固井用复合减轻材料及制备方法和深井复合水泥浆及应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种复合减轻材料，包括：粉煤灰100重量份、膨胀材料10-15重量份和增韧材料5-10重量份。所述粉煤灰的粒径范围5-10um。本发明还涉及一种所述的复合减轻材料的制备方法，包括：i）将粉煤灰粉通过悬辊磨粉机进行粉碎、球磨；将粉碎、球磨后的粉煤灰通过分级机进行分级处理；收集分级后粒径范围在5-10um的粉煤灰即得改性粉煤灰；ii）将步骤i）得到的改性粉煤灰与所述膨胀材料和增韧材料按照所述配比进行混合即得到所述复合减轻材料。同时本发明还公开了一种所述复合减轻材料配制的深井复合水泥浆，以及所述复合水泥浆在油气井固井中的应用。
【专利说明】固井用复合减轻材料及制备方法和深井复合水泥浆及应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及石油勘探开发领域，具体涉及一种固井用复合减轻材料及制备方法和 深井复合水泥浆及应用，更具体的，本发明涉及一种深井、超深井低压易漏层固井用复合减 轻材料。
【背景技术】
[0002] 目前在油田增储和开采中，由于有些油田储层埋藏较深，井深大都在6500m以上， 地质条件复杂多变，普遍存在低压易漏失层，给固井施工作业带来极大的困难和挑战。固井 过程中面临的最大难点为固井时发生漏失导致水泥浆返高达不到设计要求，以致固井质量 难以保证。因此固井时需要使用低密度水泥浆体系，以降低环空液柱压力，有效防止或降低 固井施工漏失。配制低密度水泥浆的主要手段是在常规水泥浆中加入减轻材料，目前国内 外常用的水泥浆减轻剂主要有普通漂珠、高抗挤玻璃微珠及粉煤灰等。
[0003] 国产漂珠受搅拌速度和压力影响较大，水泥浆搅拌速度超过4000r/min时或承压 60MPa以上时，漂珠破碎率较大，因此降低水泥浆密度能力有限；高抗挤玻璃微珠承压能力 高，但是价格昂贵，不易加工制作，限制了其推广应用。因此，国内多采用粉煤灰配制低密度 水泥浆。但常规粉煤灰只能将水泥浆密度降低到1.60g/cm 3左右，且稳定性差。
[0004] 200710120029. 3《低温低密度固井水泥浆》介绍了一种低密度固井水泥浆的配方， 但是未给出减轻剂的具体成分以及减轻剂的制作方法。
[0005] 200810046133. 7《一种粉煤灰低密度水泥浆的制备方法》介绍了制作粉煤灰低密 度的方法。但是其制作是配制完水泥浆体系以后再进行球磨。鉴于固井水泥浆是在室内先 完成实验，实验性能满足施工要求后，现场配制完成直接入井。因此该专利介绍的水泥浆先 配制完再进行球磨，无法了解球磨效果，同时没有时间进行水泥浆性能实验，现场可操作性 不强。
[0006] 200910071314. X《非漂珠低密度水泥浆》使用了粉煤灰低密度水泥浆体系以解决 水泥浆在高压条件下不能保持其设计密度的问题，同时各项性能满足现场应用要求。但是 其所用为普通粉煤灰，水泥浆体系加入了超细水泥，增加了水泥成本，同时仅适合循环温度 在120°C以内的中深井中应用，超深井中是否可以应用没有评价。
[0007] 201110403224. 3《低密高强水泥浆》介绍了一种固井用的低密高强水泥浆配制方 法。但是降低密度采用玻璃微珠作为主要减轻材料，粉煤灰为辅助减轻材料，成本相对高， 同时，仅评价了 75 °C的中低温试验，是否适应75 °C以上的中高温，未做评价。
[0008] 201210191344. 6《一种改性粉煤灰、其制备方法及装置》提供了一种改性粉煤灰的 制备方法，公开了一种粉煤灰分选及改性装置。但是其改性为对粉煤灰风选分级处理和表 面喷雾化学改性，主要用于作为橡胶制品填充材料，不适于油气井中使用。
【发明内容】
[0009] 针对上述现有技术中存在的问题。本发明开发出一种以改性粉煤灰为主体的新型 复合减轻材料，并可以配制出适合油气井固井的低密度水泥浆体系。以满足油田深井、超深 井的固井要求。
[0010] 本发明的目的在于提供一种粉煤灰物理改性的方法，该方法制备的粉煤灰球形度 高，粒径可控；本发明的另一目的在于提供以复合减轻材料为主体配制的深井复合低密度 水泥浆体系，并在油井中应用，在较低成本下解决深井、超深井漏失问题。
[0011] 本发明所述复合减轻材料制作工艺简易可行，承压能力高，并能有效的降低水泥 浆的密度，且配置的低密度水泥浆性能优良，现场可操作性强，为防止漏失、提高固井质量 提供保障。
[0012] 为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
[0013] 1) 一种复合减轻材料，包括：
[0014] 改性粉煤灰 100重量份；
[0015] 膨胀材料 10-15重量份；
[0016] 增韧材料 5-10重量份。
[0017] 2)在本发明第1)项所述的复合减轻材料的一个实施方式中，所述粉煤灰的粒径范 围 5-lOum。
[0018] 3)在本发明第1)或第2)项所述的复合减轻材料的一个实施方式中，所述膨胀材 料为蛭石。
[0019] 4)在本发明第1)-第3)项中任一项所述的复合减轻材料的一个实施方式中，所 述增韧材料为石棉或增强纤维。所述增强纤维没有特别的限定，可为玻璃纤维、碳纤维或芳 纶纤维等。
[0020] 5) -种本发明第1)-第4)项中任一项所述的复合减轻材料的制备方法，包括：
[0021] i)将粉煤灰粉通过悬辊磨粉机进行粉碎、球磨；将粉碎、球磨后的粉煤灰通过分级 机进行分级处理；收集分级后粒径范围在5-10um的粉煤灰即得改性粉煤灰；
[0022] ii)将步骤i)得到的改性粉煤灰与所述膨胀材料和增韧材料按照所述配比进行混 合即得到所述复合减轻材料。
[0023] 在本发明的复合减轻材料的制备方法中，通过球磨改善了粉煤灰的粒径和球形 度；处理后的粉煤灰球形度变好，且粒径变小。所述分级机优选喷射离心式超细分级机，所 述超细分级机由喷射式分散器、转子和外部筒体组成。整个分级腔内设有构件稳定流场，转 子安装在流场的中心。物料由给料口进入分级机后由给料分散器将其均匀送入分级室，分 级室内的转子高速旋转所产生的离心力场，将混合在气一固两相流体中的细粉按其粒度大 小分成不同的粒度区间。
[0024] 考虑常规水泥石有收缩和脆性问题，因此优选了蛭石做为膨胀材料，石棉或短纤 维作为增韧材料。蛭石经过粉碎处理、石棉或短纤维经过短切处理，以保证两种功能材料在 复合减轻材料及水泥浆体系中均匀分散。
[0025] 6) -种深井复合水泥楽，包括本发明第1)-第4)项中任一项所述的复合减轻材 料。
[0026] 7)在本发明的第6)或第7)项所述的深井复合水泥浆的一个实施方式中，所述深 井复合水泥浆的密度为I. 40-1. 60g/cm3。
[0027] 8)在本发明的第6)或第7)项所述的深井复合水泥浆的一个实施方式中，包括：
[0028]
【权利要求】
1. 一种固井用复合减轻材料，包括： 改性粉煤灰 100重量份； 膨胀材料 10-15重量份； 增初材料 5-10重量份。
2. 根据权利要求1所述的复合减轻材料，其特征在于，所述改性粉煤灰的粒径范围 5-10 y m。
3. 根据权利要求1所述的复合减轻材料，其特征在于，所述膨胀材料为幢石。
4. 根据权利要求1所述的复合减轻材料，其特征在于，所述增初材料为石棉或增强纤 维。
5. -种根据权利要求1-4中任一项所述的复合减轻材料的制备方法，包括： i )将粉煤灰粉通过息親磨粉机进行粉碎、球磨；将粉碎、球磨后的粉煤灰通过分级机进 行分级处理；收集分级后粒径范围在5-lOum的粉煤灰即得改性粉煤灰； ii)将步骤i)得到的改性粉煤灰与所述膨胀材料和增初材料按照所述配比进行混合即 得到所述复合减轻材料。
6. -种深井复合水泥浆，包括权利要求1-4中任一项所述的复合减轻材料。
7. 根据权利要求6所述的深井复合水泥浆，其特征在于所述深井复合水泥浆的密度为 1. 40-1. 70g/cm3,优选 1. 40-1. 60g/cm3。
8. 根据权利要求6或7所述的深井复合水泥浆，其特征在于，所述深井复合水泥浆包 括： 油井水泥 100重量份； 所述复合减轻材料 80-160重量份； 稳定剂 1.5-5重量份； 降失水剂 18-25重量份； 早强剂 2-4重量份； 缓凝剂 0.5-2.5重量份； 水 160-210重量份。
9. 根据权利要求8所述的深井复合水泥浆，其特征在于，所述油井水泥为G级油井水 泥。
10. -种根据权利要求1-4中任一项所述的复合减轻材料配制的深井复合水泥浆体系 在油气井固井中的应用。
【文档编号】C09C3/04GK104419391SQ201310395719
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年9月3日 优先权日:2013年9月3日
【发明者】杨广国, 丁士东, 周仕明, 桑来玉, 高元, 常连玉, 汪晓静, 穆海朋 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院