[发明专利]一种抗高温触变水泥浆体系及其制备方法

说明书

本发明提出了一种抗高温触变水泥浆体系，由以下原料按重量份制备而成：水泥100‑120份、复配触变剂10‑15份、分散剂5‑15份、减水剂5‑10份、硅酸钠22‑27份、石英砂20‑30份、陶瓷微珠15‑25份、钙粉20‑40份、三氧化二铝10‑15份、氮化铝5‑10份、三乙醇胺2‑7份、硝酸钾1‑5份和水40‑60份。本发明制备的抗高温触变水泥体系制备方法简单、原料来源广、制备的水泥具有很好的耐高温性能、触变性强、质量好，便于储存和运输，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及水泥技术领域，具体涉及一种抗高温触变水泥浆体系。

背景技术

随着现代化的发展，全球对于能源的需求日益增加，在石油可采、易采储量不断减少的情况下，油田勘探开发已向海洋、复杂地层、深井以及超深井方面发展。随着西部地区油气勘探的深入，深井、超深井越来越多，深井固井面临水泥浆抗高温稳定性性能要求高、水泥浆防气窜难度大等问题，注水泥施工和实现油气井长期稳定生产是固井作业的关键。

为了解决这一问题，国内外已经对此开展了大量的研究工作。目前国内外使用较多的抗高温防气窜水泥浆体系是胶乳和液硅，但液硅防气窜水泥浆体系报道很少，国内主要在川东北使用胶乳防气窜水泥浆体系固井施工较多，但井温超过170℃胶乳防气窜水泥浆体系使用案例微乎其微。而触变水泥浆由于其良好的触变性，易充满漏失层，在泵送停止时其胶凝强度能很快发展，进而使气窜阻力增大，防止气窜的发生。同时也能够有效解决漏失井段封堵效果差的问题，而越来越受到人们的关注。

目前，油井水泥浆体系触变剂可分为无机和有机两类，无机类触变剂主要有黏土矿物类、硫酸盐类、金属碳酸盐或混合金属氢氧化物等，有机类触变剂主要包括交联聚合物类和合成聚合物类。交联聚合物类触变剂中常用的交联剂包括锆、钇、铁等高价过渡金属离子和间戊二酮、乳酸、三乙醇胺等钛螯合物。合成聚合物类主要包括丙烯酰胺单体的聚合物等。黏土矿物类触变水泥浆体系常存在触变性较弱的问题，不能很好地满足固井防止漏失等需求，且预水化后可能会造成水泥浆混拌困难，影响现场施工；硫酸盐类触变水泥浆主要通过硫酸钙水泥浆和硫酸铝与硫酸亚铁水泥浆。硫酸钙与硫酸铝均能反应生成钙铝钒，促进水泥颗粒之间的自然结合，从而形成网状或凝胶结构；当受到剪切作用时，形成的结构易被破坏，但是硫酸盐类触变剂只形成少量的网状或者凝胶结构，从而对水泥浆体系的触变性改善较小，水泥浆体系的触变性能有限；碱金属碳酸盐类触变水泥浆在混拌一定时间后才表现出较好的触变性，有利于保持前期注水泥良好的可泵性，但延迟触变时间可控性不强，不能很好地避免不同井深注水泥作业时由触变性带来的施工安全问题。用锆、钇等过渡金属元素作交联剂的触变性水泥浆体系以及用钛螯合物作交联剂的防漏失、防气窜触变性水泥浆体系可使水泥在短时间内获得高胶凝强度和高触变性，易在低密度水泥浆中获得触变性，但是此两类触变剂对温度较敏感，耐高温性能差；采用混合金属层状氢氧化物作交联剂的触变性水泥浆体系，该体系触变机理是改性纤维素被交联物可以通过羟基、羧基等与混合金属层状氢氧化物发生螯合，同时水泥胶粒发生缔合形成整体空间网络结构，同时网络结构受到剪切时发生破坏，该体系触变性较强，但是普遍存在失水量较高，同时在高温条件下，触变性能变差。

目前，国内触变防气窜水泥浆体系的研究主要是针对中常温的情况，而对于高温条件下的触变防气窜固井水泥浆体系研究甚少。为解决高温条件下的固井气窜问题，研制一种抗高温触变水泥浆体系具有重要意义。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供一种抗高温触变水泥浆体系及其制备方法，其目的在于，提供一种抗高温触变水泥浆体系，通过添加陶瓷微珠是中空陶瓷微珠结构，其大小均匀，结构稳定，加入水泥熟料中具有很好的耐高温、抗压和防水等性能；添加的三氧化二铝和氮化铝热膨胀系数小、导热性能好，因此，该水泥具有很好的耐高温性能。

本发明提供一种抗高温触变水泥浆体系，由以下原料制备而成：水泥、复配触变剂、分散剂、减水剂、硅酸钠、石英砂、陶瓷微珠、钙粉、三氧化二铝、氮化铝、三乙醇胺、硝酸钾和水。