一种适用范围广的低密度高强度水泥浆体系

摘要

本发明公开了一种适用范围广的低密度高强度水泥浆体系，由以下重量份的原料制备而成：低密度高强度水泥65‑75重量份，AMPS类聚合物降失水剂0.2‑2重量份，聚羧酸醚酯分散剂0.05‑0.2重量份，无机铝酸盐早强剂0.1‑2重量份，有机磷酸盐缓凝剂0.1‑0.5重量份，有机硅消泡剂0.1‑0.2重量份，蒸馏水25‑35重量份。本发明通过活性材料的选择和颗粒级配，增加单位体积水泥浆中的固相量，提高了低密度水泥浆的悬浮稳定性、滤失控制能力和水泥石的抗压强度，使低密度水泥浆的综合性能和常规密度相媲美，可用于目的层封固作业中。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种适用范围广的低密度高强度水泥浆体系。

背景技术

长期以来，低密度水泥浆广泛应用于低压易漏失层的封固以及低压油气层长封固段固井作业中，以降低静液柱压力防止漏失，减少水泥浆对储层的污染和伤害。但是普通低密度水泥浆由于水灰比、外掺料比例较大，水泥浆存在诸多缺陷，突出表现在：水泥浆体系稳定性差，强度发展慢，强度低，水泥浆石渗透率高，易引起腐蚀性介质的腐蚀等，即水泥浆的施工性能和水泥石的长期封固力学性能之间往往发生矛盾，其应用又受到限制，大部分作为充填水泥用于非目的层封固。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种适用范围广的低密度高强度水泥浆体系。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种适用范围广的低密度高强度水泥浆体系，由以下重量份的原料制备而成：

低密度高强度水泥65-75重量份，AMPS类聚合物降失水剂0.2-2重量份，聚羧酸醚酯分散剂0.05-0.2重量份，无机铝酸盐早强剂0.1-2重量份，有机磷酸盐缓凝剂0.1-0.5重量份，有机硅消泡剂0.1-0.2重量份，蒸馏水25-35重量份。

其中，所述低密度高强度水泥由以下重量份的原料制备而成：

API G级油井水泥20-40重量份，精细活性硅粉10-20重量份，玻璃硅酸盐人造空心膨化玻璃微珠10-20重量份，增强材料15-30重量份。

其中，所述增强材料由以下重量份的原料制备而成：

超细水泥5-10重量份，火山灰5-10重量份，优质粉煤灰5-10份，纳米硅10-15重量份，煅烧氧化镁5-10重量份，超细矿渣微粉10-20重量份。

其中，所述精细活性硅粉中SiO₂含量96-99.4％，所述活性硅粉粒径为300目以上

本发明具有以下有益效果：

通过活性材料的选择和颗粒级配，增加单位体积水泥浆中的固相量，提高了低密度水泥浆的悬浮稳定性、滤失控制能力和水泥石的抗压强度，使低密度水泥浆的综合性能和常规密度相媲美，可用于目的层封固作业中。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

所述精细活性硅粉是采用表面改性剂对硅微粉颗粒表面进行改性处理加工而成。所述精细活性硅粉中SiO₂含量96-99.4％，是一种无毒、无味、无污染的憎水性高纯白色微粉，所述活性硅粉粒径为300目以上，进而优选300-2000目。所述优质粉煤灰是火电厂燃烧煤粉由烟道中排出的废弃粉末经过加工处理，形成了均匀球型活性材料。在配制水泥时优质粉煤灰用做活性矿物掺合料。优质粉煤灰的颗粒大多呈球形，颜色暗灰，视煤质不同而有深有浅。一般细度与水泥类似。粉煤灰的化学成分为SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO和MgO。所述超细矿渣微粉是水泥制品中常用的矿渣微粉原料，具体是指以高炉水淬矿渣为主要原料，经过干燥粉磨处理而制成的超细粉磨材料，主要化学成分为SiO₂、Al₂O₃和CaO，具有超高活性。超细矿渣微粉本身能够改善水泥浆的微结构，其中含有的大量活性SiO₂能够与水泥的水化产物氢氧化钙进行二次水化反应，生成密实度更高的硅酸凝胶，进而提高水泥石的强度。所述超细矿渣微粉的比表面积≥450m²/kg，粒度范围为500-2000目，可直接选择市售。所述AMPS类聚合物降失水剂，AMPS即2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸是油井水泥浆中的优良缓凝剂，其性能稳定，使用温度范围宽，与其他添加剂配伍性好，对水泥石强度发育无副作用。所述分散剂为酯醚复合聚羧酸；所述缓凝剂包括有机磷酸盐、木质素磺酸盐及其衍生物、磺化丹宁、丹宁酸钠、酒石酸及其盐；所述缓凝剂为选自氨基三甲叉膦酸四钠、氨基三甲叉膦酸五钠、羟基乙叉二膦酸钠、羟基乙叉二膦酸二钠、羟基乙叉二膦酸四钠、羟基乙叉二膦酸钾、乙二胺四甲叉膦酸五钠、二乙烯三胺五甲叉膦酸五钠、二乙烯三胺五甲叉膦酸七钠、二乙烯三胺五甲基膦酸钠、2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸四钠、己二胺四甲叉膦酸钾盐、双1，6-亚己基三胺五甲叉膦酸钠中的任一种或几种的组合。所述消泡剂包括有机硅消泡剂和高分子聚醚类消泡剂。

以下实施例与对比例中使用的原料如没有特殊说明均为市售，其中，API-G级油井水泥购自抚顺水泥股份有限公司；活性硅粉购自徐州凌云硅业有限公司；空心玻璃微珠购自南阳市弘创石油技术开发有限公司；煅烧高岭土和埃洛石购自中国高岭土有限公司；粉煤灰和火山灰购自河北润发建筑材料有限公司；橡胶粉末购自金华市华科橡胶有限公司；乳胶粉末WWJF8010购自安徽皖维花山新材料有限责任公司；碳纤维购自杭州高科复合材料有限公司；纳米二氧化硅购自南京天行新材料有限公司；煅烧氧化镁购自天津滨和科源科技发展有限公司；超细矿渣微粉JD-W800购自抚顺水泥股份有限公司；降失水剂CG310S-P购自天津科力奥尔工程材料技术有限公司；CX610L高效消泡剂购自天津科力奥尔工程材料技术有限公司；5581F醚酯共聚类聚羧酸减水剂分散剂购自德国巴斯夫(中国)有限公司；羟基乙叉二膦酸四钠缓凝剂购自巴尔克(天津)水处理科技有限公司；

实施例

表1 0.98-1.10g/cm³密度水泥浆体系45℃配方

表2 不同温度下1.05g/cm³低密度水泥浆配方

表3 1.10-1.30g/cm³密度水泥浆体系45℃配方

表4 不同温度下1.15g/cm³低密度水泥浆配方

表5 1.30-1.45g/cm³密度水泥浆体系45℃配方

表6 不同温度下1.35g/cm³低密度水泥浆配方

表7 1.45-1.60g/cm³密度水泥浆体系45℃配方

表8 不同温度下1.50g/cm³低密度水泥浆配方

表1-表8为不同密度水泥浆体系在某一温度点的性能指标，并选择特定范围的密度段内的某一密度点测试不同温度下的各种性能指标；在固井作业中，水泥浆密度是首先要考虑的，水泥净浆的密度一般为1.90左右，要求的水泥浆密度越低，需要添加的减轻材料越多，减轻材料一般为惰性材料，这样会严重影响水泥浆的各种性能，为了提高各种性能就要完善水泥浆体系并添加有作用的外加剂及外掺料，以改善性能；

第二个重要因素就是井深决定水泥浆的实验温度，不同温度对水泥浆的性能影响不一样，所以要考察某一密度点下不同温度情况下的水泥浆特性是否满足施工要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。