CN106753294B - 一种堵漏水泥浆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种堵漏水泥浆。本发明提供的堵漏水泥浆包括以下组分：G级水泥100重量份，纳米二氧化硅5～20重量份，液硅5～20重量份，硅粉20～30重量份，超细矿渣5～15重量份，分散剂0.5～1.5重量份，缓凝剂0.5～1.5重量份和水20～40重量份，本发明提供的堵漏水泥浆流动性好，流动度可达25cm，固化时间短，110℃下48小时即可固化，固化承压能力强，抗压强度可以达到127MPa。本发明提供的堵漏水泥浆制备方法简便，实用，适用于大规模工业化生产。

Description

一种堵漏水泥浆
技术领域
本发明涉及油气工程技术领域，特别涉及一种堵漏水泥浆。
背景技术
在石油勘探开发过程中，由于经过多年的滚动开采，油气井的油层套管长年经受地层水的腐蚀易产生破损，为保障油气井的采收率，需对套管进行专门的封堵作业；再者，由于长期注水冲刷，在高渗透层形成大孔道，造成注入水单层突进，在油井表现为高含水甚至水淹，因此，需要封堵出水层炮眼，重新选择层位进行再射孔作业，以调整注采层系，挖掘层间潜力。在上述工作中，要实现后期安全有效的作业，需要所封堵的漏层和炮眼具有很好的完整性以及承压能力，如遇压裂作业，所需承压能力更高，例如页岩气大型体积压裂技术，最高压力高达90MPa，这对套管密封承压能力提出很高的要求。
中国发明专利CN101318799公开了一种海洋油气井固井用水泥浆，具有很高的低温强度，自由水小，稠化时间可以调节，但该水泥浆60℃/24小时强度仅为25MPa；而中国发明专利CN101160268公开了一种通用性高的超高强度纤维增强砂浆，能够将水泥浆强度提升到180MPa左右，但发明只说明应用于桥梁用结构件、水坝结构构件、海洋结构构件、建筑构建等；中国发明专利CN104918899公开了一种初始强度高，能够提前进行蒸汽养护的高强度水泥掺和料及混凝土的制造方法，该种水泥浆水比低，使用了大量高性能减水剂，在经过7天20℃养护后，水泥石强度能够达到110MPa，但该种水泥浆主要运用于土木工程领域。
但上述超高强度水泥浆都存在一定的不足和缺陷：1)油气井行业中所使用高强度水泥浆体系的抗压强度难以达到设计要求(承压能力90MPa以上)；2)一般抗压强度能够达到90MPa的水泥浆普遍都运用与建筑，土木工程等行业，由于这种类型的水泥浆较稠，具有较差的流动性，难以泵入井眼，并不适合应用于油井行业；3)一般的高强度水泥浆要达到90MPa的强度，需要候凝或养护的时间长，一般都要在7天左右，要求48小时内达到90MPa的强度，实现困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种堵漏水泥浆。本发明提供的堵漏水泥浆粘度低、流动性好，固化时间短，固化后具有很高的强度，承压能力强。
本发明提供了一种堵漏水泥浆，包括以下组分：
优选的，所述堵漏水泥浆包括以下组分：
优选的，所述纳米二氧化硅的直径不超过30nm。
优选的，所述纳米二氧化硅的使用状态为纳米二氧化硅乳液。
优选的，所述纳米二氧化硅乳液的固含量为10～20％。
优选的，所述液硅中活性二氧化硅的平均粒径为0.3～0.8μm。
优选的，所述硅粉的粒度为100～300目。
优选的，所述超细矿渣的的比表面积不低于500m2/kg。
优选的，所述分散剂包括甲醛丙酮缩合物、萘系磺酸盐和脂肪酸类分散剂中的一种或多种。
优选的，所述缓凝剂包括柠檬酸、硼酸和有机磷酸盐中的一种或多种。
本发明提供了一种堵漏水泥浆，包括以下组分：G级水泥100重量份，纳米二氧化硅5～20重量份，液硅5～20重量份，硅粉20～30重量份，超细矿渣5～15重量份，分散剂0.5～1.5重量份，缓凝剂0.5～1.5重量份和水20～40重量份。本发明以G级水泥为基体，通过添加粒径小的纳米二氧化硅和液硅填充硬化水泥浆体中的细小孔隙，从而减小水泥浆体的孔隙率，进而使硬化水泥浆体和混凝土更密实、强度更高，同时增强硬化水泥浆体和混凝土抵抗外力变形的性能；同时添加分散剂让水泥中的颗粒均匀地分散于水相中，对于已成团的水泥，将其有效的分散，使水化产物的性状变化，减小其内摩擦阻力。实验结果表明，本发明提供的堵漏水泥浆流动性好，流动度可达25cm，固化时间短，110℃下48小时即可固化，固化承压能力强，抗压强度可以达到127MPa。
具体实施方式
本发明提供了一种堵漏水泥浆，包括以下组分：G级水泥100重量份，纳米二氧化硅5～20重量份，液硅5～20重量份，硅粉20～30重量份，超细矿渣5～15重量份，分散剂0.5～1.5重量份，缓凝剂0.5～1.5重量份和水20～40重量份。
本发明提供的堵漏水泥浆包括G级水泥100重量份。在本发明中，所述G级水泥优选为油井G级水泥。本发明对所述G级水泥的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售G级水泥即可。在本发明的实施例中，所述G级水泥可具体为三峡水泥厂的三峡G级水泥。在本发明中，其他组分的重量份数都是以100重量份G级水泥为基准。
本发明提供的堵漏水泥浆包括纳米二氧化硅5～20重量份，优选为6～10重量份。在本发明中，所述纳米二氧化硅的直径优选为不超过30nm，更优选为10～20nm。在本发明中，所述纳米二氧化硅优选为气相法二氧化硅；所述纳米二氧化硅的比表面积优选为350～400m2/kg。在本发明中，所述纳米二氧化硅的使用状态优选为纳米二氧化硅乳液；所述纳米二氧化硅乳液的固含量优选为10～20％，更优选为14～16％。在本发明中，所述纳米二氧化硅颗粒细小，可以填充硬化水泥浆体中的细小孔隙，从而减小水泥浆体的孔隙率，进而使硬化水泥浆体和混凝土更密实、强度更高，同时增强硬化水泥浆体和混凝土抵抗外力变形的性能。
本发明提供的堵漏水泥浆包括液硅5～20重量份，优选为10～15重量份。在本发明中，所述液硅中活性二氧化硅的平均粒径为0.3～0.8μm。在本发明中，所述液硅优选为硅蒸汽氧化后，经特别设计的收尘器收集得到的活性二氧化硅微粒通过处理与水混合形成的悬浊液。本发明对所述液硅的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售液硅即可。在本发明的实施例中，所述液硅可具体为于荆州嘉华科技有限公司的液硅MX。在本发明中，所述液硅颗粒细小，可以填充硬化水泥浆体中的细小孔隙，从而减小水泥浆体的孔隙率，进而使硬化水泥浆体和混凝土更密实、强度更高，同时增强硬化水泥浆体和混凝土抵抗外力变形的性能。
本发明提供的堵漏水泥浆包括硅粉20～30重量份，优选为24～28重量份。在本发明中，所述硅粉的粒度优选为100～300目，更优选为150～250目。本发明对所述硅粉的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售硅粉即可。在本发明的实施例中，所述硅粉可具体为荆州嘉华科技有限公司的SSA-1硅粉。在本发明中，所述硅粉可以避免水泥石在高温环境的强度衰减。
本发明提供的堵漏水泥浆包括超细矿渣5～15重量份，优选为8～12重量份。在本发明中，所述超细矿渣的比表面积不低于500m2/kg，优选为600～800m2/kg。在本发明中，所述超细矿渣优选为以粒化高炉矿渣为主要原料的矿渣粉。本发明对所述超细矿渣的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售超细矿渣即可。在本发明的实施例中，所述超细矿渣可具体为荆州嘉华科技有限公司的SPF-1超细矿渣。
本发明提供的堵漏水泥浆包括分散剂0.5～1.5重量份，优选为0.8～1.2重量份。在本发明中，所述分散剂优选包括甲醛丙酮缩合物、萘系磺酸盐和脂肪酸类分散剂中的一种或多种。在本发明中，所述脂肪酸类分散剂优选包括脂肪酸聚乙二醇酯。本发明对所述分散剂的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售分散剂即可。在本发明的实施例中，所述分散剂可具体为中海油田服务股份有限公司的CF44L甲醛丙酮缩合物。在本发明中，所述分散剂可使水泥中的颗粒均匀地分散于水相中，对于已成团的水泥，将其有效的分散，使水化产物的性状变化，减小其内摩擦阻力。
本发明提供的堵漏水泥浆包括缓凝剂0.5～1.5重量份，优选为0.8～1.2重量份。在本发明中，所述缓凝剂优选包括柠檬酸、硼酸和有机磷酸盐中的一种或多种。在本发明中，所述有机磷酸盐优选包括乙二胺四甲叉膦酸钠。在本发明中，所述缓凝剂通过吸附作用，使其本身吸附于水泥水化产物的表面，阻碍水与水泥的接触以及水化进一步发生，产生缓凝的效果。
本发明提供的堵漏水泥浆包括水20～40重量份，优选为25～35重量份。在本发明中，所述水优选为淡水。在本发明中，所述水使水泥水化反应充分进行，使各种水泥添加剂有效的溶于水泥浆体中，并发挥作用。
本发明对所述堵漏水泥浆的制备方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的组合物制备的技术方案，将上述技术方案所述G级水泥，纳米二氧化硅，液硅，硅粉，超细矿渣，分散剂，缓凝剂和水混合即可。
在本发明中，所述堵漏水泥浆的制备方法优选包括以下步骤：
将G级水泥，硅粉，缓凝剂和超细矿渣混合，得到混合粉末；
将纳米二氧化硅，液硅，分散剂和水混合，得到混合浆料；
将所述混合粉末与混合浆料混合，得到堵漏水泥浆。
本发明优选将纳米二氧化硅，液硅，分散剂和水混合，得到混合浆料。在本发明中，所述纳米二氧化硅优选以乳液形式加入。在本发明中，所述乳液的固含量优选为10～20％，更优选为14～16％。本发明对所述乳液的制备方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备分散液的技术方案即可。在本发明中，优选将纳米二氧化硅与水混合，经超声分散得到乳液。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的堵漏水泥浆进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1:
配方按重量份：G级水泥100份、纳米二氧化硅8.3份、液硅5份、硅粉25份、超细矿渣10份、甲醛丙酮缩合物1份、缓凝剂1份、淡水40份。
配制方法：将所需固体材料预先混合均匀待用，在将液体材料混合均匀之后，加入预先混合好的固体材料，并搅拌均匀得到堵漏水泥浆。
按照固井试验标准API10B-2-2005该堵漏水泥浆进行性能测试，其结果如表1所示。
实施例2:
配方按重量份：G级水泥100份、纳米二氧化硅5份、液硅20份、硅粉25份、超细矿渣10份、甲醛丙酮缩合物1份、缓凝剂1份、淡水30份。
配制方法：将所需固体材料预先混合均匀待用，在将液体材料混合均匀之后，加入预先混合好的固体材料，并搅拌均匀得到堵漏水泥浆。
按照固井试验标准API10B-2-2005该堵漏水泥浆进行性能测试，其结果如表1所示。
实施例3:
配方按重量份：G级水泥100份、纳米硅5份、液硅20份、硅粉25份、超细矿渣10份、甲醛丙酮缩合物1份、缓凝剂1份、淡水20份。
配制方法：将所需固体材料预先混合均匀待用，在将液体材料混合均匀之后，加入预先混合好的固体材料，并搅拌均匀得到堵漏水泥浆。
按照固井试验标准API10B-2-2005该堵漏水泥浆进行性能测试，其结果如表1所示。
实施例4:
配方按重量份：G级水泥100份、硅粉30份、超细矿渣10份、甲醛丙酮缩合物1份、柠檬酸1份、淡水25份。
配制方法：将所需固体材料预先混合均匀待用，在将液体材料混合均匀之后，加入预先混合好的固体材料，并搅拌均匀得到堵漏水泥浆。
按照固井试验标准API10B-2-2005该堵漏水泥浆进行性能测试，其结果如表1所示。
表1本发明实施例得到的堵漏水泥浆的固化性能
表1中的“110℃抗压强度”是在110℃，22MPa养护釜中养护48h冷却后测得的水泥石的强度。
由以上实施例可以看出，本发明提供的堵漏水泥浆粘度低、流动性好，固化时间短，固化后具有很高的强度，承压能力强。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种堵漏水泥浆，由以下组分组成：
所述纳米二氧化硅的直径不超过30nm；所述纳米二氧化硅的使用状态为纳米二氧化硅乳液；所述纳米二氧化硅乳液的固含量为10～20％。
2.根据权利要求1所述的堵漏水泥浆，其特征在于，由以下组分组成：
3.根据权利要求1或2所述的堵漏水泥浆，其特征在于，所述液硅中活性二氧化硅的平均粒径为0.3～0.8μm。
4.根据权利要求1或2所述的堵漏水泥浆，其特征在于，所述硅粉的粒度为100～300目。
5.根据权利要求1或2所述的堵漏水泥浆，其特征在于，所述超细矿渣的的比表面积不低于500m2/kg。
6.根据权利要求1或2所述的堵漏水泥浆，其特征在于，所述分散剂包括甲醛丙酮缩合物、萘系磺酸盐和脂肪酸类分散剂中的一种或多种。
7.根据权利要求1或2所述的堵漏水泥浆，其特征在于，所述缓凝剂包括柠檬酸、硼酸和有机磷酸盐中的一种或多种。
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