[发明专利]一种低密度早强微膨胀水泥浆及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油钻井领域，特别是涉及一种低密度早强微膨胀水泥浆及其制备方法。

背景技术

目前，在油区勘探开发过程中，涉及低压漏失层和低压油气层的固井作业越来越多，在固井作业中为了防止发生漏失及污染，要求降低水泥浆的密度，用低密度水泥浆进行层位的封固。然而水泥浆在密度降低同时，其性能也往往随之下降，表现在水泥浆流变性、稳定性变差，失水难以控制；水泥石抗压强度大幅度降低，渗透性提高，难以达到封固要求。具体来说，目前国内同行应用较为成熟的低密度水泥浆体系主要采用粉煤灰、膨润土以及漂珠等作为减轻材料，但采用粉煤灰和膨润土等减轻材料，水泥浆密度仅能调节到1.45～1.75g/cm³,而采用漂珠作为减轻剂，又存在易碎、易分层等缺点，导致稳定性降低。因此，有必要提供一种具有较低密度且结构稳定、水泥石抗压强度大的早强微膨胀水泥浆，以满足低压漏失层和低压油气层的固井作业。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有较低密度且结构稳定、水泥石抗压强度大的低密度早强微膨胀水泥浆，能够满足低压漏失层和低压油气层的固井作业。

本发明的另一目的是提供一种低密度早强微膨胀水泥浆的制备方法。

为此，本发明的技术方案如下：

所述低密度早强微膨胀水泥浆由以下重量份的组分制成：

将上述组分均匀混合，制成低密度早强微膨胀水泥浆，混合可以辅以搅拌，例如以4000转/分钟的转速搅拌60秒。

所述减轻剂由玻璃微珠、超细活性矿渣、粉煤灰按照重量比为1:(0.1～1.0):(0.4～3.0)组成。为获得更好的效果，玻璃微珠选用美国3M公司的产品，型号为S38HS，其颗粒尺寸呈正态分布，抗压强度达到38MPa,球状完整，润滑性好；超细活性矿渣具有较细的粒径，并且可以与早强剂相互作用，提高水泥的早起强度；粉煤灰具有一定的防窜性能，能够有效降低候凝过程中油气水窜现象的发生。上述三种组分通过本发明技术方案的配比，能够实现较优的颗粒级配，形成的水泥石具有较强的抗压强度和较低的渗透率，并且可以降低水泥浆的密度差。

所述稳定剂为纳米介孔二氧化硅(MCM-41)，是平均粒径为80～150nm的有序介孔材料，结构上具有六方有序排列孔道，大小均匀，孔径可在2-10nm范围内连续调节、比表面积大。MCM-41的粒径是水泥颗粒粒径的1/200～1/100，因而可以填充水泥以及减轻材料的缝隙，使水泥石更加致密。此外，MCM-41表面含有丰富的Si-OH键，具有强烈的吸附水分子的能力，可以使水泥浆形成稳定的悬浮体系，进一步提高水泥浆的稳定性。

所述早强剂由硫酸钙、碳酸钙、硝酸钠和三乙醇胺按重量比为2：(0.1～0.3)：(1～2)：(0.05～0.20)混合制得。

所述膨胀剂由熟石膏、氧化镁、氧化钙和硅粉按重量比为1：(1～1.5)：(0.5～1)：(0.5～1.2)混合制得。

所述降失水剂为油井水泥用降失水剂BXF-200L。

所述分散剂为聚苯乙烯磺酸钠和木质素磺酸钙按重量比为1：2混合制得。

所述消泡剂为磷酸三丁酯。

在此基础上，更优选的低密度早强微膨胀水泥浆的配方如下(按重量份)：

其中，减轻剂中玻璃微珠、超细活性矿渣、粉煤灰的重量比为1:(0.3～0.6):(1～3)。

由本发明技术方案制得的低密度早强微膨胀水泥浆具有较低密度且结构稳定、凝固后的水泥石抗压强度大。与常规水泥浆相比，所述低密度早强微膨胀水泥浆更适用于中低温固井作业，低温下早期强度高、候凝时间短、失水少，能够有效防止油气水窜；采用MCM-41作为稳定剂，具有强烈的吸附水分子的能力，水泥浆体系稳定性更高；具有微膨胀及早强功能，在水泥浆硬化过程中可以防止因水泥浆收缩引起的环空及油气水窜。

具体实施方式

实施例1

低密度早强微膨胀水泥浆由以下重量份的组分经均匀混合制成，混合过程为在恒速搅拌器上以4000转/分钟的转速搅拌60秒。

其中，减轻剂由玻璃微珠、超细活性矿渣、粉煤灰按照重量比为1：0.4：2.5组成。

同样地，实施例2～5中，低密度早强微膨胀水泥浆分别由如下重量份的组分均匀混合制得(表1)。

表1实施例2～5中低密度早强微膨胀水泥浆的各组分配比