[发明专利]高温固井材料体系及组成

说明书

技术领域

本发明涉及一种深井、超深井高温固井材料体系，尤其涉及一种耐高温固井材料体系及其组成。

背景技术

深层油气资源勘探开发已成为我国油气发展的一个重要领域，固井将面临着突出的超深井、深井高温固井问题。众所周知，油井水泥在高温条件下(温度超过110℃)存在着强度衰退、渗透率急剧增大现象，常用的解决方法是在水泥中掺加30-40％硅砂,使水化硅酸钙凝胶(CSH)的CaO与SiO₂(C/S)摩尔比(平均为1.5)降低到1.0左右，防止CSH凝胶转变为α-C₂SH水合物，使CSH凝胶在温度超过110℃时转变为Ca₅Si₆O₁₆(OH)₂·4H₂O(雪硅钙石)，温度超过150℃时Ca₅Si₆O₁₆(OH)₂·4H₂O转变为Ca₆Si₆O₁₇(OH)₂(硬硅钙石)、Ca₈Si₁₂O₃₀(OH)₄·7H₂O(白钙沸石)和其它类型的水化硅酸钙晶体，减弱水泥石高温强度衰退。然而，在更高温度环境下，油井水泥+40％硅砂体系仍会出现强度衰退，甚至开裂现象，致使地层封隔失效，严重影响油气井生产和安全。针对深层高温固井，发展新的高温固井材料、形成新的固井技术，就显得十分迫切。

发明内容

本发明的目的是提供一种在能够利用深井、超深井的井下高温高压环境，通过不同金属氧化物与水溶剂在高温高压条件下发生水热反应，生成具有良好抗压强度、耐高温的硅酸盐类胶结产物，实现对深井、超深井进行有效固井封隔的新型固井材料体系，以解决目前油井水泥不耐高温的不足。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

一种高温固井材料体系，由以下各组分按照其质量份数组成：

SiO₂ 36～71份；

Al₂O₃3.5～25份；

CaO 18～52份；

CaCO₃ 2.0～10份；

X_aO_b 0.7～3.8份；

ZnO 0.0～5.0份；

M_aB_bO_c·dH₂O0.0～4.5份；

所述SiO₂为固体粉末，晶型为六方晶系，密度介于2.20～2.70g/cm³，粒径介于7.0～90μm。

所述Al₂O₃为固体粉末，晶型为α-Al₂O₃，密度介于3.65～3.90g/cm³，粒径介于15～45μm。

所述CaO是由碳酸钙矿石在900-1100℃高温煅烧制得，冷却后粉碎而成，为一种白色固体粉末，密度介于3.10-3.25g/cm³，粒径介于18-72μm。

所述CaCO₃为球形结晶粉末，密度介于2.50～2.55g/cm³，粒径介于1.2～10μm。

所述X_aO_b为固体氧化物粉末，其中X为B、Zr、Ti、Bi、Ba元素中的一种，原子数a的个数介于1～2，原子数b的个数介于1～3，粒径介于15～50μm。

所述ZnO为固体粉末，密度介于5.30～5.45g/cm³，粒径介于5.0～18μm。

所述M_aB_bO_c·dH₂O是一种结晶粉末，其中M为K、Ca、Li、Na元素中的一种，原子数a的个数介于1～2，原子数b的个数介于1～4，原子数c的个数介于2～7，结晶水d的个数介于4～8。