專利名稱：一種抗高溫低密度高強度水泥漿的制作方法
技術領域：
本發明涉及水泥，具體的，涉及一種適用于熱采井固井的抗高溫低密度高強度水泥漿。
背景技術：
在稠油的開采過程中，注入地層的過熱蒸汽溫度高達250°C以上，在如此高的溫度下，普通硅酸鹽油井水泥的強度會急劇衰退，導致水泥石變疏松，強度大幅度下降，不能有效地封隔地層，層間流體互相竄通，注蒸汽時井口冒氣，縮短了油井的壽命，降低生產效率和采收率。因此，稠油熱采井需用耐高溫的水泥漿進行封固。在水泥中加入硅粉(石英砂) 可有效地提高水泥石的熱穩定性，用加硅粉的常規密度耐高溫水泥漿進行固井施工已在國內各油田得到應用。但由于一般稠油井深度較淺，且隨稠油的不斷開采，地層壓力較低，用常規密度的水泥漿固井，容易造成地層漏失，水泥漿返不出地面，達不到全井封固的目的。 同時水泥漿密度過高，還將引起地層傷害，降低產能。因此，油田迫切需要耐高溫的低密度水泥漿。近年來，國內外學者對低密度水泥漿體系進行了廣泛的研究，取得了許多優異成
果O國外報道了許多新型低密度水泥衆體系，其中具有代表性的有Schlumberger公司的Litecrete低密度水泥技術，該技術主要是通過利用顆粒合理級配理論對低密度外摻料和油井水泥之間的粒度分布進行優化，目的是減少低密度外摻料和油井水泥顆粒之間的空隙，即讓體系顆粒達到最緊密堆積，從而提高水泥漿體系的綜合性能。我國在低密度水泥漿上也研究和應用了較多低密度水泥漿類型來滿足不同的地層固井需要，主要有泡沫低密度水泥漿、微硅低密度水泥漿、粉煤灰低密度水泥漿、硅藻土低密度水泥漿和漂珠低密度水泥漿等。雖然國內外低密度水泥漿固井技術發展較為迅速，但在高溫熱采井固井方面還有待提高，大部分低密度水泥漿體系抗高溫(>200°C )能力不足，出現高溫下水泥石強度嚴重衰退的現象。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種抗高溫低密度高強度水泥漿。該水泥漿的設計基于緊密堆積和顆粒級配理論，通過活性材料的選擇和干混材料的不同顆粒尺寸分布，進行合理級配，使水泥漿體系實現良好的空隙填充，達到緊密堆積的效果。該低密度水泥漿可用于低壓易漏地層稠油熱采井的固井，并可大大減輕因高溫引起的水泥石強度衰退，延長油井的壽命。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是一種抗高溫低密度高強度水泥漿，由以下各組分及重量份數組成水泥100份，減輕劑23 35份，高溫強度穩定劑3(Γ40 份，填充劑1(Γ23份，分散劑I. 5^2份，早強劑Γ2份，降失水劑8 15份；其中，所述減輕劑為漂珠；所述高溫強度穩定劑為高活性硅粉；所述填充劑為微硅；所述分散劑為醛酮縮合物或者萘系分散劑；所述早強劑的組分為硫代硫酸鋁、硅酸鈉、堿式氯化鋁等中的兩種或多種混配。所述高活性硅粉的粒徑為300 800目。所述高活性硅粉的具體粒徑分布如下600 800目含量> 70%，300 600目> 25%, 300 目以下< 5%。所述減輕劑為國產漂珠。國產漂珠是一種薄壁空心的微珠，其密度僅為O. 6
O.7g/cm3。因此，在水泥漿體系中只需通過改變漂珠的加量，就可很容易的達到需要的密度水平。通過噴涂等方法對其表面進行處理，在其表面形成一種保護膜，使其抗溫、抗壓能力增強，在高溫高壓下不易破碎，保證水泥漿體系在經過高溫高壓后的密度均勻穩定。所述高溫強度穩定劑為高活性硅粉，通過對其特殊處理，使其顆粒表面呈均勻的球狀。高活性硅粉是冶煉硅鐵合金或硅金屬過程中得到的副產品，是以SiO2為主要成份的比表面極大、活性很聞的娃質材料。娃粉能提聞油井水泥的熱穩定性是由于娃粉含有95 % 以上的SiO2，它的加入改變了水泥的C/ S比，使水泥的水化產物C一S— H的組成和結構發生了變化，當溫度高于150°C時，形成硬硅鈣石和少量白鈣沸石，它們在400°C以內均穩定存在。除此之外，產物中少量白鈣鎂沸石，針鈉鈣石、片柱鈣石等對水泥的熱穩定性也有一定作用，因此提高了水泥的耐高溫性能。總之，本發明所采用的高活性硅粉的具體粒徑分布如下600 800目含量> 70%，300 600目> 25%，300目以下< 5%。以這種粒徑的高活性硅粉作為本發明水泥漿的組成成分，使其在高溫時，反應活性更高，能更加充分的與水泥反應，更有利于熱穩定性好、強度高的水化產物形成。所述填充劑為微硅。它是一種特細的球形顆粒，平均直徑為O. I O. 15微米，是水泥顆粒平均直徑的幾百分之一。其中無定形SiO2含量占到了 95%以上，可與水泥水化反應時的產物Ca (OH)2反應生成一種含水硅酸鈣水化物，產生不易滲透的水泥石結構。并且由于微硅的顆粒很小，比表面積大，顆粒周圍能吸附大量水分子，水分子間通過氫鍵作用，使顆粒之間形成均勻致密的網狀結構，改善水泥漿的沉降穩定性，并通過與高溫強度穩定劑等的顆粒合理級配，使水泥石堆積更加緊密，從而更進一步提高水泥石的強度和抗滲透能力， 提聞水泥楽·的降濾失能力。所述早強劑的組分為硫代硫酸鋁、硅酸鈉、堿式氯化鋁等中的兩種或多種混配。該早強劑在中低溫條件下對水泥漿稠化時間影響較小，但對水泥石早起強度效果明顯，同時對水泥楽■控制失水的能力有所提聞。所述分散劑為醛酮縮合物或者萘系分散劑。該分散劑在中低溫水泥漿中能顯著改善水泥漿的配漿能力，增強水泥漿的流動性，從而達到分散、減阻的目的。所述降失水劑為磺化丙酮甲醛縮合物，并且所述磺化丙酮甲醛縮合物的分子量范圍是30萬-80萬道爾頓。所述降失水劑為磺化丙酮甲醛縮合物制備成的膠粒狀顆粒，所述膠粒狀顆粒的直徑為 O. 03 O. 8mm。所述降失水劑的制備方法是首先按水35 40份，甲醛20 60份；丙酮12 33份；亞硫酸鈉8 19份的組分及重量份數進行稱量；其次，將水、甲醛和亞硫酸鈉投入反應釜中，加熱使反應釜升溫至45 55°C，并控制溫度使甲醛和亞硫酸鈉在45 55°C的條件下反應4 6小時，在反應過程滴加丙酮，滴加完畢后；加熱使反應釜升溫至90 95°C， 并使其在90 95°C的條件下維持I. 8^2. 2小時，反應釜出料并制備成膠粒狀顆粒，即制備得到所述降失水劑，所述膠粒狀顆粒的直徑為O. 03 O. 8mm。所述降失水劑的制備方法中，所述反應釜出料后制備成膠粒狀顆粒的步驟是反應釜出料冷卻形成膠凍狀物質，在使用前將所述膠凍狀物質倒入攪拌儀中攪拌至塊狀并加入水混合，混合后，過剪切泵約3 5次，使得降失水劑變成膠粒狀顆粒懸浮于水中，即制備得到膠粒狀顆粒直徑O. 03 O. 8mm的降失水劑。所述一種抗高溫低密度高強度水泥漿的密度為I. 35g/CnTl. 60g/cm3。所述水泥衆密度為I. 35g/cm3 I. 60g/cm3。綜上所述，本發明與現有技術相比，具有如下優點
I、本發明水泥漿穩定性能好，在加入少量降失水劑的情況下，失水量小，并且通過材料的優選使水泥漿零析水。本發明方法使用的降失水劑是通過反應生成的高分子樹脂經過剪切造粒后形成細小的彈性膠粒，在水泥漿中有壓差存在時彈性膠粒迅速聚集形成濾餅，同時彈性膠粒由于其潤滑滾承作用可以提高水泥的強度。2、本發明水泥漿強度發展快。75°C *0. IMPa養護條件下，終凝時間為4 8小時，并且24小時后強度達到12MPa以上。3、本發明水泥衆稠化時間可調范圍大。在40°C *15MaP*25min升溫條件下,稠化時間在90 260min。4、本發明水泥漿水泥石高溫下強度不衰退。在270°C *20. 7MPa條件下養護14天， 水泥石強度無衰減。5、本發明水泥漿密度可調范圍廣，可在I. 35^1. 60g/cm3范圍內調節。
具體實施例方式下面結合實施例，對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。I、磺化丙酮甲醛縮合物降失水劑的制備。準備原料水35 40份，甲醛20 60份；丙酮12 33份；亞硫酸鈉8 19份。制備方法首先將甲醛和亞硫酸鈉投入反應釜中，升溫至45 55°C反應4 6小時，待反應開始并形成一定粘度后開始根據粘度情況滴加丙酮，邊滴加邊觀察溶液粘度，滴加完畢后根據溶液粘度進行升溫控制，防止溶液由于溫度升高過快引起反應加劇，升溫至 90 95°C后再反應2小時左右出料，出料即得到磺化丙酮甲醛縮合物。經測定，本發明制備得到的磺化丙酮甲醛縮合物的分子量范圍是30萬-80萬道爾頓。反應釜磺化丙酮甲醛縮合物出料冷卻形成膠凍狀物質，將所述膠凍狀物質倒入攪拌儀中攪拌至塊狀并加入水混合，混合后，過剪切泵約3 5次,使得降失水劑變成膠粒狀顆粒懸浮于水中，即制備得到膠粒狀顆粒直徑O. 03 O. 8mm的降失水劑。本方法制備得到的磺化丙酮甲醛縮合物降失水劑用于下文中實施例I-實施例7 的實驗。2、本發明抗高溫、高強度低密度水泥漿的實施例
如下表I所示，抗高溫、高強度低密度水泥漿，由下列重量組成的原料混合制成
表I
權利要求
1.一種抗高溫低密度高強度水泥漿，其特征在于，由以下各組分及重量份數組成水泥100份，減輕劑23 35份，高溫強度穩定劑30 40份，填充劑10 23份，分散劑I. 5 2份， 早強劑Γ2份，降失水劑8 15份；其中，所述減輕劑為漂珠；所述高溫強度穩定劑為高活性硅粉；所述填充劑為微硅；所述分散劑為醛酮縮合物或者萘系分散劑；所述早強劑的組分為硫代硫酸鋁、硅酸鈉、堿式氯化鋁等中的兩種或多種混配。
2.如權利要求I所述的一種抗高溫低密度高強度水泥漿，其特征在于，所述降失水劑為磺化丙酮甲醛縮合物，并且所述磺化丙酮甲醛縮合物的分子量范圍是30萬-80萬道爾頓。
3.如權利要求2所述的一種抗高溫低密度高強度水泥漿，其特征在于，所述高活性硅粉的粒徑為300 800目。
4.如權利要求2所述的一種抗高溫低密度高強度水泥漿，其特征在于，所述高活性硅粉的具體粒徑分布如下600 800目含量> 70%，300 600目> 25%，300目以下< 5%。
5.如權利要求1-4任一項所述的一種抗高溫低密度高強度水泥漿，其特征在于，所述降失水劑為磺化丙酮甲醛縮合物制備成的膠粒狀顆粒，所述膠粒狀顆粒的直徑為O. 03 O.8mmο
6.如權利要求5所述的一種抗高溫低密度高強度水泥漿，其特征在于，所述降失水劑的制備方法是首先按水35 40份，甲醛20 60份；丙酮12 33份；亞硫酸鈉8 19 份的組分及重量份數進行稱量；其次，將水、甲醛和亞硫酸鈉投入反應釜中，加熱使反應釜升溫至45 55°C，并控制溫度使甲醛和亞硫酸鈉在45 55°C的條件下反應4 6小時， 在反應過程滴加丙酮，滴加完畢后；加熱使反應釜升溫至90 95°C，并使其在90 95°C的條件下維持I. 8^2. 2小時，反應釜出料并制備成膠粒狀顆粒，即制備得到所述降失水劑，所述膠粒狀顆粒的直徑為O. 03 O. 8mm。
7.如權利要求6所述的一種抗高溫低密度高強度水泥漿，其特征在于，所述降失水劑的制備方法中，所述反應釜出料后制備成膠粒狀顆粒的步驟是反應釜出料冷卻形成膠凍狀物質，在使用前將所述膠凍狀物質倒入攪拌儀中攪拌至塊狀并加入水混合，混合后，過剪切泵約3 5次，使得降失水劑變成膠粒狀顆粒懸浮于水中，即制備得到膠粒狀顆粒直徑O.03 O. 8mm的降失水劑。
8.如權利要求7所述的一種抗高溫低密度高強度水泥漿，其特征在于，所述一種抗高溫低密度高強度水泥漿的密度為I. 35g/cnTl. 60g/cm3。
全文摘要
本發明公開一種抗高溫低密度高強度水泥漿，由以下各組分及重量份數組成水泥100份，減輕劑23~35份，高溫強度穩定劑30~40份，填充劑10~23份，分散劑1.5~2份，早強劑1~2份，降失水劑8～15份；其中，所述減輕劑為漂珠；所述高溫強度穩定劑為高活性硅粉；所述填充劑為微硅；所述分散劑為醛酮縮合物或者萘系分散劑；所述早強劑的組分為硫代硫酸鋁、硅酸鈉、堿式氯化鋁等中的兩種或多種混配；所述降失水劑為磺化丙酮甲醛縮合物。該低密度水泥漿可用于低壓易漏地層稠油熱采井的固井，并可大大減輕因高溫引起的水泥石強度衰退，延長油井的壽命。
文檔編號C09K8/473GK102585789SQ201210029070
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月10日 優先權日2012年2月10日
發明者張凱, 潘軍, 陳蔚 申請人:成都歐美科石油科技股份有限公司