[发明专利]一种微膨胀油井水泥

说明书

本发明公开了一种微膨胀油井水泥，属于油气井固井注水泥技术领域。本发明的固井水泥包括以下按重量份计的原料：凝胶材料50～80份；活性材料20～40份；氧化镁膨胀剂0.5～3份；碱性激发剂0.1～8份；稳定材料2～5份；所述氧化镁膨胀剂为轻烧氧化镁粉末。本发明主要解决现有技术中，膨胀水泥的膨胀效果不好，影响早期强度的问题，具有在水泥水化的早、中、后期膨胀性能均好的优点。

技术领域

本发明涉及一种微膨胀油井水泥，属于油气井固井注水泥技术领域。

背景技术

油井水泥水化过程中的高失水和体积收缩，是造成水泥环界面胶结质量差、诱发井内油、气、水窜流及油层污染的主要原因，这也是尚未得到很好解决的固井技术难题。油井水泥浆在高温高压下凝固时的体积收缩量为水泥浆总体积的2.6%～5.0%,收缩量的95%以上发生在水泥浆终凝以后。水泥浆在塑性状态下体积收缩会使水泥浆柱的孔隙压力降低(胶凝失重)，造成油、气、水窜流；凝固后体积收缩使水泥环与地层和套管间的胶结出现问题，形成微间隙，既影响固井质量又会造成油气资源大量流失。

近年来，固井工程人员对此进行了大量研究，提出了如何补偿体积空间而杜绝微环隙产生的问题。方法如：充气法、发气法、固相膨胀法等。在水泥中添加膨胀剂，是封闭微环隙从而提高固井质量的有效措施之一。在井内条件下，由于受到套管和地层的限制，掺有膨胀剂的水泥水化后可产生轻度膨胀，可堵塞环空微环隙，改善水泥石内部结构，减小水泥石渗透率，提高水泥石两界面的胶结质量。国内外使用的膨胀剂种类较多，包含硫酸钙类、半水石膏、死烧氧化钙类、氧化铝、氯化钠等。

如公开号为CN104099071A，名称为“一种水平井固井膨胀水泥浆及其制备方法”的发明专利，该专利公开的水泥浆包括：水泥100份，高温稳定剂30～45份，高温膨胀剂1～10份，悬浮剂0～3份，降滤失剂4～10份，分散剂0～2份，缓凝剂0～5份，水40～50份，消泡剂0.2份；水泥是满足API规范的油井G 级水泥；高温稳定剂为微硅、纯度大于98% 的二氧化硅粉末中的一种或两种混合；高温膨胀剂为矾石类、MgO 类、氧化钙类、氧化铁类和铝粉类中的一种或几种复合；悬浮剂为膨润土、纤维素、高分子聚合物中的一种或几种；降滤失剂为高分子聚合物、纤维素类和PVA体系中的任意一种；分散剂为醛酮缩合物或萘系分散剂；缓凝剂为高分子聚合物类、木质素磺酸盐类、有机磷酸盐类中的一种或几种;消泡剂为聚醚类、有机硅类、聚醚改性类中任意一种。该专利中添加有缓凝剂，但实际使用中膨胀剂与缓凝剂的、降水剂的配伍不好，使用效果达不到预期；该专利是针对目前高温超高温水平井固井面临水泥石体积倒缩，影响固井质量而开发的一种微膨胀水泥浆，但是高温、超高温的水平井井下多存在腐蚀性气体，在该专利中使用的高温稳定剂，高温膨胀剂在高温下抗腐蚀能力较差，在实际应用中该配方不能达到良好的抗腐蚀能力，在高温下容易发生气窜，影响固井质量。

又如公开号为CN104529319A，名称为“一种低热微膨胀复合水泥的制备方法”的发明专利，该专利公开了该水泥的配方为：氧化镁膨胀剂：1～8份，工业废渣：25～70份，硅酸盐水泥熟料25～70份，石膏1～4份。该专利的虽然能达到一定的膨胀效果，但其 氧化镁膨胀剂并没有界定生产氧化镁的煅烧温度，实际应用表明，菱镁矿在1450℃以上煅烧生成的氧化镁的水化活性较低，并不能很好地起到膨胀的作用，所以不是所有的氧化镁膨胀剂均能达到理想的效果；另外，该专利指出能够在早-中-后期起到良好的膨胀作用，但是井下温度一般存在温差，低温下氧化镁膨胀效果不明显，氧化镁随着温度的升高膨胀效果更佳，添加了氧化镁的微膨胀复合水泥，在高温下更能体现膨胀性能，但是在该配方中并没有抗高温的稳定剂，实验表明随着温度的升高，添加了氧化镁的水泥石与净浆水泥石相比强度会有所损失，要达到微膨胀和高强的要求，需要加入高温稳定剂作为强度的补偿。该发明中使用了工业废渣，目前的工业废渣品种繁多，很多工业废渣活性较低，即使加入石膏等激发剂并不能很好的提高早期强度。虽然工业矿渣等有一定的抗腐蚀效果，但是目前的高温超高温水平井的腐蚀性气体较多，在高温下矿渣等的抗腐蚀效果有限，势必会引起气窜，影响水泥石的强度。因此该专利的低热微膨胀复合水泥的应用温度范围存在一定的局限性，在高温下使用会影响其使用效果。