专利名称：深部大陆科学钻探耐高温固井材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种深部大陆科学钻探耐高温固井材料，是一种用在深部大陆钻探高温高压超深井中支撑及保护套管固井材料，属于大陆深部科学钻探钻井过程中固井的方法。
背景技术：
大陆科学钻探是获取地球深部物质、了解地球内部信息最直接、最有效和最可靠的方法，“上天、入地、下海”是人类挑战自然的宏伟工程，大陆科学钻探是我国入地计划的先导工程。随着社会经济长期快速发展，我国面临日益突出的资源、能源、环境等问题，急需发展深部探测及相关技术，为深部矿产资源评价与减灾防灾提供必要的科技支撑。深部探测大陆科学钻探耐高温固井材料的研制是我国地壳探测工程的组成部分，固井材料的好坏 直接关系到深部科学钻探固井质量，关系到钻井施工效率和成井的寿命。耐高温固井材料的研究目的在于为深部钻探提供安全可靠的固井材料，从而服务于整个大陆科学钻探计划的实施。目前大陆科学钻探在钻井过程中常常遇到如高温高压问题；井漏、井塌、缩径问题；支撑套管并防止地下流体对套管的腐蚀；影响正常钻进，严重时甚至导致井眼报废等复杂问题。现有固井材料存在的主要缺点是在高温状态下(静态220°C，动态温度260°C )，固井材料稠化时间短，满足不了工艺需要，且在高温高压情况下固井材料强度衰退严重，满足不了科学钻探固井质量的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种深部大陆科学钻探耐高温固井材料，其为了使大陆科学钻探施工能够顺利进行，固井质量达到标准，研制出在高温高压下具有适宜的初始稠度；良好的流动性、稳定性和稠化时间；较小的失水量；较高的结石体强度的固井材料，使固井材料以及凝结后形成的结石体在高温高压情况下满足性能要求。本发明的技术方案是这样实现的一种深部大陆科学钻探耐高温固井材料，其特征在于配方按重量百分比由以下原料组成G级水泥、硅粉、微硅粉、复配缓凝剂、硼砂、水、磺化单宁、正辛醇，按重量百分比其中G级水泥为基本单位1，以下原料比例为占水泥重量百分比，硅粉50%、微硅粉5%、复配缓凝剂4%、硼砂1%、水40%、磺化单宁4%、正辛醇O. 08%。本发明的积极效果是固井材料稠化时间长，流变性能好，稠化时间可根据具体情况调整；失水量较小、析水量少；结石体强度高；其耐高温、耐高压的性能指标
(1)密度1.86 g/cm3 ；
(2)稠化时间252min(220°C)；
(3)失水量32mL/30min(220°C)；
(4)析水率I.20% ；(5)14天抗压强度25. 6Mpa(260°C );可在大陆科学钻探中推广和应用。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步的描述
实施例取G级油井水泥、硅粉、微硅粉、复配缓凝剂、硼砂、水、磺化单宁、正辛醇原料，先往高速搅拌罐中加入水，依次加入复配缓凝剂搅拌3分钟(以下每一种材料均搅拌3分钟)，加入水泥搅拌、加入硅粉和微硅粉搅拌、加入硼砂搅拌、加入磺化单宁搅拌、加入正辛醇搅拌即可。按重量百分比其中G级水泥为基本单位1，以下原料比例为占水泥重量百分比，硅粉50%、微硅粉5%、复配缓凝剂4%、硼砂1%、水40%、磺化单宁4%、正辛醇O. 08%。G级油井水泥是API标准油井水泥中的一种基本水泥，其熟料矿物成分与普通硅酸盐水泥大致相同，但由于为了满足油井水泥固井施工对水泥浆流动性、稠化及水泥石强 度等方面的要求，因而要求其在组分颗粒的粒度、配比及其氧化物含量等方面有特别的控制。API级别G级油井水泥各成分的质量分数通常为C3S (50%),C2S (30%),C3A (5%),C4AF (12%)。硅微粉俗称硅粉，是由天然石英(SiO2)或熔融石英加工而成的微粉。通过掺加一定量的硅粉，降低原料混合物的C/S，可改变所形成的水泥石矿物，以达到防止高温强度蜕化的目的。微硅粉主要成分是非晶态二氧化硅，微硅与含Ca (OH)2的水接触将吸水生成一种粘性的胶状硅酸，硅酸与氢氧化钙反应，最后生成水硬性硅酸钙水合物C一S— H (B)。未反应的微硅颗粒聚集充填在水泥孔隙孔，束缚水泥孔隙中的自由水。因此可选微硅作为减少自由水的稳定剂。加入微硅能有效地降低水泥浆的析水，提高浆体的稳定性。
复配高温缓凝剂用于改善高温高压下水泥浆的稠化性能和流动性能。深部探测井的特点是高温高压，因此延迟固井材料固化时间和满足灌注工艺技术要求等，需要水泥浆在一定时期内保持可泵性。硼砂在水泥浆中是一种高温助缓凝剂，自身缓凝作用并不明显，所以一般不单独使用，通常通过与其他外加剂配合使用来提高缓凝剂的温度范围。水的加量与水泥结石体的强度有很大关系。水固比愈大，水泥硬化后的密实度就愈小，孔隙则愈多，会发生绝对体积的收缩现象，强度也受影响。尽量采用较小的水固比，以降低水泥石中的自由水含量，减少水泥收缩现象，提高水泥石强度。磺甲基单宁(代号SMT)俗名磺化单宁，是一种改性的新型稀释剂，在水泥浆中用作稀释剂，磺化单宁在高温条件下，可有效地控制水泥浆的粘度切力，使得水泥浆的初始稠度显著降低，获得较好的减阻效果。正辛醇在固井材料中具有较好的消泡效果。耐高温固井材料性能评价主要是从水泥浆密度、水泥浆的稠化时间(静态220°C相当于动态温度260°C)、水泥浆的失水量(220°C)、水泥浆的析水率、水泥石抗压强度(260°C)这五个指标来评价。水泥浆密度本配方水泥浆密度在I. 80 I. 90 g /cm3之间。固井施工中水泥浆密度主要用于平衡压力。水泥浆的稠化时间为了使固井工作顺利完成，必须控制整个固井过程在稠化时间内完成，并且需要考虑安全系数，还应预留Ih以上的安全施工时间，因此水泥浆的稠化时间对固井工作非常重要。水泥浆的失水量水泥浆失水量是指水泥浆中自由水通过井壁向地层渗入的多少，水泥浆大量失水将造成水泥浆急剧变稠，大大影响其流动性，从而不利于固井工作顺利进行。水泥浆失水量原则上越小越好，但控制水泥浆失水的外加剂通常对水泥浆的流变性、稠化时间、抗压强度等有影响，因此应权衡考虑。水泥浆的析水率水泥浆析水量过大和沉降稳定性不好，将导致水泥浆密度分布不均，所形成的水泥石强度不一致，影响固井质量。水泥石抗压强度水泥结石体强度要求能支承住井内的套管，能承受住钻进时的 冲击载荷。
权利要求
1.ー种深部大陆科学钻探耐高温固井材料，其特征在于配方按重量百分比由以下原料组成G级水泥、硅粉、微硅粉、复配缓凝剂、硼砂、水、磺化单宁、正辛醇，按重量百分比其中G级水泥为基本単位1，以下原料比例为占水泥重量百分比，硅粉50%、微硅粉5%、复配缓凝剂4%、硼砂1%、水40%、磺化单宁4%、正辛醇O. 08%ο
全文摘要
本发明涉及一种深部大陆科学钻探耐高温固井材料，其特征在于配方按重量百分比由以下原料组成G级水泥、硅粉、微硅粉、复配缓凝剂、硼砂、水、磺化单宁、正辛醇，按重量百分比其中G级水泥为基本单位1，以下原料比例为占水泥重量百分比，硅粉50%、微硅粉5%、复配缓凝剂4%、硼砂1%、水40%、磺化单宁4%、正辛醇0.08%。其为了使大陆科学钻探施工能够顺利进行，固井质量达到标准，研制出在高温高压下具有适宜的初始稠度；良好的流动性、稳定性和稠化时间；较小的失水量；较高的结石体强度的固井材料，使固井材料以及凝结后形成的结石体在高温高压情况下满足性能要求。
文档编号C09K8/467GK102838973SQ201210373350
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月27日 优先权日2012年9月27日
发明者吴景华, 孙友宏, 谢俊革, 仲崇梅, 高成梁, 周明洋, 赵志永 申请人:长春工程学院