一种超细低密度水泥浆及其生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种超细低密度水泥浆及其方法生产方法，其中水泥浆是由下述重量百分比组分配制而成：G级油井水泥35?45%、生物灰40?50%、硅灰5?11%、混合灰5?11%、降失水剂2%、复合外加剂0.1?0.35%，其中混合灰是指粉煤灰和矿粉按55?75:25?45的重量比混合而成。本发明废物利用，降低了成本，流动度可达200?290mm，对于易漏层、垂直裂缝性地层或孔隙性地层，具备了良好的挤水泥、堵漏和充填微小空隙的作用，满足了实际应用需求。
【专利说明】
-种超细低密度水泥浆及其生产方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种低密度油井水泥，具体设及一种超细低密度水泥浆及其生产方 法，属于油气井固井技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着我国石油工业科技的不断进步及对石油资源需求的日益突出，对开放油气藏 (低压低渗漏、易漏失地层等)及其对储层保护要求越来越得到高度重视。低密度水泥因其 浆体密度低于常规水泥，对于易漏失低压地层、深井长封固或全井封固、欠平衡钻井、近平 衡或平衡固井等特殊井的固井施工具有良好的适应性。不仅能W较低的液柱压力作用于地 层，避免造成水泥浆注替过程中发生漏失，同时由于其超低密度的特殊性能，进一步为实现 平衡压力固井提供了条件，对于实现减少注水泥施工及其水泥浆侯凝过程对产层的污染提 供了可靠的技术途径。
[0003] 现有技术中的低密度水泥主要是由水泥、稳定剂、填充剂、分散剂等配制而成，对 于易漏层、垂直裂缝性地层或孔隙性地层的挤水泥、堵漏和充填微小空隙等作业仍存在缺 陷，无法完全满足实际应用需求。
[0004] 专利号为化2011103710719的发明公开了一种固井用轻珠防漏失水泥浆，是由G级 油井水泥60-90份和轻珠10-40份复配而成，具备了在固井过程中减缓和阻止漏失的能力， 在现场使用时，可直接通过控制轻珠的加量和水固比，有效控制水泥浆密度在1.24旨/畑13- 1.60g/cm 3，避免了压漏地层。但水泥浆成本偏高，而且充填微小空隙效果有限。
[0005] 目前我国有许多发电厂利用各种植物賴杆来燃烧发电，賴杆灰自身燃烧反应不完 全，就会将賴杆灰无定型二氧化娃，大量转变成结晶二氧化娃，从而影响了賴杆灰质量不稳 定，应用就受到限制。
[0006] 因此，若是能将賴杆灰燃烧后的生物灰应用到水泥浆的制备中，W解决现有技术 中低密度水泥成本较高、防堵漏及充填微小空隙效果差的不足，显得意义十分重大。
【发明内容】
[0007] 针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种能充分利用賴杆燃烧后 的生物灰代替部分水泥，并获得防堵漏效果好的超细低密度水泥浆及其生产方法。
[000引为达到上述目的，本发明采用W下的技术方案来实现： 一种超细低密度水泥浆，其特征在于，由下述重量百分比组分配制而成:G级油井水泥 35-45%、生物灰40-50%、娃灰5-11%、混合灰5-11%、降失水剂2%、复合外加剂0.1-0.35%，其 中混合灰是指粉煤灰和矿粉按55-75:25-45的重量比混合而成。
[0009 ] 所述G级油井水泥的比表面积> SOOmVkg，所述生物灰的比表面积> 1200mVkg，所 述娃灰的比表面积> 3000m2/kg。
[0010]所述复合外加剂为丙締酷胺40-50份、2-丙締酷胺基-2-甲基丙横酸8-30份、丙締 酸5-10份、淀粉1-4.5份。此外加剂的添加提高水泥浆的流变性及外加剂配伍效果。根据实 际使用情况，稠化时间可调节。
[0011] 所述G级油井水泥熟料化学要求，W重量百分比计为:氧化儀最大值为5.0%，Ξ氧 化硫最大值3.0%，烧失量最大值2.0%，不溶残渣最大值0.75%，娃酸Ξ巧53%-65%，侣酸Ξ巧 1.8%-3.0%，用氧化钢当量表示的总碱含量最大值0.75%，铁侣酸四巧+2*侣酸Ξ巧最大值 24〇/〇。
[0012] 各组分的松散容重分别为：G级油井水泥lOOOg/L，娃灰300g/L，生物灰450g/L。 各组分的干灰密度分别为：G级油井水泥3.19g/cm3，娃灰2.18g/cm3，生物灰2.15g/cm 3。本 发明超细低密度水泥的成品干灰密度< 2.50g/cm3。
[0013] 上述超细低密度水泥浆的生产方法，包括如下步骤:先将G级油井水泥熟料、生物 灰、娃灰、混合灰分别磨细，然后按配方比重将磨细后的比表面积>SOOm^kg的G级油井水 泥熟料、比表面积> 12 0 0m2 / k g的生物灰、比表面积> 3 0 0 0m2 / k g娃灰，W及混合灰、降失水 剂、外加剂采用精准的计量设施，送入混磨机内进行混磨复配，从而生产出超细低密度水泥 浆。
[0014] 本发明的优点：1、W生物灰代替部分水泥，废物利用，也降低了成本;2、生物灰的 活性较强，通过混合灰的添加，流动度可达200-290mm，而且水泥浆粒度较细能够渗透到水 泥环、地层和套管接头的微细缝中，对于易漏层、垂直裂缝性地层或孔隙性地层，具备了良 好的挤水泥、堵漏和充填微小空隙的作用，满足了实际应用需求;3、生物灰中的二氧化娃及 其它纤维组织，形成了阻隔液体渗入的膜，有效限制了液相在浆体中的运动，渗透性降低； 4、生物灰的加入，缩短了稠化过渡时间；5、具有适宜的抗压强度，35°C养护溫度，强度ld> 3.01?日，2(1>7.01?日;45°(：养护溫度，强度1(1>7.01?日，2(1>16.81?日;65°(：养护溫度，强度1(1 >18.0Mpa;6、沉降稳定性好，试体不退缩，并有微量增长;7、稠化时间可调，一般在90min~ SOOmin，根据实际需要，稠化时间可更长而不影响强度;8、水泥浆密度范围在1.45g/cm3- 1.50g/cm3，且比表面积较大，粒度超细，平均粒径小于扣m，最大不超过ΙΟμηι。
【具体实施方式】
[0015] 现结合具体实施例，对本发明作进一步描述。
[0016] 实施例一 超细低密度水泥浆组分:G级油井水泥(比表面积> SOOmVkg) 38%、生物灰(比表面积> 1200mVkg)46%、娃灰（比表面积>3000mVkg)7%、混合灰9%、降失水剂2%、外加剂0.1%，其中 混合灰是指粉煤灰和矿粉按75: 25的重量比混合而成，复合外加剂为丙締酷胺50份、2-丙 締酷胺基-2-甲基丙横酸30份、丙締酸10份、淀粉4.5份。
[0017] 该低密度水泥浆浆密为1.48(水灰比0.80) ,15-30min后的稠度为8. IBc，起稠时 间为108min，最终稠化时间为124min。曲线平滑无波动。其稠度30BC-90BC所对应的时间点 分别为：30Bc:113min、40Bc:116min、50Bc:118min、60Bc:119min、70Bc:121min、80Bc: 122min、90Bc: 123min。其中40Bc-70Bc所运行的时间间隔为5min，时间短，稠化迅速，物理 性能指标见表1。
[001引实施例二 超细低密度水泥浆组分:G级油井水泥(比表面积> SOOmVkg) 40%、生物灰(比表面积> 1200m2/kg)45%、娃灰（比表面积>3000m2/kg)7.5%、混合灰7.5%、降失水剂2%、外加剂ο. 15%。 其中混合灰是指粉煤灰和矿粉按55: 45的重量比混合而成，复合外加剂为丙締酷胺40份、 2-丙締酷胺基-2-甲基丙横酸8份、丙締酸5份、淀粉1份。
[0019] 该低密度水泥浆浆密为1.488(水灰比0.80) ,15-30min的稠度为5.9Bc，起稠时间 为130min，最终稠化时间为leimin。曲线平滑无波动。其稠度30BC-90BC所对应的时间点分 别为：30Bc: 147min、40Bc: 153min、50Bc: 157min、60Bc: 159min、70Bc: 160min、80Bc: 160min、 90Bc: 160min。其中40Bc-70Bc所运行的时间间隔为7min，时间短，稠化迅速。物理性能指标 见表1。
[0020] 实施例Ξ 超细低密度水泥浆组分:G级油井水泥(比表面积> 550m2/kg) 38%、生物灰(比表面积> 1200m2/kg) 44%、娃灰(比表面积> 3000m2/kg) 8.0%、混合灰8.0%、降失水剂2%、外加剂0.18%， 其中混合灰是指粉煤灰和矿粉按60:40的重量比混合而成，复合外加剂为丙締酷胺45份、2- 丙締酷胺基-2-甲基丙横酸20份、丙締酸8份、淀粉3份。
[0021] 该低密度水泥浆浆密1.481 (水灰比0.80)，15-30min的稠度为6.8Bc，起稠时间为 141min，最终稠化时间为200min。曲线平滑无波动。其稠度30BC-90BC所对应的时间点分别 为：30Bc:165min、40Bc:189min、50Bc:192min、60Bc:196min、70Bc:199min、80Bc:199min、 90Bc:199min。其中40Bc-70Bc所运行的时间间隔为lOmin，时间短，稠化迅速。物理性能指 标见表1。
[0022] 实施例四 超细低密度水泥浆组分:G级油井水泥(比表面积> 550m2/kg) 37%、生物灰(比表面积> 1200mVkg)45%、娃灰（比表面积>3000mVkg)8.0%、混合灰8.0%、降失水剂2%、复合外加剂 Smgs( I )0.20%，其中混合灰是指粉煤灰和矿粉按55:30的重量比混合而成，复合外加剂为丙 締酷胺50份、2-丙締酷胺基-2-甲基丙横酸30份、丙締酸10份、淀粉4份。
[0023] 该低密度水泥浆浆密为1.475(水灰比0.80) ,15-30min的稠度为9.2Bc，起稠时间 为167min，最终稠化时间为240min。曲线平滑无波动。其稠度30BC-90BC所对应的时间点分 别为：30Bc: 196min、40Bc: 224min、50Bc: 228min、60Bc: 234min、70Bc: 239min、80Bc: 240min、 90Bc: 240min。其中40Bc-70Bc所运行的时间间隔为15min，时间短，稠化迅速。物理性能指 标见表1。
[0024] 实施例五 超细低密度水泥浆组分:G级油井水泥(比表面积> 550m2/kg) 37%、生物灰(比表面积> 1200mVkg)45%、娃灰（比表面积>3000mVkg)8.0%、混合灰8.0%、降失水剂2%、外加剂0.23〇/〇， 其中混合灰是指粉煤灰和矿粉按60: 45的重量比混合而成，复合外加剂为丙締酷胺40份、 2-丙締酷胺基-2-甲基丙横酸8-30份、丙締酸5份、淀粉2份。
[00巧]该低密度水泥浆浆密1.468(水灰比0.80)，15-30min的稠度为9.3Bc，起稠时间为 182min，最终稠化时间为295min。曲线平滑无波动。其稠度30BC-90BC所对应的时间点分别 为：30Bc:215min、40Bc:2276min、50Bc:279min、60Bc:286min、70Bc:294min、80Bc:294min、 90Bc: 295min。其中40Bc-70Bc所运行的时间间隔为18min，时间短，稠化迅速。物理性能指 标见表1。
[0026]下表1为实施例1至实施例5的物理性能实验数据 表1:
从上表可W看出，本发明的水泥浆稠化时间短，强度高，浆体密度低，流动性强，在堵 漏、充填微小空隙等作业中效果好，适用于多种复杂油气固井需求。
【主权项】
1. 一种超细低密度水泥浆，其特征在于，由下述重量百分比组分配制而成:G级油井水 泥35-45%、生物灰40-50%、硅灰5-11%、混合灰5-11%、降失水剂2%、复合外加剂0.1-0.35%， 其中混合灰是指粉煤灰和矿粉按55-75:25-45的重量比混合而成。2. 根据权利要求1所述的超细低密度水泥浆，其特征在于，G级油井水泥的比表面积多 800m2/kg，所述生物灰的比表面积彡1200m 2/kg，所述娃灰的比表面积彡3000m2/kg。3. 根据权利要求1或2所述的超细低密度水泥浆，其特征在于，复合外加剂为丙烯酰胺 40-50份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸8-30份、丙烯酸5-10份、淀粉1-4.5份。4. 根据权利要求3所述的超细低密度水泥浆，其特征在于，G级油井水泥熟料化学要求， 以重量百分比计为:氧化镁最大值为5.0%，三氧化硫最大值3.0%，烧失量最大值2.0%，不溶 残渣最大值0.75%，硅酸三钙53%-65%，铝酸三钙1.8%-3.0%，用氧化钠当量表示的总碱含 量最大值0.75%，铁铝酸四钙+2*铝酸三钙最大值24%。5. 根据权利要求4所述的超细低密度水泥浆，其特征在于，各组分的松散容重分别为： G级油井水泥1000g/L，硅灰300g/L，生物灰450g/L;各组分的干灰密度分别为：G级油井水 泥3.19g/cm 3,娃灰 2.18g/cm3,生物灰2.15g/cm3〇6. 根据权利要求5所述的超细低密度水泥浆的生产方法，其特征在于，包括如下步骤： 先将G级油井水泥熟料、生物灰、硅灰、混合灰分别磨细，然后按配方比重将磨细后的比表面 积彡800m 2/kg的G级油井水泥熟料、比表面积彡1200m2/kg的生物灰、比表面积彡3000m2/kg 硅灰，以及混合灰、降失水剂、外加剂采用精准的计量设施，送入混磨机内进行混磨复配，从 而生产出超细低密度水泥浆。
【文档编号】C09K8/467GK106010489SQ201610369021
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】徐合林, 李昌清, 覃爱平, 候益红, 高飞, 程海平, 邓建华
【申请人】葛洲坝石门特种水泥有限公司