7-12％、MgO含量为3-8％。
纳米晶须：硫酸钙晶须，长度150-250um，直径700-900nm。
实施例1
采用油井水泥(嘉华G级)24份，400目硅铝质掺合料30份，钙硅质掺合料40份，粒径为50～300nm的纳米硅灰4份，纳米晶须2份，抗高温降滤失剂2-6份，抗高温分散剂1份，抗高温缓凝剂0.5份，水35-48份，消泡剂0.2份，配制出密度为1.80-2.00g/cm3固井水泥浆体系，220℃和21MPa环境下养护72小时，测试抗压强度为21MPa，养护28天，抗压强度为23MPa。
实施例2
采用油井水泥(嘉华G级)20份，硅铝质掺合料20份，钙硅质掺合料54份，粒径为50～300nm的纳米硅灰4份，纳米晶须2份，抗高温降滤失剂2-6份，抗高温分散剂1份，抗高温缓凝剂0.5份，水35-48份，消泡剂0.2份，配制出密度为1.80-2.00g/cm3固井水泥浆体系，220℃和21MPa环境下养护72小时，测试抗压强度为20MPa，养护28天，抗压强度为22MPa。
实施例3
采用油井水泥(嘉华G级)20份，硅铝质掺合料30份，钙硅质掺合料44份，粒径为50～300nm的纳米硅灰4份，纳米晶须2份，抗高温降滤失剂2-6份，抗高温分散剂1份，抗高温缓凝剂0.5份，水35-48份，消泡剂0.2份，配制出密度为1.80-2.00g/cm3固井水泥浆体系，220℃和21MPa环境下养护72小时，测试抗压强度为23MPa，养护28天，抗压强度为25MPa。
实施例4
与实施例1的不同之处在于，硅铝质掺合料70份，钙硅质掺合料0份。220℃和21MPa环境下养护72小时，测试抗压强度为11MPa，养护28天，抗压强度为17MPa。
实施例5
与实施例1的不同之处在于，硅铝质掺合料0份，钙硅质掺合料70份。220℃和21MPa环境下养护72小时，测试抗压强度为22MPa，养护28天，抗压强度为13MPa。
实施例6
与实施例1的不同之处在于，硅铝质掺合料50份，钙硅质掺合料20份。220℃和21MPa环境下养护72小时，测试抗压强度为17MPa，养护28天，抗压强度为19MPa。
实施例7
与实施例1不同之处仅在于水泥的含量10份，硅铝质掺合料36份，钙硅质掺合料48份，纳米硅灰4份，纳米晶须2份，抗高温降滤失剂2-6份，抗高温分散剂1份，抗高温缓凝剂0.5份，水35-48份，消泡剂0.2份，配制出密度为1.80-2.00g/cm3固井水泥浆体系，220℃和21MPa环境下养护72小时，测试抗压强度为17MPa，养护28天，抗压强度为26MPa。
实施例8
与实施例1不同之处仅在于水泥的含量59份。硅铝质掺合料15份，钙硅质掺合料20份，纳米硅灰4份，纳米晶须2份，抗高温降滤失剂2-6份，抗高温分散剂1份，抗高温缓凝剂0.5份，水35-48份，消泡剂0.2份，配制出密度为1.80-2.00g/cm3固井水泥浆体系，220℃和21MPa环境下养护72小时，测试抗压强度为18MPa，养护28天，抗压强度为11MPa。
对比例1
油井水泥(嘉华G级)100份，抗高温降滤失剂2-4份，分散剂1份，缓凝剂0.5份，水38-48份，消泡剂0.2份，配制出密度为1.80-2.00g/cm3油井水泥浆体系，220℃和21MPa环境下养护72小时，测试抗压强度为7MPa。
对比例2
油井水泥(嘉华G级)100份，高温稳定剂30-50份，抗高温降滤失剂2-4份，分散剂1份，缓凝剂0.5份，水50-68份，消泡剂0.2份，配制出密度为1.80-2.00g/cm3油井水泥浆体系，220℃和21MPa环境下养护72小时，测试抗压强度为17MPa，养护28天，抗压强度为12MPa。
对比例3
与实施例1不同之处仅在于，未加纳米硅灰与纳米晶须。采用油井水泥(嘉华G级)30份，硅铝质掺合料30份，钙硅质掺合料40份，抗高温降滤失剂2-6份，抗高温分散剂1份，抗高温缓凝剂0.5份，水35-48份，消泡剂0.2份，配制出密度为1.80-2.00g/cm3固井水泥浆体系，220℃和21MPa环境下养护72小时，测试抗压强度为15MPa，养护28天，抗压强度为18MPa。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不对本发明构成任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性的词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可以扩展至其它所有具有相同功能的方法和应用。
Claims (10)
1.一种胶凝组合物，其包括硅铝质掺合料、钙硅质掺合料、增强材料和增韧材料。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述硅铝质掺合料的主要成分包括SiO2和Al2O3，优选地，以硅铝质掺合料总重计，SiO2为40-60％，Al2O3为30-50％。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述钙硅质掺合料的主要成分包括SiO2和CaO以及任选地Al2O3、MgO和Fe2O3，优选地，以钙硅质掺合料总重计，SiO2为20-40％，CaO为20-40％，Al2O3为5-20％，MgO为1-10％。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的组合物，其特征在于，所述增强材料为纳米硅灰，优选所述纳米硅灰的粒径为10-800nm，更优选地所述纳米硅灰的粒径为50～300nm；和/或
所述增韧材料选自钙质晶须和镁质晶须中的一种或多种，优选选自硫酸钙晶须、碳酸钙晶须、硫酸镁晶须和碳酸镁晶须中的一种或多种，更优选地所述硫酸钙晶须的长度为10～300um、直径为300～3000nm。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的组合物，其特征在于，所述硅铝质掺合料和钙硅质掺合料的质量比为1:(0.1-5)，优选为1:(1-3)，更优选为1:(1.2-2.5)；和/或所述增强材料与硅铝质掺合料与钙硅质掺合料之和的质量比为1:(5-30)，优选为1:(10-25)，更优选为1:(15-20):，所述增韧材料与硅铝质掺合料与钙硅质掺合料之和的质量比为1:(20-60)，优选为1:(30-50)，更优选为1:(35-40)。
6.一种复合胶凝材料，其通过包括水泥和权利要求1-5中任意一项所述的胶凝组合物的原料制备而成，或者包括水泥和权利要求1-5中任意一项所述的胶凝组合物，其中所述水泥为油井水泥，优选为G级油井水泥；和/或
以水泥和胶凝组合物的总重计，水泥的含量为10-60％，优选为20-40％。
7.一种固井液，包括如权利要求6所述的复合胶凝材料、抗高温降滤失剂、抗高温分散剂、抗高温缓凝剂和水。
8.根据权利要求7所述的固井液，其特征在于，所述抗高温降滤失剂选自磺酸盐有机聚合物中的一种或多种；和/或所述抗高温分散剂选自磺化醛酮缩聚物中的一种或多种；和/或所述抗高温缓凝剂选自多糖类化合物和AMPS聚合物中的一种或多种。
9.根据权利要求7或8所述的固井液，其特征在于，以重量份计，所述复合胶凝材料为80-120份，抗高温降滤失剂为1-7份，抗高温分散剂为0.5-2份、抗高温缓凝剂为0-1份和水为20-60份，优选地所述复合胶凝材料为90-110份，抗高温降滤失剂为2-6份，抗高温分散剂为0.5-1.5份、抗高温缓凝剂为0.3-0.6份和水为30-50份。
10.根据权利要求6所述的复合胶凝材料或权利要求7-9中任意一项所述的固井液在固井中的应用，尤其是在超深井和热采井中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910694360.9A CN112299736B (zh) | 2019-07-30 | 2019-07-30 | 一种胶凝组合物、复合胶凝材料及固井液 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910694360.9A CN112299736B (zh) | 2019-07-30 | 2019-07-30 | 一种胶凝组合物、复合胶凝材料及固井液 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112299736A true CN112299736A (zh) | 2021-02-02 |
| CN112299736B CN112299736B (zh) | 2022-07-12 |
Family
ID=74330260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910694360.9A Active CN112299736B (zh) | 2019-07-30 | 2019-07-30 | 一种胶凝组合物、复合胶凝材料及固井液 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112299736B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113003962A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-06-22 | 中国海洋石油集团有限公司 | 一种水泥浆的胶凝材料及其制备方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1483220A1 (en) * | 2002-03-06 | 2004-12-08 | Halliburton Energy Services, Inc. | Lightweight well cement compositions and methods |
| EP1900704A2 (en) * | 2006-09-14 | 2008-03-19 | Bj Services Company | Low density cements for use in cementing operations |
| CN101445720A (zh) * | 2008-12-30 | 2009-06-03 | 清华大学 | 一种油气田固井用凝石胶凝材料的制备方法 |
| CN101805596A (zh) * | 2010-03-30 | 2010-08-18 | 哈尔滨金建伟业科技发展有限公司 | 非漂珠低密度油井水泥 |
| CN105018056A (zh) * | 2015-08-13 | 2015-11-04 | 四川凯尔油气田技术服务有限公司 | 用于火烧油层的固井水泥体系 |
| CN105368411A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-03-02 | 西南石油大学 | 一种用于降低油气井水泥石脆性的碳酸镁晶须增韧剂 |
| CN106957638A (zh) * | 2017-01-20 | 2017-07-18 | 长江大学 | 一种固井用水泥浆体系 |
| CN110054440A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-07-26 | 中石油煤层气有限责任公司 | 一种煤层气固井用低温早强低密度水泥浆体系 |
| CN111978028A (zh) * | 2019-05-21 | 2020-11-24 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种固井水泥浆体系及其应用 |
-
2019
- 2019-07-30 CN CN201910694360.9A patent/CN112299736B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1483220A1 (en) * | 2002-03-06 | 2004-12-08 | Halliburton Energy Services, Inc. | Lightweight well cement compositions and methods |
| EP1900704A2 (en) * | 2006-09-14 | 2008-03-19 | Bj Services Company | Low density cements for use in cementing operations |
| CN101445720A (zh) * | 2008-12-30 | 2009-06-03 | 清华大学 | 一种油气田固井用凝石胶凝材料的制备方法 |
| CN101805596A (zh) * | 2010-03-30 | 2010-08-18 | 哈尔滨金建伟业科技发展有限公司 | 非漂珠低密度油井水泥 |
| CN105018056A (zh) * | 2015-08-13 | 2015-11-04 | 四川凯尔油气田技术服务有限公司 | 用于火烧油层的固井水泥体系 |
| CN105368411A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-03-02 | 西南石油大学 | 一种用于降低油气井水泥石脆性的碳酸镁晶须增韧剂 |
| CN106957638A (zh) * | 2017-01-20 | 2017-07-18 | 长江大学 | 一种固井用水泥浆体系 |
| CN110054440A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-07-26 | 中石油煤层气有限责任公司 | 一种煤层气固井用低温早强低密度水泥浆体系 |
| CN111978028A (zh) * | 2019-05-21 | 2020-11-24 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种固井水泥浆体系及其应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 周安宁等: "《洁净煤技术》", 28 February 2018, 中国矿业大学出版社 * |
| 舒怀珠等: "《商品混凝土实用技术读本》", 30 September 2012, 中国建材工业出版社 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113003962A (zh) * | 2021-04-14 | 2021-06-22 | 中国海洋石油集团有限公司 | 一种水泥浆的胶凝材料及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112299736B (zh) | 2022-07-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9376609B2 (en) | Settable compositions comprising interground perlite and hydraulic cement | |
| US6957702B2 (en) | Cement compositions with improved mechanical properties and methods of cementing in a subterranean formation | |
| CN110937857A (zh) | 一种抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆及其制备方法 | |
| MX2012014984A (es) | Composiciones de cemento soluble en acido que comprenden polvo de horno para cemento y/o una puzolana natutral y metodos de uso. | |
| US7238733B2 (en) | Storable water-silica suspensions and methods | |
| CN110862245B (zh) | 一种用于高温深井的固井水泥及其制备方法和应用 | |
| WO2004085332A2 (en) | Methods and compositions for coating pipe | |
| CA2719686A1 (en) | Application of a specialized slurry used for cementing tubulars in wells producing synthesis gas by underground coal gasification | |
| CN111018410A (zh) | 一种水泥浆体系及其制备方法 | |
| CN110240441B (zh) | 热储层开采纳米材料与玄武岩纤维复合水泥基固井材料 | |
| CN103074045A (zh) | 一种用于小间隙环空水平井固井的增韧防气窜水泥浆 | |
| US8647431B2 (en) | Catalyst composition which is intended for use with pozzolan compositions | |
| CN112299736B (zh) | 一种胶凝组合物、复合胶凝材料及固井液 | |
| CN114751694A (zh) | 适用于海洋环境的水泥灌浆料及其制备方法 | |
| CN113773008A (zh) | 一种基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系及其制备方法 | |
| CN114477876B (zh) | 长期耐高温、增韧固井加砂水泥组合体材料及制备方法 | |
| CN112897964A (zh) | 一种基于煤矸石的废弃煤矿填充料 | |
| CN114426819B (zh) | 一种储气库固井用复合增韧防窜剂及制备方法 | |
| CN115677295A (zh) | 一种海底隧道用喷射混凝土及其制备方法、应用 | |
| CN110228975B (zh) | 一种水泥浆的制备工艺 | |
| CN111592323A (zh) | 一种基于建筑废弃物的废弃煤矿填充料 | |
| CN114163172A (zh) | 一种干热岩固井用耐高温水泥浆体系 | |
| CN111499304A (zh) | 一种耐碱玄武岩纤维增强海水海砂混凝土及其制备方法 | |
| JPH0699171B2 (ja) | 地熱井用セメント組成物 | |
| CN112441778A (zh) | 水泥浆组合物、固井用水泥浆及其制备方法与应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |