本發(fā)明屬于石油行業(yè)用油氣井固井低密度水泥石強度增強添加劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合型微硅低密度水泥早強劑及制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
微硅低密度水泥的開發(fā)應(yīng)用對保護油氣層和提高固井質(zhì)量具有重要的意義。隨著水泥化學(xué)理論的不斷進(jìn)步和深化，人們對微硅及粉煤灰的組成、玻璃體結(jié)構(gòu)及其潛在的水硬活性有了更加充分的了解和認(rèn)識，引入到油氣井固井水泥的研制與應(yīng)用中。
但是現(xiàn)有微硅低密度水泥的固有缺陷對其進(jìn)一步發(fā)展有限制，隨著大量減輕材料的加入，水泥漿的均勻性降低、水化反應(yīng)的進(jìn)程受到影響，造成漿體性能變差，尤其是水泥石強度大幅降低，有時難以滿足封固地層的要求，且水泥漿的密度降得越低，該矛盾就越突出，因此尋求“低密度”與“高強度”之間的平衡是目前微硅低密度水泥體系發(fā)展的重要方向。
目前常用的微硅低密度水泥早強劑主要是無機鹽類早強劑，包括氯鹽類和硫酸鹽類，由于傳統(tǒng)早強劑存在對套管和水泥石有腐蝕作用，而且固井候凝時間長。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種具有優(yōu)異的早強作用，能夠在低溫條件下大大加快微硅低密度水泥的水化速度，促使低密度水泥石產(chǎn)生早期強度，縮短固井候凝時間，同時又對套管和水泥石無腐蝕作用的復(fù)合型微硅低密度水泥早強劑。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種復(fù)合型微硅低密度水泥早強劑，由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的材料組成：草酸鈣70～90％，硅酸鈉9～30％，三乙醇胺0.5～1％。
一種復(fù)合型微硅低密度水泥早強劑，由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的材料組成：草酸鈣84％，硅酸鈉15％，三乙醇胺1％。
本發(fā)明還提供了一種復(fù)合型微硅低密度水泥早強劑的制備方法，在混合攪拌器中分別加入配方量的草酸鈣、硅酸鈉、鋁酸鹽，混合攪拌30-50分鐘，再噴淋加入配方量的三乙醇胺，混合攪拌20-40分鐘，即得復(fù)合型微硅低密度水泥早強劑。
本發(fā)明還提供了一種復(fù)合型微硅低密度水泥早強劑的應(yīng)用，在微硅低密度水泥干混拌過程中加入，加水?dāng)嚢杈鶆蚝蟮乃酀{用于油氣井固井，所述水泥漿密度為1.3-1.4g/cm3。
所述復(fù)合型微硅低密度水泥早強劑的加入量為微硅低密度水泥質(zhì)量的1.0-2.5％。
所述微硅低密度水泥中微硅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5％-10％。
本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明提供的這種復(fù)合型微硅低密度水泥早強劑是草酸鈣類復(fù)合型早強劑，草酸鈣水解后產(chǎn)生的堿性物質(zhì)能夠激活微硅及粉煤灰的組成、玻璃體結(jié)構(gòu)及其潛在的水硬活性，形成良好的水硬性膠結(jié)體系，加速水化過程，從而加速微硅水泥漿的硬化與凝結(jié)，并且利用微硅和粉煤灰本身具有的比表面積很大，活性很高的特殊性質(zhì)，能夠填充水泥顆粒間的孔隙，與水化產(chǎn)物生成凝膠體。有效地消除水泥材料與地層泥餅不相容問題，能提高膠凝材料的抗高溫性能和耐腐蝕性能等；三乙醇胺主要加速水泥漿低溫水化凝結(jié)速度，提高水泥石早期強度。
該復(fù)合型微硅低密度水泥早強劑有效提高微硅低密度水泥石早期強度。不含氯離子等腐蝕性離子，對套管和水泥石無腐蝕作用。大大縮短了固井侯凝時間，侯凝時間由現(xiàn)有早強劑的8小時縮短至5小時，既能滿足固井施工中對微硅低密度水泥漿及水泥石的性能要求，又能有效地保護套管，保護油氣儲集層，提高單井產(chǎn)能。在獲得經(jīng)濟效益的同時也具有明顯的社會效益，值得推廣應(yīng)。
下面將做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
具體實施方式
實施例1：
本實施例提供了一種復(fù)合型微硅低密度水泥早強劑，由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的材料組成：草酸鈣70～90％，硅酸鈉9～30％，三乙醇胺0.5～1％。
本發(fā)明原理：
復(fù)合型微硅低密度水泥早強劑中的草酸鈣水解后產(chǎn)生的堿性物質(zhì)能夠激活微硅及粉煤灰的組成、玻璃體結(jié)構(gòu)及其潛在的水硬活性，形成良好的水硬性膠結(jié)體系，加速水化過程，從而加速微硅水泥漿的硬化與凝結(jié)，并且利用微硅和粉煤灰本身具有的比表面積很大，活性很高的特殊性質(zhì)，能夠填充水泥顆粒間的孔隙，與水化產(chǎn)物生成凝膠體。有效地消除水泥材料與地層泥餅不相容問題，能提高膠凝材料的抗高溫性能和耐腐蝕性能等。三乙醇胺主要加速水泥漿低溫水化凝結(jié)速度，提高水泥石早期強度。
實施例2：
在實施例1的基礎(chǔ)上，本實施例提供了一種復(fù)合型微硅低密度水泥早強劑，由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的材料組成：草酸鈣70％，硅酸鈉29％，三乙醇胺1％。
制備過程：
在混合攪拌器中分別加入配方量的草酸鈣、硅酸鈉、鋁酸鹽，混合攪拌30分鐘，再噴淋加入配方量的三乙醇胺，混合攪拌20分鐘，即得復(fù)合型微硅低密度水泥早強劑。
實施例3：
在實施例1的基礎(chǔ)上，本實施例提供了一種復(fù)合型微硅低密度水泥早強劑，由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的材料組成：草酸鈣80％，硅酸鈉19.3％，三乙醇胺0.7％。
制備過程：
在混合攪拌器中分別加入配方量的草酸鈣、硅酸鈉、鋁酸鹽，混合攪拌40分鐘，再噴淋加入配方量的三乙醇胺，混合攪拌30分鐘，即得復(fù)合型微硅低密度水泥早強劑。
實施例4：
在實施例1的基礎(chǔ)上，本實施例提供了一種復(fù)合型微硅低密度水泥早強劑，由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的材料組成：草酸鈣84％，硅酸鈉15％，三乙醇胺1％。
制備過程：
在混合攪拌器中分別加入配方量的草酸鈣、硅酸鈉、鋁酸鹽，混合攪拌40分鐘，再噴淋加入配方量的三乙醇胺，混合攪拌30分鐘，即得復(fù)合型微硅低密度水泥早強劑。
實施例5：
在實施例1的基礎(chǔ)上，本實施例提供了一種復(fù)合型微硅低密度水泥早強劑，由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的材料組成：草酸鈣90％，硅酸鈉9.5％，三乙醇胺0.5％。
制備過程：
在混合攪拌器中分別加入配方量的草酸鈣、硅酸鈉、鋁酸鹽，混合攪拌50分鐘，再噴淋加入配方量的三乙醇胺，混合攪拌40分鐘，即得復(fù)合型微硅低密度水泥早強劑。
實施例6：
在實施例1的基礎(chǔ)上，本實施例提供了一種復(fù)合型微硅低密度水泥早強劑的應(yīng)用，在微硅低密度水泥干混拌過程中加入，加水?dāng)嚢杈鶆蚝蟮乃酀{用于油氣井固井，所述水泥漿密度為1.3-1.4g/cm3。
所述復(fù)合型微硅低密度水泥早強劑的加入量為微硅低密度水泥質(zhì)量的1.0-2.5％。微硅是一種比表面積很大，活性很高的火山灰物質(zhì)，吸水膨脹，能夠填充水泥顆粒間的孔隙，與水化產(chǎn)物生成凝膠體。有效地消除水泥材料與地層泥餅不相容問題，能提高膠凝材料的抗高溫性能和耐腐蝕性能等。
本發(fā)明復(fù)合型微硅低密度水泥早強劑還可以應(yīng)用于粉煤灰低密度水泥。
所述微硅低密度水泥中微硅的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為5％-10％。
性能測試：
將實施例3和實施例4制備的復(fù)合型微硅低密度水泥早強劑(下表中簡稱早強劑)與現(xiàn)有的市售早強劑HS-300(湖南省長沙市江藍(lán)建材外加劑場)分別加入輕珠低密度水泥進(jìn)行性能比較，密度及抗壓強度見下表。
輕珠低密度水泥是由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的材料復(fù)配而成，G級油井水泥(49％)、輕珠(45％)及微硅粉(6％)，在干混站混拌固井水泥時，加入占輕珠低密度水泥質(zhì)量的2％的復(fù)合型低密度水泥早強劑(實施例3的早強劑)，并混拌均勻，之后按照水灰比0.85加水?dāng)嚢璩奢p珠低密度水泥漿，密度為1.3-1.4g/cm3。
粉煤灰低密度水泥由優(yōu)于Ⅱ級的粉煤灰組成，粉煤灰低密度水泥為市售產(chǎn)品，在干混站混拌固井水泥時，加入占粉煤灰低密度水泥質(zhì)量的2％的復(fù)合型低密度水泥早強劑(實施例4的早強劑)，并混拌均勻，之后按照水灰比0.85加水?dāng)嚢璩煞勖夯业兔芏人酀{，密度為1.3-1.4g/cm3。
綜上所述，該復(fù)合型微硅低密度水泥早強劑有效提高微硅低密度水泥石早期強度。不含氯離子等腐蝕性離子，對套管和水泥石無腐蝕作用。大大縮短了固井侯凝時間，侯凝時間由現(xiàn)有早強劑的8小時縮短至5小時，既能滿足固井施工中對微硅低密度水泥漿及水泥石的性能要求，又能有效地保護套管，保護油氣儲集層，提高單井產(chǎn)能。在獲得經(jīng)濟效益的同時也具有明顯的社會效益，值得推廣應(yīng)。
以上各實施例沒有詳細(xì)敘述的方法和結(jié)構(gòu)屬本行業(yè)的公知常識，這里不一一敘述。
以上例舉僅僅是對本發(fā)明的舉例說明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的保護范圍的限制，凡是與本發(fā)明相同或相似的設(shè)計均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。