專利名稱：抗高溫蒸汽吞吐水泥漿外摻料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種外摻料，具體地說，是涉及一種抗高溫蒸汽吞吐水泥漿外摻料。
背景技術(shù)：
國內(nèi)外的稠油井固井水泥漿，大多采用普通油井水泥加硅砂來提高水泥石在高溫 下的強(qiáng)度穩(wěn)定性，也有一些研究從水泥本身出發(fā)，改變水泥礦物質(zhì)成分，提高水泥石的耐溫 性能。西南石油學(xué)院的李早元在新型耐高溫水泥用于熱采井的研究中探索了用高鋁水泥替 代普通加砂水泥的可行性，在水泥體系中加入適量微硅抑制初期水化過快而引起的閃凝， 提高漿體穩(wěn)定性、降低滲透率并改善低溫下水泥石的早期強(qiáng)度，研究表明高鋁水泥具有良 好的耐高溫強(qiáng)度衰退及優(yōu)良的綜合工程性能，能滿足稠油熱采井固井需要，具有良好的開 發(fā)應(yīng)用背景。美國俄克拉荷馬州法蘭克尼亞礦業(yè)公司生產(chǎn)的一種“Framonia”高鋁水泥以 礬土和石灰石為原料，按適當(dāng)比例配合進(jìn)行燒結(jié)或熔融，再經(jīng)粉磨而成。其礦物組成主要為 CA、CA2、C12A7、C2S和C2AS。高鋁水泥具有快硬、高強(qiáng)、耐高溫等特點(diǎn)，可用于熱井、二次蒸 汽采油井、火燒油層井中。盡管高鋁水泥具有耐高溫的優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn)場運(yùn)用于稠油井固井水泥 中卻很少。國內(nèi)外專家、學(xué)者對高溫下水泥石強(qiáng)度變化機(jī)理做了大量研究，對于稠油井固井 水泥漿體系普遍采用加入硅砂來提高水泥石在高溫蒸汽吞吐后的抗壓強(qiáng)度和滲透率，但加 入硅砂后的水泥漿體系在高溫蒸汽吞吐后存在如下問題水泥漿早期強(qiáng)度發(fā)育慢，注水泥 作業(yè)后不能較早地進(jìn)行層間封隔；環(huán)空水泥石在蒸汽吞吐較少的情況下能夠保持強(qiáng)度穩(wěn)定 性，但是經(jīng)過多次蒸汽吞吐后，水泥石普遍出現(xiàn)強(qiáng)度急劇衰退、水泥石變得疏松、與井壁、套 管膠結(jié)性變差，從而導(dǎo)致層間壓力降低，影響后期開采，固井質(zhì)量差的井甚至在高溫蒸汽吞 吐后蒸汽竄至井口。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種抗高溫蒸汽吞吐水泥漿外摻料，在普通水泥的基礎(chǔ) 上，利用新增加的外摻料，來提高水泥的強(qiáng)度及抗壓、耐高溫性能，從而達(dá)到環(huán)空水泥的固
井質(zhì)量。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下抗高溫蒸汽吞吐水泥漿外摻料，其特征在于，包括硅砂、微硅、分散劑、降失水劑、 早強(qiáng)激活劑和緩凝劑，其質(zhì)量百分比分別為硅砂占78 %，微硅占13 %，分散劑占1. 6 %，降 失水劑占1. 6 2. 4 %，早強(qiáng)激活劑占3. 2 5 %，余量為緩凝劑。所述緩凝劑為H-I和PN的混合緩凝劑。所述降失水劑為LT-2。所述降失水劑為SZ1-2。所述分散劑為SXY。所述降失水劑的質(zhì)量百分比為2%。
所述早強(qiáng)激活劑的質(zhì)量百分比為4%。所述緩凝劑的質(zhì)量百分比為1. 8%。通過對硅砂抗高溫性能的研究，我們發(fā)現(xiàn)硅砂對于高溫下水泥石衰退具有非常積 極的作用，而影響硅砂水泥石抗高溫性能的主要是硅砂的粒徑和硅砂的加量，通過對硅砂 粒徑和硅砂加量的大量研究，我們選用80%能通過200目篩網(wǎng)(不能通過220目篩網(wǎng))， 其余介于160目 200目的硅砂作為高溫下強(qiáng)度穩(wěn)定劑，由于高溫蒸汽吞吐下，蒸汽溫度 高達(dá)320°C，硅砂加量過低不能起到穩(wěn)定水泥石強(qiáng)度的作用，而硅砂加量過高水泥石強(qiáng)度也 下降幅度大。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)表明，硅砂加量在75% 80%的水泥石在280°C 350°C下強(qiáng)度衰 退最小，所以選用78%的硅砂作為抗高溫蒸汽吞吐的水泥漿體系的穩(wěn)定劑。通過對活性材 料的選擇，發(fā)現(xiàn)微硅加入到水泥石后高溫下水泥石強(qiáng)度較高，所以選擇了 13%的微硅加入 到水泥漿中，并輔以早強(qiáng)激活劑CK21來加強(qiáng)水泥漿的早期強(qiáng)度，進(jìn)一步防止水泥石高溫下 強(qiáng)度衰退。分散劑我們采用SXY，加量在1.6%即可較好的調(diào)節(jié)水泥漿的流動性和流變性， 降失水劑采用LT-2，加量在1. 6% 2. 4%即可很好控制水泥漿濾失量，通過不同加量的緩 凝劑SN-2可以調(diào)節(jié)水泥漿的稠化時(shí)間，其加量在1.8%內(nèi)即可調(diào)節(jié)稠化時(shí)間在150min 200min。通過對各種添加材料的合理選材和量化，可以大大提高水泥的抗壓、耐高溫性能， 并大大提高水泥的強(qiáng)度，使采用本發(fā)明施工的油井堅(jiān)固效果得到明顯提高。本發(fā)明主要用 于稠油油藏的深度油井的施工。
具體實(shí)施例方式下面對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。抗高溫蒸汽吞吐水泥漿外摻料，其特征在于，包括硅砂、微硅、分散劑、降失水劑、 早強(qiáng)激活劑和緩凝劑，其質(zhì)量百分比分別為硅砂占78 %，微硅占13 %，分散劑占1. 6 %，降 失水劑占1. 6 2. 4 %，早強(qiáng)激活劑占3. 2 5%，余量為緩凝劑。微硅含有大量的SiO2,在水泥水化過程中可以起到與硅砂相同的作用，同時(shí)這些 物質(zhì)加入到水泥漿中后可以提高水泥漿的懸浮穩(wěn)定性，對于水泥漿的綜合性能有很大改 善。在相同微硅加量下，加量為47%硅砂的水泥石高溫養(yǎng)護(hù)后強(qiáng)度最高，因此硅砂的含量為 78%最優(yōu)。由于原漿水泥石在高溫下強(qiáng)度衰退顯著，溫度越高水泥石強(qiáng)度衰退幅度越大，且 衰退速度也越快，時(shí)間越長，水泥石抗壓強(qiáng)度衰退幅度越大。溫度超過300°C后，水泥石養(yǎng)護(hù) 三天后強(qiáng)度低至3MPa。加入硅砂可以抑制水泥石在高溫下的強(qiáng)度衰退，加入硅砂后降低了 水泥漿中的C/S摩爾比，使得水泥水化后生成的Ca(OH)2與硅砂中的活性S^2反應(yīng)生成了 強(qiáng)度較高的纖維狀水化硅酸鈣，這些纖維狀水化硅酸鈣物質(zhì)可以支撐水泥石在高溫下的強(qiáng) 度穩(wěn)定。硅砂粒徑、硅砂加量對水泥漿的強(qiáng)度及其衰退速度也具有明顯效果。大顆粒砂在 50°C下候凝時(shí)早期強(qiáng)度低，硅酸鈣凝膠發(fā)育差；而粒徑較大的硅砂加入水泥漿中形成的水 泥石在超過觀0°C以上的溫度下強(qiáng)度衰退非常明顯，如80目、120目的硅砂在^(TC下養(yǎng)護(hù) 三天后強(qiáng)度只有3 lOMPa，所以對于高溫蒸汽吞吐的固井水泥漿，我們選擇粒徑較小的硅 砂作為高溫強(qiáng)度穩(wěn)定劑。研究過程中我們使用含80%通過200目篩網(wǎng)、其余介于160目到200目的硅砂，這個粒徑下的硅砂加入水泥漿中由于其比表面積較大，反應(yīng)活性高，能在高 溫下與水泥石中的水化物質(zhì)迅速發(fā)生反應(yīng)形成一些晶形較好的水合物。硅砂加量同樣也是 影響水泥石高溫下強(qiáng)度穩(wěn)定的重要因素，溫度稍低時(shí)，比如120°C 160°C范圍內(nèi)，加量可 以選擇在25% 35%左右，對于高溫蒸汽下，加量應(yīng)該更加大。通過在高溫下對不同加量 的水泥石進(jìn)行高溫養(yǎng)護(hù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，加量在75% 80%的水泥石在高溫養(yǎng)護(hù)后水泥石強(qiáng)度 最高，超過80 %后強(qiáng)度并不繼續(xù)升高，所以我們選擇加量78 %的硅砂作為抗高溫蒸汽吞吐 水泥漿的強(qiáng)度穩(wěn)定劑。 微硅具有很強(qiáng)的反應(yīng)活性，并且其中含有活性SiO2,高溫下可以起到穩(wěn)定強(qiáng)度的 作用。通過對一系列微硅和珍珠巖加量的考查，微硅根據(jù)硅砂加量選擇13 %，水泥漿不僅常 規(guī)性能良好，而且水泥石在高溫下養(yǎng)護(hù)后強(qiáng)度仍較高。
權(quán)利要求
1.抗高溫蒸汽吞吐水泥漿外摻料，其特征在于，包括硅砂、微硅、分散劑、降失水劑、早 強(qiáng)激活劑和緩凝劑，其質(zhì)量百分比分別為硅砂占78 %，微硅占13 %，分散劑占1. 6 %，降失 水劑占1. 6 2. 4 %，早強(qiáng)激活劑占3. 2 5 %，余量為緩凝劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗高溫蒸汽吞吐水泥漿外摻料，其特征在于，所述緩凝劑為 H-I和PN的混合緩凝劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗高溫蒸汽吞吐水泥漿外摻料，其特征在于，所述降失水劑 為 LT-2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗高溫蒸汽吞吐水泥漿外摻料，其特征在于，所述降失水劑 為 SZ1-2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗高溫蒸汽吞吐水泥漿外摻料，其特征在于，所述分散劑為SXY。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗高溫蒸汽吞吐水泥漿外摻料，其特征在于，所述降失水劑 的質(zhì)量百分比為2%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗高溫蒸汽吞吐水泥漿外摻料，其特征在于，所述早強(qiáng)激活 劑的質(zhì)量百分比為4%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗高溫蒸汽吞吐水泥漿外摻料，其特征在于，所述緩凝劑的 質(zhì)量百分比為1.8%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抗高溫蒸汽吞吐水泥漿外摻料，屬于一種水泥附加材料，主要解決了現(xiàn)有水泥難以滿足深度油井的施工要求的問題?？垢邷卣羝掏滤酀{外摻料，包括硅砂、微硅、分散劑、降失水劑、早強(qiáng)激活劑和緩凝劑，其質(zhì)量百分比分別為硅砂占78％，微硅占13％，分散劑占1.6％，降失水劑占1.6～2.4％，早強(qiáng)激活劑占3.2～5％，余量為緩凝劑。本發(fā)明具有很高的強(qiáng)度，以及抗壓耐高溫性能，能夠大大提高深度油井的加固質(zhì)量。
文檔編號C09K8/487GK102093860SQ20091021675
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者黃友華 申請人:武侯區(qū)巔峰機(jī)電科技研發(fā)中心