Bfs油井水泥的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于特種水泥技術領域，具體涉及一種BFS油井水泥及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 開采石油的工藝過程很復雜，首先要在地面鉆井，深度數百米至幾千米，然后在井 孔內插入鋼制套管。為使套管與地層緊密結合為一體，業界一直以油井水泥為膠結材料進 行固井施工，從而起到支撐套管和封隔地層的作用，此后還要在不同深度含油地質層位進 行射孔，以實現石油的開采。由于地質條件不同，井下壓力、溫度、地下巖層酸堿性、地下水 等理化參數差別很大，因此要確保固井質量達到優質標準，難度較大。長期以來油田技術人 員通過調整水泥漿配方以及使用新的添加劑等方法來改善油井水泥性能，雖然取得了一定 效果，但往往在性能參數方面顧此失彼，一直沒有找到理想的方法。
[0003] 目前，油田固井施工中主要使用G級油井水泥，其凝固后形成的水泥石在復雜的 井底條件下往往會出現以下問題：
[0004] ①.與鉆井泥漿相容性不好，影響固井質量。固井施工就是將水泥漿注入套管與 井壁之間的環形空間，而地層和套管外壁均不可避免地附著有鉆井過程留下的泥漿，它會 嚴重影響水泥石與地層及水泥石與套管兩個界面的膠結強度。這個問題一直是固井界的一 個技術難題，包括采用前置液、隔離液清洗措施在內的多種方法，但附著泥漿還是很難徹底 清除，兩個界面出現很多局部膠結強度不足的問題始終存在。
[0005] ②.水泥石后期強度衰退問題突出。由于井下溫度、壓力隨深度增加而升高，對于 數千米的深井來說，其對水泥石強度的負面影響尤為嚴重。
[0006] ③.水泥石與套管在高溫高壓下變形所產生微小裂縫嚴重影響地層與套管的膠 結質量。
[0007] ④.在油井深層區域，油氣活躍，也是腐蝕性介質經常出現的部位，水泥石會被硫 酸鹽嚴重腐蝕，而失去強度。
[0008] ⑤.井下水泥石受射孔產生的應力波作用相互疊加，在水泥環中形成高壓應力 區，造成水泥環內部斷裂或膠結界面脫開、導致水泥環產生綜合性破壞。如果這種影響波及 開采段的周圍，臨近油、水層則造成互竄，達不到分層開采的目的；另外，酸化壓裂等增產措 施也會使這些裂縫進一步擴大、延伸，甚至使水泥環在某一段的封隔作用徹底失效，給石油 勘探開發帶來較大經濟損失。
【發明內容】
[0009] 本發明要解決的技術問題：油田大量使用G級油井水泥進行固井施工，但一直存 在固井質量優質率不高的問題。其原因主要是G級油井水泥與鉆井泥漿相容性不良導致局 部膠結強度不足、水泥石抗震烈韌性不好、后期強度衰退、抗腐蝕性能較差等等。為解決上 述問題，本發明提供一種BFS油井水泥及其制備方法。
[0010] 本發明的目的是以下述方式實現的： 一種BFS油井水泥，包括BFS和熟料，所述BFS和熟料的重量比為20:100~40:100。
[0011] 所述的BFS由以下重量百分比的原料組成：CaO38~46%，Si0236~42%， Al2037 ~20%，MgO4 ~13%，Fe2030. 2 ~1%，MnO0? 1 ~1%，S031 ~5%〇
[0012] 所述的熟料由以下重量百分比的原料組成：CaO61~64%，Si0220~23%， Al2033 ~6%，MgO1 ~3%，Fe2033 ~6%，S033%〇
[0013] 將BFS和熟料按20:100~40:100配比混合，磨細至顆粒的比表面積為2800~ 3000cm2/g，即可得到BFS油井水泥。
[0014] BFS俗稱高爐礦渣，為鋼廠高爐冶煉生鐵后排出的高溫礦渣經急速冷卻而成。
[0015] BFS油井水泥使用了鋼廠高爐冶煉生鐵后的的副產物，它是由礦石中的土質和石 灰石助熔劑在1400°C~1500°C高溫下化合后極冷而成。其突出特點是化學活性較高，是一 種優良的硅酸鹽材料。按特殊設計的工藝參數，經研磨加工后用以改善水泥石的力學特性， 效果非常好。
[0016] 經大量實驗研宄后發現其結構以玻璃體為主（85% )，具有連續網狀結構。形成空 間網絡的是Si02、Al203等氧化物。而Ca+2、Mg+2離子則嵌布在網絡的空隙里。在硅酸鹽為 主的玻璃體中Si~0、A1~0四面體作為結構單元，它們之間由橋型氧離子通過Si~0鍵 在頂角結合成空間網絡，這個硅氧四面網絡就是它具有潛在化學活性的主要原因。這就是 BFS油井水泥綜合性能比較優異的主要機理之一。
[0017] 當然，BFS活性激發必須具備一定條件，也就是說它單獨與水攪拌混合是不具有膠 凝性的。但遇到水泥水化過程中析出的0 &(011)2后就會發生顯著的變化，其"潛在"的活性 通過Ca(0H) 2等輔助物料而發揮出促進凝結硬化作用。
[0018] 比較G級油井水泥和BFS油井水泥的膠結力、抗震裂韌性、抗腐蝕性和后期強度等 特性，試驗數據如表1~表4所示。
[0019] 表1膠結力對比測試數據
【主權項】
1. 一種BFS油井水泥，其特征在于：包括BFS和熟料，所述BFS和熟料的重量比為 20:100 ~40:100。
2. 根據權利要求1所述的BFS油井水泥，其特征在于：所述的BFS由以下重量百分比 的原料組成：CaO38 ~46%，Si02 36 ~42%，A1203 7 ~20%，Mg0 4 ~13%，Fe203 0? 2 ~1%， MnO0. 1 ~1%，S03 1 ~5%。
3. 根據權利要求1所述的BFS油井水泥，其特征在于：所述的熟料由以下重量百分比 的原料組成：CaO61 ~64%，Si02 20 ~23%，A1203 3 ~6%，MgO1 ~3%，Fe203 3 ~6%，S03 3%〇
4. 根據權利要求1所述的BFS油井水泥的制備方法，其特征在于：將BFS和熟料按 20:100~40:100配比混合，磨細至顆粒的比表面積為2800~3000cm2/g，即可得到BFS油 井水泥。
【專利摘要】本發明公開了一種BFS油井水泥，包括BFS和熟料，所述BFS和熟料的重量比為20:100～40:100。所述的BFS由以下重量百分比的原料組成：CaO 38～46%，SiO2 36～42%，Al2O3 7～20%，MgO 4～13%，Fe2O3 0.2～1%，MnO 0.1～1%，SO3 1～5%。所述的熟料由以下重量百分比的原料組成：CaO 61～64%，SiO2 20～23%，Al2O3 3～6%，MgO 1～3%，Fe2O3 3～6%，SO3 3%。本發明采用部分特殊原材料BFS，做了大量不同井深條件下模擬試驗，最后確定了最佳組份配比范圍，充分利用這種原材料的結構特點和化學活性，使得各項性能指標達到了良好平衡，因而BFS油井水泥的綜合性能指標明顯優于G級油井水泥，實際工程應用效果很好，改善固井質量的效果非常明顯。
【IPC分類】C04B7-34, C04B22-06
【公開號】CN104710120
【申請號】CN201410707940
【發明人】李建生, 宮延軍
【申請人】保定保興油田固井材料制造有限公司
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2014年11月30日