[发明专利]一种固井的油井水泥组合物及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于固井的油井水泥组合物，其包括按质量份数计的：熟料50‑60份、抗强度衰退剂5‑10份、降脆增韧剂4‑8份、高温增强剂2‑5份、BFS 10‑20份、分散剂0.5‑4份；所述抗强度衰退剂是由硅灰石微粉与偏高岭土按照1:4混合制成；降脆增韧剂为高弹模PVA纤维、低弹模聚丙烯纤维、硫酸钙晶须、碳纤维、含固化剂的水性环氧树脂中的一种或几种的组合；所述高温增强剂为纳米SiO₂溶胶；所述分散剂为APC分散剂。本发明用于解决固井水泥石在高温水热环境下强度易快速衰退老化的问题，能显著提升水泥的抗冲击能力、增强韧性、降低脆性、改善水泥浆体的流变性能。

技术领域

本发明涉及特种水泥技术领域，具体涉及一种用于固井的油井水泥组合物及其制备方法。

背景技术

开采石油时首选需要在地面钻井，深度数百米至几千米，然后在井孔内插入钢制套管。为使套管与地层紧密结合为一体，业界一直以油井水泥为胶结材料进行固井施工，从而起到支撑套管和封隔地层的作用，此后还要在不同深度含油地质层位进行射孔，以实现石油的开采。由于地质条件不同，井下压力、温度、地下岩层酸碱性、地下水等理化参数差别很大，因此要确保固井质量达到优质标准，难度较大。

良好的井筒长期完整性对油井正常生产、持续稳产具有重要意义。随着油气勘探的深入进行，深井、超深井等复杂油气藏钻井数量日益增加，井底静止温度高于150℃甚至高于180℃的高温深井不断出现，因此对水泥环长期密封性能提出了更高的要求。固井水泥石的强度能否在长期高温环境下保持稳定，是保证高温油井水泥环长期密封完整性、延长油井寿命的关键因素。

但是，固井水泥石在高温环境下的强度极易发生快速衰退，严重影响高温深井井筒长期完整性，导致油井寿命大大缩短。针对这一问题，国内外开展了大量相关研究。通用的做法，是在温度高于110℃的情况下，向水泥中加入30-40％甚至更多的硅粉、微硅等硅质材料作为防强度衰退剂，通过加入硅粉、微硅等硅质材料后，将水泥中的钙硅比降至 1：1或更低，从而生成结构致密、强度高的雪硅钙石(C₅ S₆ H₅ )等有利晶相，从而保障了水泥石的长期强度稳定。

其中，针对不同的温度区间，硅粉、微硅等防强度衰退剂的加量会有所不同，一般温度越高，硅粉、微硅等的掺量也相应增大。比如在120-150℃以下的高温环境下，硅粉合理掺量约为30％；在温度高于 150℃的高温环境下，一般要求掺加35％或者更多的硅粉。

但是，关于高温深井(井底静止温度为150-200℃、井深为 4500-6000m)水泥石的研究多局限于7天以内的短期强度研究，而长期强度衰退的研究相对较少。实验结果表明，180℃以上高温环境下，加入 40％-60％的硅粉作为强度稳定剂，7天以内短期强度均不会发生明显变化，但是水泥石28天长期强度往往会产生较大程度的衰退，衰退率最多可达60％以上，直接影响井筒水泥环长期密封性能。

总体而言，对于高温深井固井水泥石，单纯依靠增加硅粉用量难以起到持久的效果。因此，提供一种用于固井的油井水泥组合物配方及配套的制备工艺，防止固井水泥石在高温水热环境下的长期强度发生严重衰退，对于保障井筒水泥环长期密封完整性，延长油井寿命，具有非常重要的实际意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种用于固井的油井水泥组合物，用于解决固井水泥石在高温水热环境下强度易快速衰退老化的问题，同时兼顾提升水泥的抗冲击能力、增强韧性、降低脆性、改善流变性能。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供一种用于固井的油井水泥组合物，包括按质量份数计的：熟料50-60份、抗强度衰退剂5-10份、降脆增韧剂4-8份、高温增强剂2-5份、BFS 10-20份、分散剂0.5-4份；