一种高强度高韧性耐高温固井水泥浆体系及其制备方法和设计方法与流程

技术特征：

1.一种高强度高韧性耐高温固井水泥浆体系，其特征在于，该水泥浆体系包括如下质量份的组分组成：

2.根据权利要求1所述的高强度高韧性耐高温固井水泥浆体系，其特征在于，所述的油井水泥是油井G级水泥、油井H级水泥、油井A级水泥、油井C级水泥中的一种。

3.根据权利要求1所述的高强度高韧性耐高温固井水泥浆体系，其特征在于，所述的粗石英砂密度介于2.30～2.65g/cm³，粒径介于50～90μm，二氧化硅质量含量≥95％。

4.根据权利要求1所述的高强度高韧性耐高温固井水泥浆体系，其特征在于，所述的细石英砂密度介于2.40～2.85g/cm³，粒径介于10～15μm，二氧化硅质量含量≥95％。

5.根据权利要求1所述的高强度高韧性耐高温固井水泥浆体系，其特征在于，所述的纳米二氧化硅是纳米二氧化硅粉末、纳米二氧化硅水溶胶中的一种；

优选的，所述的纳米二氧化硅的制备方法是化学气相沉积法、液相法、离子交换法、沉淀法和溶胶凝胶法等化学制备方法中的一种。

6.根据权利要求5所述的高强度高韧性耐高温固井水泥浆体系，其特征在于，所述的纳米二氧化硅粉末密度介于0.60～1.50g/cm³，粒径介于12～30nm，二氧化硅质量含量≥90％；

优选的，所述的纳米二氧化硅水溶胶密度介于1.10～1.40g/cm³，粒径介于12～30nm，二氧化硅质量含量为25～50％。

7.根据权利要求1所述的高强度高韧性耐高温固井水泥浆体系，其特征在于，所述的降失水剂是丁二烯-苯乙烯胶乳降失水剂、醋酸乙烯酯-乙烯胶乳降失水剂、丙烯酰胺与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)聚合类降失水剂中的一种或两种以上混合。

8.根据权利要求1所述的高强度高韧性耐高温固井水泥浆体系，其特征在于，所述的分散剂是磺化甲醛-丙酮缩聚物分散剂，或者聚萘磺酸盐分散剂中的一种。

9.权利要求1～8任一项所述的高强度高韧性耐高温固井水泥浆体系的制备方法，包括步骤如下：

将油井水泥、粗石英砂、细石英砂、纳米二氧化硅、降失水剂和分散剂混合均匀，然后加入水搅拌均匀，即得高强度高韧性耐高温固井水泥浆体系。

10.一种高强度高韧性耐高温固井水泥浆体系的设计方法，包括步骤如下：

(1)根据油井水泥中每种矿物的成分和含量，计算出水泥的钙硅质量比，根据不同温度下所生成抗高温的水化产物，以油井水泥的钙硅质量比为0.8～1.1为标准，确定该水泥浆体系中所需的石英砂加量；

(2)根据Hudson堆积模型，以孔隙率最小为标准，确定石英砂的粒径；根据Andreason方程确定该水泥浆体系中石英砂所采取的不同粒径的质量比；

(3)为了进一步提高水泥石的抗压强度和韧性，向该水泥浆体系中加入纳米二氧化硅，从而可以有效填充水泥石的微孔隙；根据水泥石中微孔隙的尺寸分布以及纳米二氧化硅的比表面积，以累计孔隙体积达总孔隙体积90％时的孔隙直径为标准，确定纳米二氧化硅的粒径。