一種固井用輕珠防漏失水泥漿及製備工藝的製作方法
2023-06-07 02:19:06 4
專利名稱：一種固井用輕珠防漏失水泥漿及製備工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種固井用輕珠防漏失水泥漿及製備工藝。
背景技術：
現有水泥漿體系會造成漏失嚴重、水泥低返、部分油層封固質量差或油層漏封，即當水泥漿密度高於壓破地層的當量密度時，就會壓漏地層發生漏失，使得水泥返高不夠，但如果該水泥漿體系的密度太低時，水泥石膠結質量就會變差，引發固井質量問題；使用普通水泥漿體系固井存在的主要問題有
1、普通封固油層的水泥漿體系密度高，均大於1.85g/cm3，容易壓漏承壓能力較低的地層；
2、普通低密度水泥漿體系的體積隨著壓力變化不明顯，在固井過程中不能有效減緩和阻止漏失；
3、粉煤灰低密度水泥漿體穩定性差，密度一般在1.45 g/cm3左右，稠化時間大於 350min,析水量在10%左右，容易出現分層現象。
發明內容
本發明提供一種固井用輕珠防漏失水泥漿及製備工藝，以克服現有技術中存在的缺陷。使用本發明的輕珠防漏失水泥漿體系的體積隨著壓力變化明顯，不僅能有效降低水泥漿體系密度和提高水泥石膠結質量，而且能在發生漏失時起到減緩漏失和堵漏作用。本發明技術方案為一種固井用輕珠防漏失水泥漿，其特徵在於 由G級油井水泥和輕珠按重量比例復配而成，其中
G級油井水泥60— 90份；
輕珠10 — 40份；
水65— 95份。
70份； 30份。
75份； 邪份。所述輕珠是由矽鋁超輕材料成份復配而成的減輕材料，粒徑在30—80 μ m,具有較大的比表面積，且吸水率低。一種製備如上述固井用輕珠防漏失水泥漿的方法，其特徵在於，包含如下步驟
1)根據所需水泥漿的密度、稠化時間、游離水及抗壓強度等性能要求，確定G級油井水泥和輕珠的加量比例和重量；
2)利用幹混設備，根據確定的重量加入G級油井水泥和輕珠，將輕珠的加量控制在總重量的15% — 40%進行復配；
3)幹混環境要保證乾燥通風，以防水泥和輕珠吸水受潮而變質；G級油井水泥所述輕珠G級油井水泥
所述輕珠4)配製水泥漿時通過調節水量和灰量來控制體系的密度。所述水泥漿體系的密度為1. 24g/cm3—1. 60g/cm3 ； 所述稠化時間大於180min ；
所述游離水體積比為1. 6%—4. 1% ； 所述抗壓強度為M小時抗壓強度大於4MPa ； 所述水固比為0. 65—0. 95 ； 所述輕珠的加量佔總重量的10%— 40%。本發明技術效果為
1、加入輕珠使該體系具備了在固井過程中減緩和阻止漏失的能力，現場使用時，可直接通過控制水固比，有效控制水泥漿密度，避免壓漏地層。2、水泥與輕珠之間的顆粒級配使顆粒之間實現緊密堆積，提高單位體積水泥漿中的固相量，從而增加了漿體結構強度；
3、輕珠的微小粒徑與水泥顆粒的能形成緊密堆積，改善了水泥石的孔隙結構，使孔隙度降低；
4、輕珠組分中含有的羥基水溶性聚合物可吸附於水泥顆粒表面，形成吸附水化層，使水泥顆粒發生橋接而形成網狀結構，從而束縛了更多自由水；
5、水泥漿體系內的二氧化矽纖維組織及羥基聚合物水化層，形成了阻隔液體滲入膜， 有效地限制了液相在漿體中的運動，使水泥石的均勻性得以提高，滲透性降低。
下面結合實施例對本發明作進一步說明，但不作為對本發明的限定 圖1為試驗模塊電鏡；
圖2為試驗模塊電鏡；
圖3為水泥顆粒發生橋接而形成網狀結構示意圖。
具體實施例方式本發明涉及一種水泥漿體系，特別是輕珠防漏失水泥漿體系。它由G級油井水泥和輕珠按重量比例復配而成，其中
G級油井水泥60— 90份；
輕珠10 — 40份；
水65— 95份。該體系性能穩定、流動度20—23cm、粘度低、稠度係數K值<1，熱穩定性和抗腐蝕性良好，通過調節輕珠的加量和水固比來控制水泥漿密度和水泥石強度，同時利用輕珠體積隨壓力變化可伸縮的特性，使水泥漿在由高壓端向低壓端漏失的過程中，隨壓力減小使體積產生一定量的膨脹，使得該體系具備減緩和阻止漏失的能力，在實施中可將「減輕」和 「堵漏」兩項技術加以結合，形成一種新型的防漏失水泥漿體系。將G級油井水泥和輕珠按照一定比例進行復配得到的；通過調節輕珠的加量和水灰固比，可以控制泥漿密度在1. 24g/cm3—1. 60g/cm3之間，同時利用輕珠體積隨壓力變化可伸縮的特性，使水泥漿在由高壓端向低壓端漏失的過程中，隨壓力減小，輕珠體積產生一
4定量的膨脹，從而起到減緩和阻止漏失的作用，提高地層承壓能力，確保固井質量。輕珠的加量佔總重量的15%—40%，應用顆粒級配原理，優化不同粒級的重量配比， 使顆粒之間實現緊密堆積，提高單位體積水泥漿中的固相含量，在確保水泥漿體系穩定的前提下，通過調節輕珠的加量和水固比來控制水泥漿的密度和稠化時間，提高水泥石強度。本發明通過調節輕珠的加量和水固比，控制水泥漿體系的密度和水泥石的強度。 當輕珠加量不斷增加時，用水量也隨之增加，水泥漿密度則不斷下降，強度也隨之減小，因此根據使用條件的不同，在復配時將輕珠的加量控制在總量的10%—40%。實施例1 這種固井用輕珠防漏失水泥漿，由G級油井水泥和輕珠按重量比例復配而成，其中
G級油井水泥70份；
輕珠30份；
水80份；
G級油井水泥(該水泥，全國水泥廠家都有，是通用材料)，輕珠從甘肅慶陽煜輝建材原料有限公司購得，電話09；34-6659691 手機15109；342598。所述輕珠由矽鋁超輕材料成份復配而成的減輕材料，粒徑在60 μ m，具有較大的比表面積，且吸水率低。所以配製的水泥漿體具有良好的流動性和穩定性，同時其能改善水泥石的耐高溫性，防止了在高溫條件下水泥石強度的衰退，提高了水泥石的熱穩定性和抗腐蝕性，使用時將G級油井水泥和輕珠按顆粒級配原理(屬本行業公知技術)進行復配，即將兩種不同粒徑物質按比例混合均勻，組成一個有機的整體。輕珠的內部呈多孔組織結構，且排列整齊，互不相通，其體積隨壓力變化具有一定的可伸縮性，而水泥漿在地層中漏失是由高壓端向低壓端漏失，因此隨著外部壓力減小，輕珠體積產生一定量的膨脹，在漏失裂縫處不斷堆積形成堵塞，使得該泥漿具備減緩和阻止漏失的能力。所述的輕珠有兩種作用第一是調節水泥漿體系的密度和水泥石的強度；第二是利用輕珠體積隨壓力變化可伸縮的特性，增強水泥漿體系防漏、堵漏效果；輕珠的加量按照行業公知技術要求進行添加。製備上述固井用輕珠防漏失水泥漿的方法，包含如下步驟 1)選擇所需水泥漿的密度為1. 4g/cm3 ；稠化時間^Omin ；
游離水體積比為2. 6% ；抗壓強度為M小時抗壓強度5MPa ； 水固比為0. 75 ；輕珠的加量佔總重量的30%。2)利用幹混設備，(設備採用本行業通用設備)加入G級油井水泥和輕珠，將輕珠的加量控制在總重量的30%進行復配；
3)幹混環境要保證乾燥通風，以防水泥和輕珠吸水受潮而變質；
4)配製水泥漿時通過調節水量和灰量來控制體系的密度。在該體系中輕珠為外摻料，幹混時將G級油井水泥和輕珠按上述比例加入，輕珠的加量控制在總量的30%，配製水泥漿時，將體系的水固比控制在0. 75，(和上述的水固比為 0. 75—致)，調節水泥漿密度在1. 4 士 0. 03g/cm3的範圍內；同時使用室內化驗設備對水泥漿體系的性能進行覆核檢驗，測試體系密度、水泥石強度、稠化時間、流動性等性能指標是否能夠滿足固井技術要求，確認各項指標達到設計要求後即可使用。現場施工時，使用地面混漿設備按照本行業公知技術要求的的水灰(固)比進行配漿，通過調整設備的供水和供灰量，將水泥漿密度控制在技術要求的範圍內，避免固井過程中壓漏地層，並通過地面管線以設計排量紊流頂替，將水泥漿注入井中進行固井作業。調配試驗及性能測定
在滿足平衡壓力固井所需水泥漿密度值的基礎上，滿足水泥石結構強度> 3.5 Mpa/48hX55°C，且能保持漿體性能相對穩定性的前提下，優化和篩選水泥與減輕珠材料的最佳配伍關係就成了實驗室研究的主要課題，實驗室配方試驗如下，見表1、表2。輕珠低密度水泥漿配方試驗表1
濘Sm 方Hr* 水S比 I Zca24h βΑ/ I mhiMf街/終mini 邐pa/55"C J Ipa/55"C1水 M 85*+- 15 O, 1,454-6 8.93:12/4:191.62水灑》%+經_201O.S 1.354,3 J 6.63:36/4:312.63水泥75 +錄珠25*0.35 I 1.32X 8 I 5.93:53/4:592.14水泥70%+級嫌30S 0 I ^ w3.6 4.84:28/5:213.65水渡05鉍 +ft 35 0.95 I L2T3.1 J 3.54:32/5:394.1
輕珠低密度水泥漿優選配方試驗表2
,串號霞方水謹ft V,24hHt/ UmMf扨/終min遊鷂水*lpa/'55€ Ipa/SSC1水《 TO*+賺 30%0.85 1.382.1 4.25:38/6:483.52減75崎餘25%0,85 I L 323,8 I 5.93:53/4:592,1
實驗結論
1、當輕珠加量不斷增加時，水泥漿密度則不斷下降，強度也隨之減小。2、要降低水泥漿密度，不但要增加輕珠加量，同時要增大水灰比。3、當輕珠減輕劑加量達到35%、水泥漿密度下降到1. 32 g/cm3時，水泥石結構強度 > 3. 5 1^^/4811\551，游離水 180min，
完全能滿足現場安全施工性能參數要求。6、輕珠低密度水泥體系性能穩定，流動性好，粘度和稠度係數都比較低，容易頂替。輕珠的微小粒徑與水泥顆粒的良好級配作用，改善了水泥石的孔隙結構，使孔隙度降低，輕珠組分中含有的羥基水溶性聚合物可吸附於水泥顆粒表面，形成吸附水化層，使水泥顆粒發生橋接而形成網狀結構，從而束縛了更多自由水，堵塞了水泥顆粒間空隙，降低水泥濾餅的滲透性，使滲透率顯著下降，詳見圖3。7、輕珠低密度水泥體系的熱穩定性、抗腐蝕性。因輕珠含有矽鋁等超輕材料，改善了水泥石的耐高溫性，特別是應用於高溫深井段的封固，可有效防止高溫造成的水泥石強度的衰退，減小水泥石隨時間推移而引起的強度衰減，大大提高了水泥石的耐久性和抗腐蝕性。實施例2
具體製備步驟與實施例1相同所不同的是選擇參數不同 G級油井水泥60份；
輕珠10份；
水65份。輕珠粒徑在3O μ m，
所述水泥漿體系的密度為1. 24g/cm3 ；
所述稠化時間180min ；
所述游離水體積比為1. 6% ；
所述抗壓強度為M小時抗壓強度4MPa ；
所述水固比為0. 65；
所述輕珠的加量佔總重量的10%。實施例3
具體製備步驟與實施例1相同，所不同的是選擇參數不同
G級油井水泥90份；
輕珠40份；
水95份；
輕珠粒徑在80 μ m,
水泥漿體系的密度為1. 60g/cm3 ；
所述稠化時間300 min ；
所述游離水體積比為4. 1% ；
所述抗壓強度為M小時抗壓強度大於7MPa ；
所述水固比為0. 95；
所述輕珠的加量佔總重量的10%— 40%。實施例4
具體製備步驟與實施例1相同，所不同的是選擇參數不同 輕珠粒徑在40 μ m,
G級油井水泥75份；
所述輕珠25份；
水78份。所述水泥漿體系的密度為1. 5g/cm3 ； 所述稠化時間大於400min ；
所述游離水體積比為3% ；
所述抗壓強度為M小時抗壓強度大於6MPa ；
所述水固比為0. 75；
所述輕珠的加量佔總重量的30%。
實施例5
具體製備步驟與實施例1相同，所不同的是選擇參數不同
輕珠粒徑在70 μ m,
所述水泥漿體系的密度為1. 24g/cm3 ；
所述稠化時間180min ；
所述游離水體積比為4. 1% ；
所述抗壓強度為M小時抗壓強度大於4MPa ；
所述水固比為0. 65；
所述輕珠的加量佔總重量的10%。
G級油井水泥
輕珠
水
60份； 40份；
85份；
8
權利要求
1.一種固井用輕珠防漏失水泥漿，其特徵在於由G級油井水泥和輕珠按重量比例復配而成，其中G級油井水泥60—90份；輕珠10— 40份；水65—95份。
2.根據權利要求1所述固井用輕珠防漏失水泥漿，其特徵在於所述G級油井水泥70份；所述輕珠30份；水75份。
3.根據權利要求1所述固井用輕珠防漏失水泥漿，其特徵在於所述G級油井水泥75份；所述輕珠25份；水78份。
4.根據權利要求1或2或3所述固井用輕珠防漏失水泥漿，其特徵在於所述輕珠是由矽鋁超輕材料成份復配而成的減輕材料，粒徑在30—80 μ m,具有較大的比表面積，且吸水率低。
5.一種製備如權利要求1所述固井用輕珠防漏失水泥漿的方法，其特徵是，包含如下步驟1)根據所需水泥漿的密度、稠化時間、游離水及抗壓強度等性能要求，確定G級油井水泥和輕珠的加量比例和重量；2)利用幹混設備，根據確定的重量加入G級油井水泥和輕珠，將輕珠的加量控制在總重量的15% — 40%進行復配；3)幹混環境要保證乾燥通風，以防水泥和輕珠吸水受潮而變質；4)配製水泥漿時通過調節水量和灰量來控制體系的密度。
6.根據權利要求5所述固井用輕珠防漏失水泥漿的方法，其特徵在於所述水泥漿體系的密度為1. 24g/cm3—1. 60g/cm3 ；所述稠化時間大於ISOmin ；所述游離水體積比為1. 6%—4. 1% ；所述抗壓強度為M小時抗壓強度大於4MPa ；所述水固比為 0. 65—0. 95 ；所述輕珠的加量佔總重量的10%— 40%。
全文摘要
本發明涉及一種固井用輕珠防漏失水泥漿及製備工藝，其特徵在於由G級油井水泥和輕珠按重量比例復配而成，其中G級油井水泥 60-90份；輕珠10-40份；水65-95份。以克服現有技術中存在的缺陷。使用本發明的輕珠防漏失水泥漿體系的體積隨著壓力變化明顯，不僅能有效降低水泥漿體系密度和提高水泥石膠結質量，而且能在發生漏失時起到減緩漏失和堵漏作用。
文檔編號C09K8/473GK102504782SQ20111037107
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月21日 優先權日2011年11月21日
發明者馮文革, 馮旺成, 王大權, 王瑞玲, 竇虎清, 賈芝 申請人:中國石油集團川慶鑽探工程有限公司長慶固井公司