CN113773008A - 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 - Google Patents

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Abstract

本发明属于固井工程技术领域，公开了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，基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系由固体组分和液体组分组成，所述固体组分和液体组分的重量比为1:(0.15‑0.95)；其中，所述固体组分含有21‑70重量％的水泥、5‑60重量％的硅砂和5‑60重量％的矿渣粉，所述硅砂和所述矿渣粉的重量比为(0.11‑11):1；所述液体组分含有水和添加剂。在200℃，50MPa养护条件下，分别测试其2天和30天的物理力学性能，结果表明，本发明的耐高温固井水泥体系性能稳定，可以解决现有技术存在的超高温环境固井水泥石强度衰退、耐高温性能差的问题，满足固井长期封隔要求。

Description

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
技术领域
本发明属于固井工程技术领域，尤其涉及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。
背景技术
硅酸盐水泥(包括常规固井水泥)是石油和天然气固井过程中用于密封套管和地层之间环形空间使用的主要胶凝材料。随着油气勘探开发逐渐向深地、深水等复杂环境拓展，井深超过6000m的超深井钻井数量逐年增加，有些超深井的井底静止温度可达200℃以上，超高的井底环境温度会导致水泥石强度衰退，难以保证油井在一次固井成功之后实现井眼环空的长期有效封隔，严重时将会导致井筒完整性失效，报废。
20世纪50年代初，硅酸盐水泥在高温下的强度衰退，已经引起了石油工业的注意。研究表明，水泥石高温强度衰退的主要原因为：超过110℃时，硅酸盐水泥净浆水化产物C-S-H凝胶会发生结晶化，生成α型硅酸二钙水合物、针硅钙石等产物。随着近年来研究学者对硅酸盐油井水泥强度衰退机理认识的逐步加深，添加30％-40％(这里为水泥质量分数)的硅砂以及通过进一步优化硅砂类型、细度、掺量等参数来优化配方的高温稳定性已成为固井行业内普遍接受的方法。但是最新的研究表明(Pang,Xueyu等,Long-term strengthretrogression of silica-enriched oil well cement:A comprehensive multi-approach analysis,Cement and Concrete Research 144(2021)106424；李宁等，200℃加砂硅酸盐水泥配方优化设计及强度衰退机理[J].硅酸盐学报,2020,48(11):1824-1833)，经过优化后的加砂硅酸盐水泥在模拟深井井况高温原位成型条件下，14天内强度相对稳定，但30天及以上养护期内仍然出现严重强度衰退，从而严重影响固井水泥封固效果；造成加砂硅酸盐水泥长期强度衰退的原因可能是无定型C-S-H凝胶持续发生结晶化和物相转变。这种长期强度衰退趋势在2天至30天相对短的时间内表现为渗透率大幅上升、压汞孔喉直径明显变大、以及抗压强度明显降低。因此，仅依靠配方中添加硅砂无法完全解决超高温成型条件下固井中水泥石强度衰退问题，急需开发新的固井材料。
目前，关于矿渣粉与硅砂复配解决高温固井水泥石强度衰退的研究暂未出现报道。
矿渣是在高炉炼铁过程中的副产品。在炼铁过程中，氧化铁在高温下还原成金属铁，铁矿石中的二氧化硅、氧化铝等杂质与石灰等反应生成以硅酸盐和硅铝酸盐为主要成分的熔融物，经过淬冷成质地疏松、多孔的粒状物，即为高炉矿渣，简称矿渣。矿渣经干燥、粉磨等工艺处理后得到的高细度，高活性矿渣粉，是优质的混凝土掺合料和水泥混合材，是当今世界公认的配制高性能混凝土的重要材料。专利公开号：CN103803823B公布了一种由矿渣粉、铝酸盐水泥熟料、磷矿渣粉、陶瓷纤维以及橡胶粉，制备所得耐高温固井水泥，但该体系只适用于稠油热采领域。专利公开号：CN102153996A公布了一种固井用偏高岭土基地质聚合物体系，该体系可以掺加一定量矿渣粉，但该发明为无水泥熟料体系，由于各种添加剂配伍等问题目前应用难度较大，并且专利中只针对体系在20℃和80℃条件下的性能进行了测试，无法说明其抗高温衰退效果。专利申请号：202110815046.9公布了一种耐高温固井水泥体系及其制备方法，该发明以粉煤灰和硅砂按照特定比例复配，辅以一定比例的外加剂和水，所制备的耐高温固井水泥体系在2天、30天以及90天的养护龄期内未出现水泥石强度衰退问题，液体渗透率和压汞孔喉直径呈现变小趋势，可以有效解决超高温环境固井水泥石强度衰退问题。矿渣粉与粉煤灰具有相似的化学性质，通常主要作为外掺料被广泛应用于油井水泥和建筑水泥材料中以提高材料的环保性和耐久性等工程性能，而针对矿渣粉作为外掺料被用以解决高温环境下固井水泥石强度衰退问题研究较少。
目前国内外关于超高温水泥研究主要集中于稠油热采井领域(庞学玉,等.高温高压环境固井水泥研究进展[J].石油天然气学报,2020,42(1):13-23；R.B.Pernites,A.K.Santra.Portland cement solutions for ultra-high temperature wellboreapplications.Cement&Concrete Composite 72(2016)89-103；K.J.Krakowiak等Development of silica-enriched cement-based materials with improved agingresistance for application in high-temperature environments.Cement andConcrete Research 105(2018)91-110)，一般采用低温(一般为80℃以下)成型后再高温养护的方式，而超高温深井井况要求固井水泥在达到超高温环境时仍处于流体状态，并在超高温高压条件下原位凝固成型，两者之间的水化过程存在明显不同，导致成型后的水泥石性质不同。因此满足热采井的耐高温固井水泥配方，在超高温深井环境下仍然会发生明显衰退(Pang,Xueyu等,Long-term strength retrogression of silica-enriched oilwell cement:A comprehensive multi-approach analysis,Cement and ConcreteResearch 144(2021)106424)。
目前关于超高温深井水泥石的研究多局限于7天以内的短期强度研究，例如专利申请CN 112094060 A、专利申请CN 109320120 A、专利申请CN 111072350 A、专利申请CN109320120 B，而致力于解决长期强度衰退的研究相对较少。因此，亟需开发一种新型耐高温固井水泥体系，以弥补现有高温固井水泥体系的缺陷。矿渣粉作为一种重要的水泥外掺料，可以在其中发挥重要作用。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)现有通过添加硅砂来解决水泥石高温强度衰退的方法，30天及以上养护期内仍然出现严重强度衰退，从而严重影响固井水泥封固效果；且仅依靠配方中添加硅砂无法完全解决超高温成型条件下固井中水泥石强度衰退问题。
(2)目前针对矿渣粉作为外掺料被用以解决高温环境下固井水泥石强度衰退问题研究较少；同时，关于矿渣粉与硅砂复配解决高温固井水泥石强度衰退的研究暂未出现报道。
(3)现有满足热采井的耐高温固井水泥配方，在超高温深井环境下仍然会发生明显衰退。同时，关于超高温深井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。
解决以上问题及缺陷的意义为：
(1)首次将矿渣粉和硅砂复配应用于超高温固井，能够有效克服现有技术存在的水泥体系长期强度差、耐高温性能差等问题，同时有利于促进实现工业固废矿渣粉的高附加值利用。
(2)实现超高温深井固井成功之后，井眼环空的长期有效封隔。为油气勘探开发向深地、深水等复杂环境拓展提供坚实的技术保障。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了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，旨在解决现有技术存在的水泥体系长期强度差、耐高温性能差等问题。
本发明是这样实现的，一种基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系，所述基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系由固体组分和液体组分组成，所述固体组分和液体组分的重量比为1:(0.15-0.95)。
所述液体组分含有水和添加剂。
进一步，所述固体组分含有21-70重量％的水泥、5-60重量％的硅砂和5-60重量％的矿渣粉，所述硅砂和所述矿渣粉的重量比为(0.11-11):1。
进一步，所述液体组分含有70-90重量％的水和10-30重量％的添加剂。
进一步，所述水泥为G级油井水泥。
进一步，所述硅砂中SiO2的含量>95重量％。
进一步，所述硅砂的粒度D90为38.6-206μm。
进一步，所述矿渣粉为S75级、S95级或S105级。
进一步，所述添加剂中含有缓凝剂。
进一步，所述添加剂中还含有悬浮剂、分散剂、降失水剂和消泡剂中的至少一种。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述的基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系的基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系的制备方法，所述基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系的制备方法包括以下步骤：
步骤一，将水泥、硅砂和矿渣粉按照配比进行混合，得到固体组分；
步骤二，将水和添加剂按照配比进行混合，得到液体组分；
步骤三，将步骤一得到的固体组分和步骤二得到的液体组分按照配比进行混合，得到耐高温的固井水泥体系。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系，性能好，可适用于200℃超高温环境，2天，30天强度稳定，稠化时间可以超过4小时。本发明首次将矿渣粉和硅砂复配应用于超高温固井，能够有效克服现有技术存在的水泥体系长期强度差、耐高温性能差等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系的制备方法流程图。
图2是本发明实施例提供的基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系在180℃、90MPa条件下的稠化时间图。
由图可知，该体系高温高压稠化时间可以超过4h，该配方在养护中升温时间约为1.5h，说明其达到目标温度和压力之后仍然处于流体状态，满足高温高压成型的条件。
图3是本发明实施例提供的基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系和对比例1-2的固井水泥体系在200℃，50MPa条件下，分别经过2天和30天原位养护，并对各个体系的抗压强度进行检测的结果。
由图可知，只掺加硅砂固井水泥体系，30天龄期样品抗压强度明显低于2天龄期样品，发生了明显衰退；同时掺加矿渣粉与硅砂的固井水泥体系的30天龄期样品抗压强度未出现明显衰退，强度稳定性较好。
图4和图5分别是本发明实施例提供的基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系和对比例在200℃，50MPa条件下，分别经过2天和30天原位养护，对实施例和对比例的XRD衍射图谱及矿物成分分析结果。
由图可知，从XRD图谱随时间的变化规律来看，对比掺加硅砂的样品，同时掺加硅砂与矿渣粉的样品，其XRD矿物中加藤石、水钙铝榴石等含铝矿物组分峰型变强，表明该类含铝矿物组分含量明显增多，这可能是强度稳定的原因。
图6是本发明实施例1-3提供的基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系和对比例1-2，在200℃，50MPa条件下将，分别经过2天和30天的原位养护，并对各个水泥体系的液体渗透率进行检测结果。
由图可知，和2天龄期样品液体渗透率和30天龄期样品液体渗透率比较，当固井水泥体系中同时掺加矿渣粉与硅砂时，其2天至30天样品液体渗透率稳定，甚至随时间减小，而对比例1-2其2天至30天样品液体渗透率出现明显增大现象。
图7是本发明实施例提供的基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系在200℃，50MPa条件下，分别经过2天和30天原位养护，固井水泥体系压汞孔喉直径分布测试结果。
由图可知，矿渣粉与硅砂复配掺加后，和2天龄期比较，30天龄期样品体系内部孔喉直径变化稳定，甚至变小。解决了单独添加硅砂的水泥体系会出现孔喉直径随养护时间增大的问题。
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，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了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，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系的制备方法包括以下步骤：
S101，将水泥、硅砂和矿渣粉按照配比进行混合，得到固体组分；
S102，将水和添加剂按照配比进行混合，得到液体组分；
S103，将S101得到的固体组分和S102得到的液体组分按照配比进行混合，得到耐高温的固井水泥体系。
本发明一方面提供一种耐高温固井水泥体系，所述体系由固体组分和液体组分组成，并且固体组分和液体组分的重量比为1:(0.15-0.95)；
其中，所述固体组分含有21-70重量％的水泥、5-60重量％的硅砂和5-60重量％的矿渣粉，并且所述硅砂和所述矿渣粉的重量比为(0.11-11):1；
所述液体组分含有水和添加剂。
在具体的实施方式中，所述固体组分和液体组分的重量比可以为1:0.15、1:0.35、1:0.45、1:0.55、1:0.65、1:0.75、1:0.85或1:0.95。
在优选的实施方式中，所述固体组分含有21-70重量％的水泥、10-54重量％的硅砂和10-54重量％的矿渣粉，并且所述硅砂和所述矿渣粉的重量比为0.2-5:1。
在具体的实施方式中，所述固体组分中水泥的含量可以为21重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％；所述固体组分中硅砂的含量可以为5重量％、8重量％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％或60重量％；所述固体组分中矿渣粉的含量可以为5重量％、8重量％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％或60重量％。
在优选的实施方式中，所述水泥为G级油井水泥。在一种具体的实施方式中，所述G级油井水泥中含有主要矿物组分46重量％的C3S、28重量％的C2S,19.7重量％的C4AF,6.4重量％的石膏。
在优选的实施方式中，所述硅砂中SiO2的含量>95重量％。
优选地，所述硅砂的粒度D90为38.6-206μm。具体的，所述硅砂的粒度D90可以为38.6μm、40μm、50μm、75μm、100μm、125μm、150μm、175μm、200μm或206μm。
在一种具体的实施方式中，所述硅砂为油井水泥用常规石英砂，粒度D90为163um
在优选的实施方式中，所述矿渣粉为S75级、S95级或S105级。综合考虑体系的稠化和力学性能，更优选的矿渣粉为S95级。
在优选的实施方式中，所述添加剂所述添加剂中含有缓凝剂；进一步优选地，所述添加剂中还含有悬浮剂、分散剂、降失水剂和消泡剂中的至少一种。
在本发明中，所述添加剂多数为聚合物类，可以是固相，也可以是液相，具体的主要由水泥浆密度、流变、稠化、失水等各种浆体性能决定，通常需要根据实际工程应用工况进行调整。
在具体的实施方式中，所述添加剂可以通过市售途径获得。
在优选的实施方式中，所述液体组分含有70-90重量％的水和10-30重量％的添加剂。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例中使用的G级油井水泥和硅砂均由中国石油和天然气集团公司塔里木分公司提供，矿渣粉购自北京建筑材料科学研究总院有限公司，该矿渣粉为S95级。所使用的添加剂均来自中油渤星公司，其中，悬浮剂型号为BCJ-300S，所述分散剂型号为BCD-210L，所述缓凝剂型号为BCR-300L，所述降失水剂型号为BXF-200L，所述消泡剂型号为G603。其中悬浮剂为固体粉末，分散剂、缓凝剂、降失水剂均为水溶液，其有效含量为20％。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买的正规产品。
实施例1
本发明实施例提供的一种基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系由固体组分和液体组分组成，并且固体组分和液体组分的重量比为1:0.42；
其中，所述固体组分含有40重量％的G级油井水泥(主要矿物组分46重量％的C3S、28重量％的C2S,19.7重量％的C4AF,6.4重量％的石膏)、28重量％的硅砂(D90＝163um)和32重量％的S95矿渣粉(D90＝29.863um，含有29.438重量％的SiO2和14.125重量％的Al2O3)。
所述液体组分含有81.3重量％的水、2.5重量％的悬浮剂、5.4重量％的分散剂、4.4重量％的缓凝剂、5.9重量％的降失水剂和0.5重量％的消泡剂。
本发明实施例提供的耐高温固井水泥体系的制备过程如下：
(1)将水泥、硅砂和S95矿渣粉按照配比进行混合，得到固体组分；
(2)将水和添加剂按照配比进行混合，得到液体组分；
(3)将步骤(2)得到的液体组分加入到模具中，然后在4000rpm的搅拌速度下将步骤(1)得到的固体组分加入到液体组分中，加入完毕后然后以12000rpm的速度搅拌35秒。
实施例2
本发明实施例提供的一种基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系由固体组分和液体组分组成，并且固体组分和液体组分的重量比为1:0.4；
其中，所述固体组分含有41.5重量％的G级油井水泥(主要矿物组分46重量％的C3S、28重量％的C2S,19.7重量％的C4AF,6.4重量％的石膏)、33.6重量％的硅砂(D90＝163um)和24.9重量％的S95矿渣粉(D90＝29.863um，含有29.438重量％的SiO2和14.125重量％的Al2O3)。
所述液体组分含有80.6重量％的水、2.6重量％的悬浮剂、5.6重量％的分散剂、4.6重量％的缓凝剂、6.1重量％的降失水剂和0.5重量％的消泡剂。
本发明实施例提供的耐高温固井水泥体系的制备过程如下：
(1)将水泥、硅砂和S95矿渣粉按照配比进行混合，得到固体组分；
(2)将水和添加剂按照配比进行混合，得到液体组分；
(3)将步骤(2)得到的液体组分加入到模具中，然后在4000rpm的搅拌速度下将步骤(1)得到的固体组分加入到液体组分中，加入完毕后然后以12000rpm的速度搅拌35秒。
实施例3
本发明实施例提供的一种基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系由固体组分和液体组分组成，并且固体组分和液体组分的重量比为1:0.41；
其中，所述固体组分含有43.5％重量％的G级油井水泥(主要矿物组分46重量％的C3S、28重量％的C2S,19.7重量％的C4AF,6.4重量％的石膏)、30.4重量％的硅砂(D90＝163um)和26.1重量％的S95矿渣粉(D90＝29.863um，含有29.438重量％的SiO2和14.125重量％的Al2O3)。
所述液体组分含有79.9重量％的水、2.6重量％的悬浮剂、5.8重量％的分散剂、4.8％重量％的缓凝剂、6.4重量％的降失水剂和0.5重量％的消泡剂。
本发明实施例提供的耐高温固井水泥体系的制备过程如下：
(1)将水泥、硅砂和S95矿渣粉按照配比进行混合，得到固体组分；
(2)将水和添加剂按照配比进行混合，得到液体组分；
(3)将步骤(2)得到的液体组分加入到模具中，然后在4000rpm的搅拌速度下将步骤(1)得到的固体组分加入到液体组分中，加入完毕后然后以12000rpm的速度搅拌35秒。
实施例4
本发明实施例提供的一种基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系由固体组分和液体组分组成，并且固体组分和液体组分的重量比为1:0.41；
其中，所述固体组分含有47.6重量％的G级油井水泥(主要矿物组分46重量％的C3S、28重量％的C2S,19.7重量％的C4AF,6.4重量％的石膏)、33.3重量％的硅砂(D90＝163um)和19.1重量％的S95矿渣粉(D90＝29.863um，含有29.438重量％的SiO2和14.125重量％的Al2O3)。
所述液体组分含有78重量％的水、2.9重量％的悬浮剂、6.4重量％的分散剂、5.2重量％的缓凝剂、6.9重量％的降失水剂和0.6重量％的消泡剂。
本发明实施例提供的耐高温固井水泥体系的制备过程如下：
(1)将水泥、硅砂和S95矿渣粉按照配比进行混合，得到固体组分；
(2)将水和添加剂按照配比进行混合，得到液体组分；
(3)将步骤(2)得到的液体组分加入到模具中，然后在1000rpm的搅拌速度下将步骤(1)得到的固体组分加入到液体组分中，加入完毕后然后以12000rpm的速度搅拌35秒。
实施例5
本发明实施例提供的一种基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系由固体组分和液体组分组成，并且固体组分和液体组分的重量比为1:0.42；
其中，所述固体组分含有52.68重量％的G级油井水泥(主要矿物组分46重量％的C3S、28重量％的C2S,19.7重量％的C4AF,6.4重量％的石膏)、36.8重量％的硅砂(D90＝163um)和10.52重量％的S95矿渣粉(D90＝29.863um，含有29.438重量％的SiO2和14.125重量％的Al2O3)。
所述液体组分含有76重量％的水、3.2重量％的悬浮剂、6.9重量％的分散剂、5.68重量％的缓凝剂、7.6重量％的降失水剂和0.62重量％的消泡剂。
本发明实施例提供的耐高温固井水泥体系的制备过程如下：
(1)将水泥、硅砂和S95矿渣粉按照配比进行混合，得到固体组分；
(2)将水和添加剂按照配比进行混合，得到液体组分；
(3)将步骤(2)得到的液体组分加入到模具中，然后在4000rpm的搅拌速度下将步骤(1)得到的固体组分加入到液体组分中，加入完毕后然后以12000rpm的速度搅拌35秒。
实施例6
本发明实施例提供的一种基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系由固体组分和液体组分组成，并且固体组分和液体组分的重量比为1:0.4；
其中，所述固体组分含有40.65重量％的G级油井水泥(主要矿物组分46重量％的C3S、28重量％的C2S,19.7重量％的C4AF,6.4重量％的石膏)、16.27重量％的硅砂(D90＝163um)和43.08重量％的S95矿渣粉(D90＝29.863um，含有29.438重量％的SiO2和14.125重量％的Al2O3)。
所述液体组分含有81.4重量％的水、2.4重量％的悬浮剂、5.4重量％的分散剂、4.4重量％的缓凝剂、5.9重量％的降失水剂和0.5重量％的消泡剂。
本发明实施例提供的耐高温固井水泥体系的制备过程如下：
(1)将水泥、硅砂和S95矿渣粉按照配比进行混合，得到固体组分；
(2)将水和添加剂按照配比进行混合，得到液体组分；
(3)将步骤(2)得到的液体组分加入到模具中，然后在4000rpm的搅拌速度下将步骤(1)得到的固体组分加入到液体组分中，加入完毕后然后以12000rpm的速度搅拌35秒。
实施例7
本发明实施例提供的一种基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系由固体组分和液体组分组成，并且固体组分和液体组分的重量比为1:0.7；
其中，所述固体组分含有21.7重量％的G级油井水泥(主要矿物组分46重量％的C3S、28重量％的C2S,19.7重量％的C4AF,6.4重量％的石膏)、39.1重量％的硅砂(D90＝163um)和39.2重量％的S95矿渣粉(D90＝29.863um，含有29.438重量％的SiO2和14.125重量％的Al2O3)；
所述液体组分含有80重量％的水、4.6重量％的悬浮剂、5.1重量％的分散剂、4.2重量％的缓凝剂、5.6重量％的降失水剂和0.5重量％的消泡剂。
本发明实施例提供的耐高温固井水泥体系的制备过程如下：
(1)将水泥、硅砂和S95矿渣粉按照配比进行混合，得到固体组分；
(2)将水和添加剂按照配比进行混合，得到液体组分；
(3)将步骤(2)得到的液体组分加入到模具中，然后在4000rpm的搅拌速度下将步骤(1)得到的固体组分加入到液体组分中，加入完毕后然后以12000rpm的速度搅拌35秒。
实施例8
本发明实施例提供的一种基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系由固体组分和液体组分组成，并且固体组分和液体组分的重量比为1:0.3；
其中，所述固体组分含有77.8重量％的G级油井水泥(主要矿物组分46重量％的C3S、28重量％的C2S,19.7重量％的C4AF,6.4重量％的石膏)、11.1重量％的硅砂(D90＝163um)和11.1重量％的S95矿渣粉(D90＝29.863um，含有29.438重量％的SiO2和14.125重量％的Al2O3)；
所述液体组分含有75重量％的水、3.2重量％的悬浮剂、7重量％的分散剂、5.8重量％的缓凝剂、8.4重量％的降失水剂和0.6重量％的消泡剂。
本发明实施例提供的耐高温固井水泥体系的制备过程如下：
(1)将水泥、硅砂和S95矿渣粉按照配比进行混合，得到固体组分；
(2)将水和添加剂按照配比进行混合，得到液体组分；
(3)将步骤(2)得到的液体组分加入到模具中，然后在4000rpm的搅拌速度下将步骤(1)得到的固体组分加入到液体组分中，加入完毕后然后以12000rpm的速度搅拌35秒。
对比例1
按照实施例1所述的方法进行实施，与之不同的是，固体组分的组成不同，其中，固体组分中不含有矿渣粉，水泥的含量为59重量％，硅砂(D90＝163um)的含为41重量％。所述液体组分含有77重量％的水、3重量％的悬浮剂、6.6重量％的分散剂、5.4重量％的缓凝剂、7.4重量％的降失水剂和0.6重量％的消泡剂。
对比例2
按照实施例1所述的方法进行实施，与之不同的是，固体组分的组成不同，其中，固体组分中不含有矿渣粉，水泥的含量为40重量％，硅砂(D90＝163um)的含量为28重量％，硅砂(D90＝19.315um)的含量为32重量％。所述液体组分含有80.2重量％的水、2.6重量％的悬浮剂、5.7重量％的分散剂、4.7重量％的缓凝剂、6.2量％的降失水剂和0.6量％的消泡剂。
实施例1-8与对比例的对比结果见表1。
表1实施例1-8与对比例的对比结果
Figure BDA0003280534660000141
由表1可知，相对于只掺硅砂体系，同时掺加矿渣粉和硅砂可以抑制固井水强度衰退，甚至部分实施例在2天和30天龄期内样品强度稳定，并且其2天至30天样品液体渗透率稳定。说明本发明所述的固井水泥体系的长期耐高温性能优异，可以满足固井长期封隔要求。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系，其特征在于，所述基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系由固体组分和液体组分组成，所述固体组分和液体组分的重量比为1:(0.15-0.95)。
其中所述固体组分含有21-70重量％的水泥、5-60重量％的硅砂和5-60重量％的矿渣粉，所述硅砂和所述矿渣粉的重量比为(0.11-11):1。
所述液体组分含有水和添加剂。
2.如权利要求1所述的基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系，其特征在于，所述固体组分含有21-70重量％的水泥、5-60重量％的硅砂和5-60重量％的矿渣粉，所述硅砂和所述矿渣粉的重量比为(0.11-11):1。
3.如权利要求1所述的基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系，其特征在于，所述液体组分含有70-90重量％的水和10-30重量％的添加剂。
4.如权利要求2所述的基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系，其特征在于，所述水泥为G级油井水泥。
5.如权利要求2所述的基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系，其特征在于，所述硅砂中SiO2的含量>95重量％。
6.如权利要求2所述的基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系，其特征在于，所述硅砂的粒度D90为38.6-206μm。
7.如权利要求2所述的基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系，其特征在于，所述矿渣粉为S75级、S95级或S105级。
8.如权利要求3所述的基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系，其特征在于，所述添加剂中含有缓凝剂。
9.如权利要求3所述的基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系，其特征在于，所述添加剂中还含有悬浮剂、分散剂、降失水剂和消泡剂中的至少一种。
10.一种应用如权利要求1-9任意一项所述的基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系的制备方法，其特征在于，所述基于矿渣粉的新型耐高温固井水泥体系的制备方法包括以下步骤：
步骤一，将水泥、硅砂和矿渣粉按照配比进行混合，得到固体组分；
步骤二，将水和添加剂按照配比进行混合，得到液体组分；
步骤三，将步骤一得到的固体组分和步骤二得到的液体组分按照配比进行混合，得到耐高温的固井水泥体系。
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