专利名称：可膨胀低密度水泥浆及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种可膨胀低密度水泥浆及其制备方法，属于油田固井技术领域，是钻井行业的固井专业中用于封固低压易漏地层的可膨胀压力自适应性低密度水泥浆及其制备方法。
背景技术：
随着注重对低效油气藏(低压、低渗透、易漏失地层)的开发及对储层保护的要求越来越受到重视，针对低压、易漏特性地质条件(地层破裂压力小于1.65g/cm3，漏失压力 1. 25-1. 40g/cm3的低压易漏层)下的开发技术要求越来越高，在固井施工中由于低压地层段漏失所造成的水泥浆漏失现象，已严重的影响到固井质量和油气井的产能及寿命。为解决上述问题，长期以来普遍应用了漂珠、粉煤灰、矿渣等一系列的低密度水泥浆技术，例如 中国专利号“201010219765. 6”所公开的用地于封固易漏失产层的低密高强防漏水泥浆制备，主要依靠降低水泥浆体系的密度，使得环空压力低于易漏失地层的破裂压力和漏失压力来实现降低和消除产层段的固井漏失的风险。使用低密度水泥浆防漏的主要技术思路是设计合理密度的低密度浆体，使井筒环空压力小于裸眼井筒中的最低漏失压力，从而避免漏失现象的发生。但是在普遍使用各类低密度体系的情况下，漏失现象仍有一定量的发生；表明在该思路下的防漏工作主要是注重“前期预防”，而对于部分的设计井筒环空压力未能达到小于井筒最低漏失压力的井次，在漏失现象发生后却缺少能够进行即时阻止漏失的设计环节，使得正在发生的漏失现象处于失控状态。给固井施工留下了较大的隐患。如果要通过进一步降低密度的方式来加以解决，主要会存在以下几个方面的难点问题①无法做到施工前完全掌握每一口井每一个地层的破裂压力和漏失压力的完全真实性数值。②过度的降低密度所造成的增加减轻材料的用量会造成施工成本的大量上升。③ 受压力安全窗口较小的限制，浆体密度的下降是有一定的底限的，否则会造成避免了漏失确引发了地层流体的侵窜。面对上述情况，如采用分级固井法，不但会增加工具和工作时间上的成本，且只能较好的解决分级箍以下的漏层问题，在其上部的漏失问题上，仍无法克服上述的现象分析中所存在的问题。为此设计开发一类具有堵漏性能的低密度水泥浆，在降低密度预防漏失的基础上，同时具备一定的堵漏能力。当所设计的密度没能完全避免可能引发漏失的情况下，能够通过自身的堵漏能力弥补这一缺陷，较好的解决上述分析中存在的难点问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有低密度水泥浆固井技术中存在的无法堵漏的问题，开发提供一种可膨胀低密度水泥浆，本发明由于自身具有一定的可膨胀性，因而具备在漏失压差条件下的体积膨胀，通过体积的膨胀性，首先是降低了浆体的密度，其次是膨胀对井壁环空增加了流动摩阻，两种作用都能起到阻止漏失的效果，达到和实现阻止漏失的目的。
—种可膨胀低密度水泥浆，其特征在于，包括如下配比的组份 水泥 60% — 90%，
复合减轻剂10%— 40%，
水固比为0. 70—1. 1的清水。所述的水泥为G级油井水泥。所述的复合减轻剂为固井减轻剂G403-GJQ。所述的清水为工业用淡水。所述水泥浆的密度为1. 20 1. 60g/cm3。一种可膨胀低密度水泥浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤
a、一次干灰混配将水泥和复合减轻剂按照配比要求进行均勻混合形成混配的干灰；
b、施工二次浆体混配在一次混配的干灰材料中加入工业用淡水，水固比为0.70— 1.1，混合成均勻的水泥浆。本发明还包括将水泥浆进行自然稠化的步骤，自然稠化时间在80 260分钟。采用本发明的优点在于
一、本发明中的低密度水泥浆，具有3-7%的体积收缩膨胀性能，水泥浆的密度在 1. 15 1.65g/cm3之间，适用温度范围为40 85°C，运用该性能可进行低压易漏地层固井， 也可用于水泥浆堵漏工作，与各种油井水泥的外加剂配伍性好，主要采用复合减轻材料与水泥干法混合，使用方便。二、本发明所选用防渗漏复合减轻外加剂GJQ与水泥及水所配制的水泥浆体系具有随所受压力条件变化下的膨张和收缩性能，在通过井口进行注浆至井底并从井底环空上升的过程，就是一个明显的下降加压收缩、上升减压膨胀的过程；这使得该水泥浆在不断上升的过程中体积不断膨胀，其对井壁和套管表面除了浆体的高度产生的压力以外还有自身膨胀产生的压力，两项压力之和明显大于同密度不可膨胀浆体对环空井壁的压力，因而增大了静摩阻值，降低了环空压力值，具有较强的防漏失功能；同时，当漏失发生时浆体是由高压端向低压端流动漏失，由于加入膨胀材料而会发生一定量的膨胀，利用该膨胀性增加漏失通道的阻力，同时因自身膨胀降低浆体密度减缓引发漏失的压差，浆体根据漏失时的压力变化进行自适应性的压力和体积变化，使本发明具有阻止漏失的作用。三、本发明由于具备膨胀性，防止地层流体窜入井筒的能力十分优异，目前运用的数十井次无一发生被窜伤害水泥胶结现象发生。四、水泥浆体系调节区间大(1. 15 1. 65g/cm3)，并能很好地保证其它指标性能的稳定，稠化时间可调，浆体流动性好，流性指数、稠度系数满足施工要求。五、本发明中的低密度水泥浆具备密度可调范围大，水泥石强度满足易漏地层固井要求，水泥浆体系的初始稠度低，流变性优良，析水量较低等优良的施工性能，同时所需的材料配比简洁明了，使用方便。对易漏井区的固井中实现防漏、阻漏具有良好的效果。
具体实施例方式实施例1
一种可膨胀低密度水泥浆，包括如下配比的组份 水泥60%，复合减轻剂40%，
本发明中，水固比为0.70的清水。所述的水泥为G级油井水泥。所述的复合减轻剂为固井减轻剂G403-GJQ。所述的清水为工业用淡水。所述水泥浆的密度为1.20g/cm3。一种可膨胀低密度水泥浆的制备方法，包括如下步骤
a、一次干灰混配将水泥和复合减轻剂按照配比要求进行均勻混合形成混配的干灰；
b、施工二次浆体混配在一次混配的干灰材料中加入工业用淡水，水固比为0.70，混合成均勻的水泥浆。本发明还包括将水泥浆进行自然稠化的步骤，自然稠化时间在80分钟。实施例2
一种可膨胀低密度水泥浆，包括如下配比的组份 水泥90%，
复合减轻剂10%，
水固比为1. 1的清水。本发明中，所述的水泥为G级油井水泥。所述的复合减轻剂为固井减轻剂 G403-GJQ。所述的清水为工业用淡水。所述水泥浆的密度为1.60g/cm3。一种可膨胀低密度水泥浆的制备方法，包括如下步骤
a、一次干灰混配将水泥和复合减轻剂按照配比要求进行均勻混合形成混配的干灰；
b、施工二次浆体混配在一次混配的干灰材料中加入工业用淡水，水固比为1.1，混合成均勻的水泥浆。本发明还包括将水泥浆进行自然稠化的步骤，自然稠化时间在260分钟。实施例3
一种可膨胀低密度水泥浆，包括如下配比的组份 水泥70%，
复合减轻剂30%，
水固比为0. 85的清水。本发明中，所述的水泥为G级油井水泥。所述的复合减轻剂为固井减轻剂 G403-GJQ。所述的清水为工业用淡水。一种可膨胀低密度水泥浆的制备方法，包括如下步骤
a、一次干灰混配将水泥和复合减轻剂按照配比要求进行均勻混合形成混配的干灰；
b、施工二次浆体混配在一次混配的干灰材料中加入工业用淡水，水固比为0.85，混合成均勻的水泥浆。本发明还包括将水泥浆进行自然稠化的步骤，自然稠化时间在150分钟。 实施例4
可膨胀低密度水泥浆的配制方法如下
运用一种自身可收缩和膨胀的固井减轻剂G403-GJQ与G级油井水泥及水按照一定的设计比例混配，形成一种防漏用的可膨胀低密度水泥浆，材料组份和配比及要求如下 G级油井水泥60%—90%，
固井减轻剂 G403-GJQ10%—40%,
水为工业用淡水，水固比为0. 70—1. 1。
所述的复合减轻剂为川庆钻探钻采工程技术研究院所开发、生产和公开销售的固井减轻剂，产品名称和代号分别为固井减轻剂G403-GJQ。该种可膨胀低密度水泥浆的具体制备方法，包括如下步骤
a、一次干灰混配将水泥(加量范围60%—90%)和固井减轻剂一GJQ (加量范围10%— 40%)按照设计的配比要求进行均勻混合。所述的混配比例1是G级水泥90%、固井减轻剂GJQ10%。所述的混配比例2是G级水泥85%、固井减轻剂GJQ15%。所述的混配比例3是G级水泥80%、固井减轻剂GJQ20%。所述的混配比例4是G级水泥75%、固井减轻剂GJQ25%。所述的混配比例5是G级水泥70%、固井减轻剂GJQ30%。所述的混配比例6是G级水泥65%、固井减轻剂GJQ35%。所述的混配比例7是G级水泥60%、固井减轻剂GJQ40%。b、施工二次浆体混配在一次混配的干灰材料中加入清水，水固比的范围为 0. 70-1. 1，按照设计的配比要求混合成均勻的水泥浆，用于固井施工。所述的混配比例1是一次混拌的干灰100%、清水110%。所述的混配比例2是一次混拌的干灰100%、清水105%。所述的混配比例3是一次混拌的干灰100%、清水100%。所述的混配比例4是一次混拌的干灰100%、清水95%。所述的混配比例5是一次混拌的干灰100%、清水90%。所述的混配比例6是一次混拌的干灰100%、清水85%。所述的混配比例7是一次混拌的干灰100%、清水80%。所述的混配比例8是一次混拌的干灰100%、清水75%。所述的混配比例9是一次混拌的干灰100%、清水70%。上述制浆的配比关系是根据不同的地层漏失条件，按照设计的比例进行配制。具体实施举例如下
将70%的G级油井水泥与30%的固井减轻剂一GJQ倒入固井灰罐中，搅拌均勻，运输至井场备用；将准备好的混拌干灰，按照0. 90的水固比，采用水泥车(水泥车型号3516、 4017,5025和7040)与水混拌成密度为1. 33g/cm3的水泥浆进行固井施工。本发明收缩和膨胀情况下的密度可变化是其独特的防漏及防侵窜性能的基础，通过全面的实验数据分析寻找规律来加以掌握及准确的运用，下面是开展该方面的相关实验数据
表1 本发明的密度随压力而变化的实验数据
权利要求
1.一种可膨胀低密度水泥浆，其特征在于，包括如下配比的组份 水泥60% — 90%，复合减轻剂10%— 40%，水固比为0. 70—1. 1的清水。
2.根据权利要求1所述的可膨胀低密度水泥浆，其特征在于所述的水泥为G级油井水泥。
3.根据权利要求1或2所述的可膨胀低密度水泥浆，其特征在于所述的复合减轻剂为固井减轻剂G403-GJQ。
4.所根据权利要求3所述的可膨胀低密度水泥浆，其特征在于述的清水为工业用淡水。
5.根据权利要求4所述的可膨胀低密度水泥浆，其特征在于所述水泥浆的密度为 1. 20 1. 60g/cm3。
6.根据权利要求1所述的一种可膨胀低密度水泥浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤a、一次干灰混配将水泥和复合减轻剂按照配比要求进行均勻混合形成混配的干灰；b、施工二次浆体混配在一次混配的干灰材料中加入工业用淡水，水固比为0.70— 1.1，混合成均勻的水泥浆。
7.根据权利要求6所述的一种可膨胀低密度水泥浆的制备方法，其特征在于还包括将水泥浆进行自然稠化的步骤，自然稠化时间在80 260分钟。
全文摘要
本发明公开了一种可膨胀低密度水泥浆及其制备方法，可膨胀低密度水泥浆包括如下配比的组份水泥60%—90%，复合减轻剂10%—40%，水固比为0.70—1.1的清水。可膨胀低密度水泥浆的制备方法包括a、一次干灰混配将水泥和复合减轻剂按照配比要求进行均匀混合形成混配的干灰；b、施工二次浆体混配在一次混配的干灰材料中加入工业用淡水，水固比为0.70—1.1，混合成均匀的水泥浆。本发明由于自身具有一定的可膨胀性，因而具备在漏失压差条件下的体积膨胀，通过体积的膨胀性，首先是降低了浆体的密度，其次是膨胀对井壁环空增加了流动摩阻，两种作用都能起到阻止漏失的效果，达到和实现阻止漏失的目的。
文档编号C09K8/473GK102250598SQ20111014028
公开日2011年11月23日 申请日期2011年5月27日 优先权日2011年5月27日
发明者周兵, 姜向祖, 李志宏, 李波, 李海龙, 温雪丽, 陈宁, 魏周胜 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司