[发明专利]耐高温可酸溶的水硬性胶凝材料及用于油井水泥浆体系

说明书

本发明公开了耐高温可酸溶的水硬性胶凝材料及用于油井水泥浆体系，该水硬性胶凝材料由以下各组分按重量份组成：石灰石100份，黏土10～15份，赤铁矿2～4份，硅藻土1～3份，磷石膏0.1～2份，石膏1～2份，硅粉30～35份，铁矿粉0～50份，碳酸钙30～45份。由该水硬性胶凝材料配制的油井水泥浆体系包括：胶凝材料100份，聚苯乙烯磺酸钠0～1.5份，2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸3～6份,2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸丙烯酸共聚物0.5～0.8份，丁苯乳胶1～1.5份，二甲基硅油0.01～0.5份，水35～50份。本发明工艺便捷，成本低廉，通过材料颗粒自身的物理悬浮能力，在井下80℃～130℃高温环境中，保持良好的沉降稳定性，有望应用于油气井储层暂闭、堵水、非常规气藏固井等领域。

技术领域

本发明涉及水硬性胶凝材料领域，特别涉及一种耐高温可酸溶的水硬性胶凝材料及其在油井水泥浆体系中的应用。

背景技术

目前，水硬性酸溶胶凝材料的研究与应用以酸溶水泥为主，酸溶水泥最初用于解决油气井储层段的循环漏失问题。通过水泥胶凝硬化作用，在漏失处形成一定强度的桥联堵塞效果，以此封堵天然、次生裂缝以及发生窜流的通道；又因其可观的酸溶特性，在酸压作业后，结构体可在作业时间内逐渐消融分解，能够大幅降低水泥浆对储层的伤害。

在固井施工后，侵入储层的硬化水泥残渣，加重了体积压裂的难度，进而影响体积压裂效果与气井最终采收率，而使用酸溶水泥固井可有效解除储层的污染。随着人们储层保护意识的增强，经多年发展研究，酸溶水泥在非常规气藏水平段固井中已成功应用，如美国的Barnett页岩气田使用酸溶水泥浆固井，体积压裂后，投产效果良好。

目前酸溶性胶凝材料主要分为以下三类：(1)镁氧水泥，广泛应用于完井与修井作业(李早元,靳东旭,周超,等.镁氧水泥用于油井堵漏及暂闭的室内研究[J].西南石油大学学报(自然科学版),2011,33(5):152-156)，氯氧镁水泥虽表现出优异的可酸溶特性，但抗温能力差，在井下高温水湿环境中，水泥石内部的晶型将随时间逐渐发生不利于强度发展的不可逆转变；硫氧镁水泥虽缓解了强度衰退的趋势，但其整体强度依然表现不佳。(2)G级水泥中掺入少量碳酸钙的硅酸盐水泥浆体系，该体系在各油田虽有不少现场应用案例，但其高温沉降稳定性较差，水泥石强度偏低，酸溶率不理想，技术尚不成熟。(3)酸溶性固化剂，由于相应配套处理剂种类复杂，成本较高，使其在油气田开发中至今难以推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温可酸溶的水硬性胶凝材料，通过该材料中颗粒的合理级配设计，在保证酸溶解除效果的前提下，赋予胶凝材料的硬化体更加稳定的高温强度发育，弥补现有胶凝材料抗温性差、水湿环境中强度衰退等不足。

本发明的另一目的还在于提供上述耐高温可酸溶的水硬性胶凝材料在油井水泥浆体系中的应用。由水硬性胶凝材料配制的油井水泥浆体系，工艺便捷，成本低廉，性能优异，通过材料颗粒自身的物理悬浮能力，在井下80℃～130℃的高温环境中，保持良好的沉降稳定性，突破了现有酸溶性胶凝材料的浆体高温沉降稳定性差的局限。该项发明有望应用于油气井储层暂闭、堵水、非常规气藏固井等领域。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

耐高温可酸溶的水硬性胶凝材料，由以下各组分按重量份组成：

所述耐高温可酸溶的水硬性胶凝材料的制备过程如下：

采用干法生产，将100份石灰石、10～15份黏土、2～4份赤铁矿、1～3份硅藻土、0.1～2份磷石膏用破碎机破碎至粒径小于25mm的块料，混合后送入回转窑煅烧1小时，煅烧温度1350～1450℃，进入冷却机进行冷却，急冷至50～80℃，冷却速率18～20℃/min，再加入1～2份石膏、30～35份硅粉、0～50份铁矿粉、30～45份碳酸钙进行混合后粉磨，使产物的粒度控制在1～100μm，即得耐高温可酸溶的水硬性胶凝材料。