专利名称：一种抗高温低密度高强度水泥浆的制作方法
技术领域：
本发明涉及水泥，具体的，涉及一种适用于热采井固井的抗高温低密度高强度水泥浆。
背景技术：
在稠油的开采过程中，注入地层的过热蒸汽温度高达250°C以上，在如此高的温度下，普通硅酸盐油井水泥的强度会急剧衰退，导致水泥石变疏松，强度大幅度下降，不能有效地封隔地层，层间流体互相窜通，注蒸汽时井口冒气，缩短了油井的寿命，降低生产效率和采收率。因此，稠油热采井需用耐高温的水泥浆进行封固。在水泥中加入硅粉(石英砂) 可有效地提高水泥石的热稳定性，用加硅粉的常规密度耐高温水泥浆进行固井施工已在国内各油田得到应用。但由于一般稠油井深度较浅，且随稠油的不断开采，地层压力较低，用常规密度的水泥浆固井，容易造成地层漏失，水泥浆返不出地面，达不到全井封固的目的。 同时水泥浆密度过高，还将引起地层伤害，降低产能。因此，油田迫切需要耐高温的低密度水泥浆。近年来，国内外学者对低密度水泥浆体系进行了广泛的研究，取得了许多优异成
果O国外报道了许多新型低密度水泥衆体系，其中具有代表性的有Schlumberger公司的Litecrete低密度水泥技术，该技术主要是通过利用颗粒合理级配理论对低密度外掺料和油井水泥之间的粒度分布进行优化，目的是减少低密度外掺料和油井水泥颗粒之间的空隙，即让体系颗粒达到最紧密堆积，从而提高水泥浆体系的综合性能。我国在低密度水泥浆上也研究和应用了较多低密度水泥浆类型来满足不同的地层固井需要，主要有泡沫低密度水泥浆、微硅低密度水泥浆、粉煤灰低密度水泥浆、硅藻土低密度水泥浆和漂珠低密度水泥浆等。虽然国内外低密度水泥浆固井技术发展较为迅速，但在高温热采井固井方面还有待提高，大部分低密度水泥浆体系抗高温(>200°C )能力不足，出现高温下水泥石强度严重衰退的现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种抗高温低密度高强度水泥浆。该水泥浆的设计基于紧密堆积和颗粒级配理论，通过活性材料的选择和干混材料的不同颗粒尺寸分布，进行合理级配，使水泥浆体系实现良好的空隙填充，达到紧密堆积的效果。该低密度水泥浆可用于低压易漏地层稠油热采井的固井，并可大大减轻因高温引起的水泥石强度衰退，延长油井的寿命。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是一种抗高温低密度高强度水泥浆，由以下各组分及重量份数组成水泥100份，减轻剂23 35份，高温强度稳定剂3(Γ40 份，填充剂1(Γ23份，分散剂I. 5^2份，早强剂Γ2份，降失水剂8 15份；其中，所述减轻剂为漂珠；所述高温强度稳定剂为高活性硅粉；所述填充剂为微硅；所述分散剂为醛酮缩合物或者萘系分散剂；所述早强剂的组分为硫代硫酸铝、硅酸钠、碱式氯化铝等中的两种或多种混配。所述高活性硅粉的粒径为300 800目。所述高活性硅粉的具体粒径分布如下600 800目含量> 70%，300 600目> 25%, 300 目以下< 5%。所述减轻剂为国产漂珠。国产漂珠是一种薄壁空心的微珠，其密度仅为O. 6
O.7g/cm3。因此，在水泥浆体系中只需通过改变漂珠的加量，就可很容易的达到需要的密度水平。通过喷涂等方法对其表面进行处理，在其表面形成一种保护膜，使其抗温、抗压能力增强，在高温高压下不易破碎，保证水泥浆体系在经过高温高压后的密度均匀稳定。所述高温强度稳定剂为高活性硅粉，通过对其特殊处理，使其颗粒表面呈均匀的球状。高活性硅粉是冶炼硅铁合金或硅金属过程中得到的副产品，是以SiO2为主要成份的比表面极大、活性很闻的娃质材料。娃粉能提闻油井水泥的热稳定性是由于娃粉含有95 % 以上的SiO2，它的加入改变了水泥的C/ S比，使水泥的水化产物C一S— H的组成和结构发生了变化，当温度高于150°C时，形成硬硅钙石和少量白钙沸石，它们在400°C以内均稳定存在。除此之外，产物中少量白钙镁沸石，针钠钙石、片柱钙石等对水泥的热稳定性也有一定作用，因此提高了水泥的耐高温性能。总之，本发明所采用的高活性硅粉的具体粒径分布如下600 800目含量> 70%，300 600目> 25%，300目以下< 5%。以这种粒径的高活性硅粉作为本发明水泥浆的组成成分，使其在高温时，反应活性更高，能更加充分的与水泥反应，更有利于热稳定性好、强度高的水化产物形成。所述填充剂为微硅。它是一种特细的球形颗粒，平均直径为O. I O. 15微米，是水泥颗粒平均直径的几百分之一。其中无定形SiO2含量占到了 95%以上，可与水泥水化反应时的产物Ca (OH)2反应生成一种含水硅酸钙水化物，产生不易渗透的水泥石结构。并且由于微硅的颗粒很小，比表面积大，颗粒周围能吸附大量水分子，水分子间通过氢键作用，使颗粒之间形成均匀致密的网状结构，改善水泥浆的沉降稳定性，并通过与高温强度稳定剂等的颗粒合理级配，使水泥石堆积更加紧密，从而更进一步提高水泥石的强度和抗渗透能力， 提闻水泥楽·的降滤失能力。所述早强剂的组分为硫代硫酸铝、硅酸钠、碱式氯化铝等中的两种或多种混配。该早强剂在中低温条件下对水泥浆稠化时间影响较小，但对水泥石早起强度效果明显，同时对水泥楽■控制失水的能力有所提闻。所述分散剂为醛酮缩合物或者萘系分散剂。该分散剂在中低温水泥浆中能显著改善水泥浆的配浆能力，增强水泥浆的流动性，从而达到分散、减阻的目的。所述降失水剂为磺化丙酮甲醛缩合物，并且所述磺化丙酮甲醛缩合物的分子量范围是30万-80万道尔顿。所述降失水剂为磺化丙酮甲醛缩合物制备成的胶粒状颗粒，所述胶粒状颗粒的直径为 O. 03 O. 8mm。所述降失水剂的制备方法是首先按水35 40份，甲醛20 60份；丙酮12 33份；亚硫酸钠8 19份的组分及重量份数进行称量；其次，将水、甲醛和亚硫酸钠投入反应釜中，加热使反应釜升温至45 55°C，并控制温度使甲醛和亚硫酸钠在45 55°C的条件下反应4 6小时，在反应过程滴加丙酮，滴加完毕后；加热使反应釜升温至90 95°C， 并使其在90 95°C的条件下维持I. 8^2. 2小时，反应釜出料并制备成胶粒状颗粒，即制备得到所述降失水剂，所述胶粒状颗粒的直径为O. 03 O. 8mm。所述降失水剂的制备方法中，所述反应釜出料后制备成胶粒状颗粒的步骤是反应釜出料冷却形成胶冻状物质，在使用前将所述胶冻状物质倒入搅拌仪中搅拌至块状并加入水混合，混合后，过剪切泵约3 5次，使得降失水剂变成胶粒状颗粒悬浮于水中，即制备得到胶粒状颗粒直径O. 03 O. 8mm的降失水剂。所述一种抗高温低密度高强度水泥浆的密度为I. 35g/CnTl. 60g/cm3。所述水泥衆密度为I. 35g/cm3 I. 60g/cm3。综上所述，本发明与现有技术相比，具有如下优点
I、本发明水泥浆稳定性能好，在加入少量降失水剂的情况下，失水量小，并且通过材料的优选使水泥浆零析水。本发明方法使用的降失水剂是通过反应生成的高分子树脂经过剪切造粒后形成细小的弹性胶粒，在水泥浆中有压差存在时弹性胶粒迅速聚集形成滤饼，同时弹性胶粒由于其润滑滚承作用可以提高水泥的强度。2、本发明水泥浆强度发展快。75°C *0. IMPa养护条件下，终凝时间为4 8小时，并且24小时后强度达到12MPa以上。3、本发明水泥衆稠化时间可调范围大。在40°C *15MaP*25min升温条件下,稠化时间在90 260min。4、本发明水泥浆水泥石高温下强度不衰退。在270°C *20. 7MPa条件下养护14天， 水泥石强度无衰减。5、本发明水泥浆密度可调范围广，可在I. 35^1. 60g/cm3范围内调节。
具体实施例方式下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。I、磺化丙酮甲醛缩合物降失水剂的制备。准备原料水35 40份，甲醛20 60份；丙酮12 33份；亚硫酸钠8 19份。制备方法首先将甲醛和亚硫酸钠投入反应釜中，升温至45 55°C反应4 6小时，待反应开始并形成一定粘度后开始根据粘度情况滴加丙酮，边滴加边观察溶液粘度，滴加完毕后根据溶液粘度进行升温控制，防止溶液由于温度升高过快引起反应加剧，升温至 90 95°C后再反应2小时左右出料，出料即得到磺化丙酮甲醛缩合物。经测定，本发明制备得到的磺化丙酮甲醛缩合物的分子量范围是30万-80万道尔顿。反应釜磺化丙酮甲醛缩合物出料冷却形成胶冻状物质，将所述胶冻状物质倒入搅拌仪中搅拌至块状并加入水混合，混合后，过剪切泵约3 5次,使得降失水剂变成胶粒状颗粒悬浮于水中，即制备得到胶粒状颗粒直径O. 03 O. 8mm的降失水剂。本方法制备得到的磺化丙酮甲醛缩合物降失水剂用于下文中实施例I-实施例7 的实验。2、本发明抗高温、高强度低密度水泥浆的实施例
如下表I所示，抗高温、高强度低密度水泥浆，由下列重量组成的原料混合制成
表I
权利要求
1.一种抗高温低密度高强度水泥浆，其特征在于，由以下各组分及重量份数组成水泥100份，减轻剂23 35份，高温强度稳定剂30 40份，填充剂10 23份，分散剂I. 5 2份， 早强剂Γ2份，降失水剂8 15份；其中，所述减轻剂为漂珠；所述高温强度稳定剂为高活性硅粉；所述填充剂为微硅；所述分散剂为醛酮缩合物或者萘系分散剂；所述早强剂的组分为硫代硫酸铝、硅酸钠、碱式氯化铝等中的两种或多种混配。
2.如权利要求I所述的一种抗高温低密度高强度水泥浆，其特征在于，所述降失水剂为磺化丙酮甲醛缩合物，并且所述磺化丙酮甲醛缩合物的分子量范围是30万-80万道尔顿。
3.如权利要求2所述的一种抗高温低密度高强度水泥浆，其特征在于，所述高活性硅粉的粒径为300 800目。
4.如权利要求2所述的一种抗高温低密度高强度水泥浆，其特征在于，所述高活性硅粉的具体粒径分布如下600 800目含量> 70%，300 600目> 25%，300目以下< 5%。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种抗高温低密度高强度水泥浆，其特征在于，所述降失水剂为磺化丙酮甲醛缩合物制备成的胶粒状颗粒，所述胶粒状颗粒的直径为O. 03 O.8mmο
6.如权利要求5所述的一种抗高温低密度高强度水泥浆，其特征在于，所述降失水剂的制备方法是首先按水35 40份，甲醛20 60份；丙酮12 33份；亚硫酸钠8 19 份的组分及重量份数进行称量；其次，将水、甲醛和亚硫酸钠投入反应釜中，加热使反应釜升温至45 55°C，并控制温度使甲醛和亚硫酸钠在45 55°C的条件下反应4 6小时， 在反应过程滴加丙酮，滴加完毕后；加热使反应釜升温至90 95°C，并使其在90 95°C的条件下维持I. 8^2. 2小时，反应釜出料并制备成胶粒状颗粒，即制备得到所述降失水剂，所述胶粒状颗粒的直径为O. 03 O. 8mm。
7.如权利要求6所述的一种抗高温低密度高强度水泥浆，其特征在于，所述降失水剂的制备方法中，所述反应釜出料后制备成胶粒状颗粒的步骤是反应釜出料冷却形成胶冻状物质，在使用前将所述胶冻状物质倒入搅拌仪中搅拌至块状并加入水混合，混合后，过剪切泵约3 5次，使得降失水剂变成胶粒状颗粒悬浮于水中，即制备得到胶粒状颗粒直径O.03 O. 8mm的降失水剂。
8.如权利要求7所述的一种抗高温低密度高强度水泥浆，其特征在于，所述一种抗高温低密度高强度水泥浆的密度为I. 35g/cnTl. 60g/cm3。
全文摘要
本发明公开一种抗高温低密度高强度水泥浆，由以下各组分及重量份数组成水泥100份，减轻剂23~35份，高温强度稳定剂30~40份，填充剂10~23份，分散剂1.5~2份，早强剂1~2份，降失水剂8～15份；其中，所述减轻剂为漂珠；所述高温强度稳定剂为高活性硅粉；所述填充剂为微硅；所述分散剂为醛酮缩合物或者萘系分散剂；所述早强剂的组分为硫代硫酸铝、硅酸钠、碱式氯化铝等中的两种或多种混配；所述降失水剂为磺化丙酮甲醛缩合物。该低密度水泥浆可用于低压易漏地层稠油热采井的固井，并可大大减轻因高温引起的水泥石强度衰退，延长油井的寿命。
文档编号C09K8/473GK102585789SQ201210029070
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月10日 优先权日2012年2月10日
发明者张凯, 潘军, 陈蔚 申请人:成都欧美科石油科技股份有限公司