[发明专利]一种泵送性能优异的耐超高温固井水泥体系及其制备方法

说明书

本发明属于固井工程技术领域，公开了一种泵送性能优异的耐超高温固井水泥体系及其制备方法，所述泵送性能优异的耐超高温固井水泥体系由固体组分和液体组分组成；固体组分含有14‑70％的水泥、3‑80％的硅砂、3‑80％的粉煤灰、以及3‑80％的矿渣粉；所述液体组分含有水和添加剂。本发明的耐高温固井水泥体系性能稳定，稠化时间普遍可以超过6小时，初始稠度在23.8Bc‑33.6Bc之间，泵送性能良好，而且2天，90天强度和液测渗透率稳定，不仅能够解决浆体初始稠度大难以泵送，稠化时间短等问题，还能够有效克服现有技术存在的水泥体系长期强度差、耐高温性能差等问题，满足固井长期封隔要求。

技术领域

本发明属于固井工程技术领域，尤其涉及一种泵送性能优异的耐超高温固井水泥体系及其制备方法。

背景技术

由于井下的高压和高温(HPHT)条件，深层油气储量的开发给固井水泥体系带来了重大挑战。不同于稠油热采井领域的水泥成型方式(低温成型高温养护)，超高温深井井况要求固井水泥在达到超高温环境时仍处于流体状态，并在超高温高压条件下原位凝固成型。最近的研究表明(Pang,Xueyu等,Long～term strength retrogression of silica～enriched oil well cement:A comprehensive multi～approach analysis,Cement andConcrete Research 144(2021)106424；李宁等，200℃加砂硅酸盐水泥配方优化设计及强度衰退机理[J].硅酸盐学报,2020,48(11):1824～1833)，由于微观结构粗化，经过优化后的传统的富硅砂G级油井水泥体系，经过原位成型方式(直接高温条件下成型)，在200℃超高温环境长期养护(≥30d)过程中仍然会出现显著的强度退化。此外，有研究表明(Qin,Jiankun等Various admixtures to mitigate the long-term strength retrogressionof Portland cement cured under high pressure and high temperature conditions，Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering，2022)通过在富硅砂G级油井水泥体系中降低硅砂粒径并添加氧化铝、纳米氧化铁及增韧材料等方法，可以保证水泥石强度在90天内的高温高压环境下强度保持在30MPa以上，并且具有较稳定的杨氏模量，但相比于水泥石养护2天的强度，其衰退幅度均达到40％以上，难以保证油井在一次固井成功之后实现井眼环空的长期有效封隔，严重时将会导致井筒完整性失效，报废。

固井水泥浆体的稠化性能对于现场顺利施工应用至关重要，而水泥石强度发展对于固井质量同样关键。在设计水泥浆体系时需要同时兼顾浆体的工作性和力学性能。粉煤灰和矿渣粉是优质的混凝土掺合料和水泥混合材，是当今世界公认的配制高性能混凝土的重要材料。现有公开技术将粉煤灰或矿渣粉用以解决传统富硅砂体系高温强度衰退问题时存在较多不足，例如矿渣体系初始稠度较小，容易发生泌水问题；粉煤灰体系则初始稠度较大，泵送性能差，不利于现场施工应用；养护周期集中在30天及以下短龄期的研究，无法对井筒长期完整性进行准确评估等问题。此外专利公开号CN102153996、CN112194389A、CN110092597B公布了耐高温地质聚合物固井体系，但由于各种添加剂配伍等问题，地质聚合物体系同样因为稠化性能较差，现场应用难度较大。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

行业内普遍解决固井水泥石高温强度衰退问题的方法是添加硅砂，非硅砂外掺料研究较少。

现有研究表明即使经过优化后的传统富硅砂油井水泥体系在模拟超高温固井(高温条件下直接成型和养护)时仍然会发生强度衰退问题。