专利名称：高密度水泥浆的制作方法
技术领域：
本发明是石油钻井工程领域固井注水泥技术所用的一种水泥浆体系，用于高温高压深井平衡压力固井。
二、技术背景在石油勘探开发中，当钻遇高压油气层时，为实现平衡压力固井，需在水泥浆中加入大量的加重剂并减少配浆水的用量提高水泥浆的密度，水泥浆的流变性较差，密度提高有限，且现场混配困难。因此，其密度只能提高到2.50g/cm3左右，难以满足超高压油气层固井的需要。
三、技术内容本发明的目的，在于提供一套体系综合工程性能更好、密度可提高至2.70g/cm3的高密度水泥浆。
本发明的特征组成含有水泥加重剂 20％～120％以及湿混降失水剂2％～30％、减阻剂0.4％～3.0％、缓凝剂0.05％～2.0％、稳定剂0.01％～3％、消泡剂0.1％～1.5％，使湿混的外加剂与拌合水的重量之和占水泥重量的40％～70％。当井底温度大于110℃时还可加入30％～40％抗高温强度退化剂。当控制水泥浆游离水和减小水泥石渗透率，提高浆体触变堵漏功能时加入1％～5％的高温稳定剂。
其中，百分比是各外加剂占水泥重量的百分比。加重剂为高密度铁矿粉、重晶石等加重材料；降失水剂为苯乙烯-丁二烯-丙烯酸乙酯等共聚物胶乳体系或液体胶乳、水溶性高分子聚合物及其混合物；减阻剂为聚萘磺酸盐类或甲醛和丙酮缩聚物类阴离子表面活性剂或磺化乙烯基类聚合物及其衍生物；稳定剂为生物聚合物类；缓凝剂为葡萄糖酸钙液体、葡萄糖庚酸盐液体、木质素磺酸盐及其改性产品或它们的混合物；消泡剂为高分子量醇、多元醇、甘油聚醚表面活性剂等；抗高温退化剂为石英砂、硅粉等晶体硅类，高温稳定剂为微硅等超细材料。
制备上述高密度水泥浆时可采用常规方法，即将湿混的外加剂与水混合均匀，再加入水泥和加重剂混配均匀，使得水灰比达到40％～70％，即可得到本产品。
在配置超高密度水泥浆时，先将湿混的外加剂与水混合均匀，为防止浆体沉降，再采用细度不同的加重剂粗细搭配与水泥加入湿混的外加剂中混合均匀，粗加重剂在180～220目之间，细加重剂为300～340目。利用颗粒级配原理，提高水泥浆的稳定性和改善浆体流变性能。
当配置2.50g/cm3以上的超高密度水泥浆体系时，可采用二次加重技术进行混配的方法，即在配好的基础浆中二次加入干加重剂提高水泥浆密度。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案(1)通过在体系内使用加重材料，如密度高达4.90g/cm3以上的铁矿粉来提高体系的密度，因此，无须大幅度降低体系的配浆水量即可使体系的密度达到需要的水平，有利于水泥浆性能的调节。
(2)在体系内使用抗高温强度退化剂砂或硅粉，防止井底温度高于110℃时水泥石强度退化。
(3)在体系内使用超细的活性材料微硅来提高体系的稳定性和水化反应活性，同时，使体系获得触变堵漏功能。
(4)使用配套的处理剂来改善体系的综合工程性能。
(5)为解决超高密度水泥浆混配困难及密度不均匀的问题，在配制超高密度水泥浆时，一是采用两种不同细度的加重剂进行粗细搭配配浆，这就利用颗粒间的堆积密度程度来提高水泥浆的稳定性和降低水泥石渗透率，并且有利于提高水泥石强度。二是在现场配浆过程中利用新疆石油管理局钻井公司改进的一种循环喷射搅拌式批量混合器进行配浆，可保证浆体密度的均匀性。三是在配浆过程中采用二次加重技术，使水泥浆最终密度达到要求值。
这样的方式混配出的浆体密度可达2.70g/cm3，其流动性好，浆体稳定性好，上下密度差不大于0.03g/cm3，水泥石后期强度高，浆体的综合工程性能良好。
与其它高密度水泥浆相比，本发明的优点在于(1)用高密度的加重材料，如用密度高达4.90g/cm3以上的加重剂提高体系的密度，在配制高密度浆体时所附加的水量少，对流变性影响小，可根据加量的不同来调节水泥浆密度，配合各种外加剂和技术措施可使水泥浆密度提高到2.70g/cm3。
(2)体系具有良好的稳定性，有利于防止候凝过程中体系失稳分层、自由水聚集和加重剂沉降而引发的环空窜流。水泥浆固相颗粒堆积密实空隙率低，水泥石致密孔隙连通性差，水泥石渗透率低，可防止地层流体窜通。
(3)在配置高密度水泥浆体系时，合理的加重剂的粒度分布保证了高密度水泥浆体系的良好综合性能。不同细度的加重剂进行粗细搭配配浆，既降低了浆体悬浮加重材料的困难，提高体系充填密实程度，又能获得性能较好的高密度水泥浆。利用颗粒间的堆积密度程度提高了水泥浆的稳定性和降低了水泥石渗透率，并有利于提高水泥石强度。
(4)体系具备良好的触变堵漏功能，可通过自支撑胶凝结构封堵漏失层。
(5)在配置超高密度水泥浆体系时，先使浆体达到一定密度，再采用二次加重技术，使水泥浆最终密度达到要求值。在现场施工过程中利用新疆石油管理局钻井公司改进的一种循环喷射搅拌式批量混合器进行配浆，这两种配浆方法保证了浆体密度的均匀性。
本发明可解决其它高密度水泥浆提高密度有限、体系稳定性差，加重剂易沉降、并且配浆困难，在超高密度条件下不能混配均匀，造成水泥浆体系稠度大，稠化时间无规律且难于调节的技术问题。
本发明所获得的高密度水泥浆体系在具有良好综合工程性能的条件下将体系密度提高到其它高密度水泥浆难以达到的超高水平，从而解决高温高压深井、高压油气层等高密度固井技术难题。
本发明的配制方法按比例称取所用材料，将湿混的外加剂与水混合均匀，使得湿混的外加剂与拌合水重量之和占水泥重量的40％～70％，然后按SY/T5546-92的配浆方法搅拌均匀，即得到本发明。
下面结合实例进一步说明本发明所提供的高密度水泥浆体系的性能及其应用效果。
实例1G+35％抗高温强度退化剂+75％加重剂+5％高温稳定剂+(1.3％降失水剂+1.0％减阻剂+0.06％缓凝剂+0.1％消泡剂)湿混+54％液灰比密度2.30g/cm3实例2G+100％加重剂+2％高温稳定剂+(20.0％降失水剂+2.0％稳定剂+2.0％减阻剂+1.1％缓凝剂+0.5％消泡剂)湿混+54％液灰比密度2.40g/cm3实例3G+70％加重剂(粗)+30％加重剂(细)+2％高温稳定剂+(20.0％降失水剂+2.0％稳定剂+2.2％减阻剂+1.0％缓凝剂+1.0％消泡剂)湿混+50％液灰比+10％加重剂(细)密度2.60g/cm3实例4H+70％加重剂(粗)+40％加重剂(细)+2％高温稳定剂+(10.0％降失水剂+0.8％稳定剂+3.0％减阻剂+0.1％消泡剂)湿混+48％液灰比+15％加重剂(细)密度2.70g/cm3
高密度水泥浆性能表
权利要求
1.一种高密度水泥浆体系，其特征组成含有水泥加重剂20％～120％以及湿混降失水剂2％～30％、减阻剂0.4％～3.0％、缓凝剂0.05％～2.0％、稳定剂0.01％～1.5％、消泡剂0.1％～1.5％，使得湿混的外加剂与拌合水的重量之和占水泥重量的40％～70％。其中，百分比是各外加剂占水泥重量的百分比。
2.如权利要求1所述的高密度水泥浆，其中所述的加重剂为高密度铁矿粉、重晶石等加重材料。
3.如权利要求1所述的高密度水泥浆，其中所述的降失水剂为苯乙烯-丁二烯-丙烯酸乙酯等共聚物胶乳体系或水溶性高分子聚合物及其混合物。
4.如权利要求1所述的高密度水泥浆，其中所述的减阻剂为聚萘磺酸盐类，或甲醛和丙酮缩聚物类阴离子表面活性剂，或磺化乙烯基类聚合物及其衍生物。
5.如权利要求1所述的高密度水泥浆，其中所述的缓凝剂为葡萄糖酸钙液体、木质素磺酸盐及其改性产品或它们的混合物。
6.如权利要求1所述的高密度水泥浆，其中所述的稳定剂为生物聚合物类。
7.如权利要求1所述的高密度水泥浆，其中所述的消泡剂为高分子量醇、多元醇、甘油聚醚表面活性剂等，其消泡性能好并有抑泡效果。
8.如权利要求1所述的高密度水泥浆，其中还可以进一步加入抗高温强度退化剂。
9.如权利要求1或权利8所述的高密度水泥浆，其中所述的抗高温强度退化剂为石英砂、硅粉等晶体硅类，其使用量为30％～40％。当井底温度大于110℃时使用。
10.如权利要求1所述的高密度水泥浆，其干混外加剂还可以加入高温稳定剂。
11.如权利要求1或权利要求10所述的高密度水泥浆，其中所述的高温稳定剂可以是微硅等超细材料，使用量为1％～5％。当控制水泥浆游离水和减小水泥石渗透率或为获得浆体触变堵漏功能时可考虑加入。
12.如权利要求1所述的高密度水泥浆，在配置2.50g/cm3以上的超高密度水泥浆体系时，可采用二次加重技术进行混配的方法，即在配好的基础浆中二次加入干加重剂提高水泥浆密度，使水泥浆最终密度达到要求值。
全文摘要
本发明涉及石油钻井工程领域固井所用的水泥浆体系水泥加重剂20％～120％以及湿混降失水剂2％～30％、减阻剂0.4％～3.0％、缓凝剂0.05％～2.0％、稳定剂0.01％～1.5％、消泡剂0.1％～1.5％，使得湿混的外加剂与拌合水的重量之和占水泥重量的40％～70％。还可以加入30％～40％的抗高温强度退化剂，以及干混入1％～5％的高温稳定剂。当配置超高密度水泥浆体系时应尽可能采用不同细度加重剂进行粗细搭配混合配浆；在配置密度高达2.50g/cm
文档编号C04B24/16GK1865185SQ20051007158
公开日2006年11月22日 申请日期2005年5月21日 优先权日2005年5月21日
发明者苏洪生, 柳建, 齐静, 刘晓兰, 徐阿莉, 鄢锐, 李跃明, 李良兵 申请人:新疆石油管理局钻井工艺研究院