專利名稱：一種低密度水泥漿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油田鉆井固井技術(shù)領(lǐng)域所用的一種水泥漿，屬于一種低密度水泥漿。
背景技術(shù)：
隨著大慶外圍勘探的不斷深入，從淺地層到深地層都分布著油氣層，油氣層分布廣，鉆井結(jié)束后固井封固段長，即長封井越來越多。長封固井有兩種方法，一種方法是用雙級注工具，但很難找到合適的下放位置，造成不必要的舍層和資源的浪費(fèi)，延長固井工期，施工工藝復(fù)雜；另一種方法是采用低密度水泥漿固井，這種方法能有效降低靜液柱壓力，防止地層漏失，因此，需要密度更低的水泥漿來滿足油氣開采及固井施工的需要。目前現(xiàn)有的低密度水泥漿密度為1.60g/cm3，雖然緩解了長封井固井需求，但不能完全滿足破裂壓力低的長封井固井，現(xiàn)有降低水泥漿密度的一般方法為增大水灰比或增大減輕劑的加量，此種方法將影響水泥石的抗壓強(qiáng)度及水泥漿的沉降穩(wěn)定性，使其滿足不了固井施工的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的低密度水泥漿抗壓強(qiáng)度及沉降穩(wěn)定性差的不足，本發(fā)明提供一種低密度水泥漿，該低密度水泥漿利用緊密堆積理論、顆粒級配原理，利用低密度水泥漿外摻料的物理化學(xué)作用，提高了低密度水泥漿的沉降穩(wěn)定性和水泥石的抗壓強(qiáng)度，具有失水量低及滲透率低的特點(diǎn)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該低密度水泥漿，其組份及配比按重量份如下水泥100份、水61～78份、填充劑8～10份、減輕劑20～35份及降失水劑4～6份，其中填充劑中無定形二氧化硅占92％～98％，降失水劑是由10％聚乙烯醇溶液與交聯(lián)劑在50℃～60℃下通過化學(xué)反應(yīng)制得，交聯(lián)劑為硼酸鹽，聚乙烯醇溶液與硼酸鹽的質(zhì)量比為1∶0.1～0.2，減輕劑主要成分為二氧化硅、三氧化二鐵及三氧化二鋁。
上述的填充劑為一種球形顆粒，平均直徑為0.10～0.20微米。
本發(fā)明的有益效果是由于采取上述方案，填充劑是一種極細(xì)的球形顆粒，平均直徑為0.10～0.20微米，其中無定形二氧化硅占92％～98％，與水泥的水化產(chǎn)物氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)生成低堿度的含水硅酸鈣水化物，產(chǎn)生不含或少含氫氧化鈣的不易滲透的水泥石結(jié)構(gòu)，并且填充劑周圍通過氫鍵結(jié)合大量水分子使微細(xì)顆粒之間形成均勻致密的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，并且不同粒徑的顆粒合理級配和極化，改善了水泥漿的沉降穩(wěn)定性，并提高了水泥石的抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B能力；降失水劑是一種改性產(chǎn)品，通過聚乙烯醇溶液與交聯(lián)劑溶液在50℃～60℃下通過化學(xué)反應(yīng)制得，與水泥拌后進(jìn)一步絡(luò)合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)控制失水。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明該低密度水泥漿組份及配比按重量份如下水泥100份、水61～78份、填充劑8～10份、減輕劑20～35份及降失水劑4～6份，其中減輕劑主要成分為二氧化硅、三氧化二鐵及三氧化二鋁。
該發(fā)明所選擇的填充劑是一種極細(xì)的球形顆粒，平均直徑為0.10～0.20微米，相當(dāng)于水泥顆粒的平均直徑的百分之一，其中無定形二氧化硅占92％～98％以上，與水泥的水化產(chǎn)物氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)生成低堿度的含水硅酸鈣水化物，產(chǎn)生不含或少含氫氧化鈣的不易滲透的水泥石結(jié)構(gòu)，反應(yīng)式如下，3CaO·2SiO2·3H2O是一種凝膠。
另外填充劑顆粒周圍還能吸附大量水分子，水分子之間通過氫鍵連接，使微細(xì)顆粒之間形成均勻致密的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，使水泥漿形成穩(wěn)定的懸浮體系，且不同粒徑的顆粒合理級配和極化，使水泥石更加致密，以及附加面的形成進(jìn)一步改善了水泥漿的沉降穩(wěn)定性，并提高了水泥石的抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B能力。根據(jù)顆粒級配原理利用上述組份及配比所得的水泥漿密度為1.35～1.50g/cm3，其滲透率比現(xiàn)有的1.60g/cm3的低密度水泥漿相比降低了67.2％，抗壓強(qiáng)度提高了3～4Mpa，達(dá)到20Mpa以上。采用SY-5546標(biāo)準(zhǔn)對該水泥的抗壓強(qiáng)度及滲透率試驗(yàn)結(jié)果見下表
表1

該發(fā)明所選擇的降失水劑是一種改性產(chǎn)品，通過聚乙烯醇溶液與交聯(lián)劑在50℃～60℃下化學(xué)反應(yīng)，聚乙烯醇溶液的濃度為10％，預(yù)制成具有一定的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚乙烯醇溶液，這里交聯(lián)劑選擇的是硼酸鹽，聚乙烯醇溶液與硼酸鹽的質(zhì)量比為1∶0.1～0.2，預(yù)制的聚乙烯醇溶液與水泥攪拌后，堿性環(huán)境下進(jìn)一步交聯(lián)控制失水，而通常降失水劑、交聯(lián)劑及水經(jīng)機(jī)混合后一起加入油井水泥，這些交聯(lián)劑官能團(tuán)與聚乙烯醇溶液中的分子在堿性水溶液中絡(luò)合形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)控制失水。交聯(lián)反應(yīng)可由如下簡化的可逆反應(yīng)式來表示(1)、硼酸鹽在聚乙烯醇溶液中形成單硼酸離子
(2)、單硼酸離子與聚乙烯醇中的羥基形成單二醇絡(luò)合物

(3)、單二醇絡(luò)合物再與單二醇絡(luò)合物形成雙二醇絡(luò)合物

交聯(lián)反應(yīng)所產(chǎn)生的交聯(lián)物和水泥顆粒在壓差作用下，均向壓力降低的方向運(yùn)移，在過濾介質(zhì)交界面處具有一定網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)富含羥基的化學(xué)交聯(lián)聚乙烯醇顆粒相互靠近，分子間氫鍵作用增強(qiáng)，相互粘結(jié)，形成整體，隨著水份不斷失去和毛細(xì)壓力的作用下膠粒堆壓一起，形成均勻的固體膜，從而降低了水泥漿失水量。該降失水劑適用溫度為20℃～93℃，且適用于A級、G級水泥，下表是采用SY-5546-92標(biāo)準(zhǔn)在不同溫度下對不同水泥的失水實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表2

下表是采用SY-5546-92標(biāo)準(zhǔn)在不同溫度下對不同密度的水泥漿失水實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

該降失水劑采用主劑與副劑交聯(lián)的方法，拓寬了降失水劑的溫度和水泥的適用范圍。
實(shí)施例1SN-301井深為2450m，設(shè)計(jì)封固高度為1450m，設(shè)計(jì)水泥漿密度為1.48g/cm3，固井施工正常，在封固段較長的情況下，最大頂替泵壓只8Mpa，達(dá)到了防漏施工的要求，且固井質(zhì)量為優(yōu)質(zhì)井。
實(shí)施例2SN-191井深為1850m，設(shè)計(jì)封固高度為450m。該井在鉆井過程中共有10層漏失，漏失總量為286方，發(fā)生漏失的鉆井液密度最大為1.22g/cm3(在第一層漏失時(shí)的密度)，1532m以下各漏失時(shí)鉆井液密度均為1.18g/cm3，經(jīng)堵漏后可以建立正常的循環(huán)，可以認(rèn)定漏失位可承載全井當(dāng)量密度為1.18g/cm3。由于該井在鉆井過程中出現(xiàn)大量漏失，并且漏失層級位較多，因此水泥漿設(shè)計(jì)密度為1.42g/cm3，固井施工正常，沒有發(fā)生漏失，且固井質(zhì)量為合格井。
權(quán)利要求
1.一種低密度水泥漿，其特征在于其組份及配比按重量份如下水泥100份、水61～78份、填充劑8～10份、減輕劑20～35份及降失水劑4～6份，其中填充劑中無定形二氧化硅占92％～98％，降失水劑是由10％的聚乙烯醇溶液與交聯(lián)劑在50℃～60℃下通過化學(xué)反應(yīng)制得，交聯(lián)劑為硼酸鹽，聚乙烯醇溶液與硼酸鹽的質(zhì)量比為1∶0.1～0.2，減輕劑主要成分為二氧化硅、三氧化二鐵及三氧化二鋁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低密度水泥漿，其特征在于填充劑為一種球形顆粒，平均直徑為0.10～0.20微米。
全文摘要
一種低密度水泥漿。主要解決現(xiàn)有的低密度水泥漿抗壓強(qiáng)度及沉降穩(wěn)定性差的問題。其特征在于其組份及配比按重量份如下水泥100份、水61～78份、填充劑8～10份、減輕劑20～35份及降失水劑4～6份，其中填充劑中無定形二氧化硅占92％～98％，降失水劑是由10％的聚乙烯醇溶液與交聯(lián)劑在50℃～60℃下通過化學(xué)反應(yīng)制得，交聯(lián)劑為硼酸鹽，聚乙烯醇溶液與硼酸鹽的質(zhì)量比為1∶0.1～0.2，減輕劑主要成分為二氧化硅、三氧化二鐵及三氧化二鋁。該低密度水泥漿利用緊密堆積理論、顆粒級配原理，利用低密度水泥漿外摻料的物理化學(xué)作用，提高了低密度水泥漿的沉降穩(wěn)定性和水泥石的抗壓強(qiáng)度，具有失水量低及滲透率低的特點(diǎn)。
文檔編號E21B33/13GK1539786SQ20031010221
公開日2004年10月27日 申請日期2003年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月27日
發(fā)明者金永男, 賈維君 申請人:大慶石油管理局