[发明专利]一种适合低温至高温条件的超低密度水泥浆悬浮稳定剂

说明书

本发明公开了一种适合低温至高温条件的超低密度水泥浆悬浮稳定剂，由以下组分按质量百分比组成：亚纳米二氧化硅45%~60%，微米无定型二氧化硅40%~55%，微米沥青粉5%~8%。所述亚纳米二氧化硅，含二氧化硅不低于95质量%，为白色或灰白色固体粉状物，中值粒径低于200nm~450nm；所述微米无定型二氧化硅，含非晶态二氧化硅不低于85质量%，为白色或灰白色固体粉状物，中值粒径低于10mm~30mm；所述微米沥青粉，含沥青不低于85质量%，软化点30℃~130℃，中值粒径低于20mm~50mm。本发明既能在常温下增稠小而易于混配超低密度水泥浆，又能在高温下仍具有良好悬浮特性使超低密度水泥浆不发生沉降分层，保持水泥浆的设计性能，满足油田低温至高温超低压地层固井的需要，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及石油天然气开发领域固井工程中使用的油井水泥添加剂，特别是涉及一种适合低温至高温条件的超低密度水泥浆悬浮稳定剂，既能在常温下增稠小而易于混配超低密度水泥浆，又能在高温下仍具有良好悬浮特性而保持超低密度水泥浆的设计性能。

背景技术

随着油气资源的日益枯竭，勘探领域不断向深部复杂油气藏拓展，深井和超深井越来越多，深部低压地层要求固井水泥浆密度也越来越低，固井条件要求井底静止温度超过150℃的超高温和水泥浆密度小于或近于1.00g/cm³的超低密度水泥浆。现有超低密度水泥浆设计中，为保证水泥浆的悬浮稳定性，需要加入较大量的微硅或者超细水泥作稳定材料，高微硅加量易导致现场施工混浆难度增加，高超细水泥需要提高用水量，这些都增加了水泥浆体系具有良好综合工程性能的难度。如张宏军“中空玻璃微球超低密度水泥浆体系评价与应用”(《石油钻采工艺》2011，Vol.33No.6)中，适应80℃的密度0.90g/cm³～1.20g/cm³水泥浆加入提高水泥浆的黏度和切力的粉末填充剂SYTC-1和SYTC-2为105％～154％；张伟等“超低密度水泥浆固井技术的应用”(《天然气工业》2012，Vol.2No.4)中，适应循环温度84℃的密度1.10g/cm³和1.30g/cm³超低密度水泥浆，分别用了35％和11％的微硅作稳定剂；冯建月“高温地热井微珠超低密度水泥的研究”(中国地质大学(北京)D，2014.5)中，适应温度200℃地热井的密度1.00g/cm³～1.20g/cm³超低密度水泥浆，加入35％～25％的微硅作为稳定剂；齐先立“超低密度水泥浆体系在鹤煤3井固井中的应用”(《石油地质与工程》2015，Vol.29No.5)中，适应45℃的密度1.25g/cm³超低密度水泥浆加入的85％早强剂，主要作用之一是悬浮稳定；孙勤亮等“超低密度水泥浆的粒度级配模型及应用研究”(《石油化工应用》2017，Vol.36No.6)中，适应120℃～150℃密度1.10g/cm³和1.30g/cm³超低密度水泥浆，需要分别加入15％和35％的微硅作为稳定剂。可见，为保持超低密度水泥浆在实际条件下的悬浮稳定性，加入较高的微硅或超细水泥等，降低了水泥浆中胶结材料水泥的比例，尤其是高温条件下(静止温度大于110℃)为防止水泥石的高温强度衰退需要加入30％～40％石英砂时，更影响超低密度水泥浆早期强度的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适合低温至高温条件的超低密度水泥浆悬浮稳定剂，既能在常温下增稠小而易于混配超低密度水泥浆，又能在高温下仍具有良好悬浮特性使超低密度水泥浆不发生沉降分层，保持水泥浆的设计性能，满足油田低温至高温超低压地层固井的需要，具有广阔的应用前景。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

一种适合低温至高温条件的超低密度水泥浆悬浮稳定剂，由以下组分按质量百分比组成：亚纳米二氧化硅45％～60％，微米无定型二氧化硅40％～55％，微米沥青粉5％～8％。

所述亚纳米二氧化硅，含二氧化硅不低于95质量％，为白色或灰白色固体粉状物，中值粒径低于200nm～450nm。