本发明涉及油气井固井技术领域，特别涉及一种固井用防漏水泥浆。
背景技术：
固井是通过将套管下入到井内，并向地层和套管之间的环形空间内注入水泥浆，待水泥浆凝固后将井眼内的油水层封隔的过程，是油气井钻井工程的重要环节之一。固井过程中由于高密度的水泥浆进入套管与地层的环空、以及固井施工的高泵压带来的环空高摩阻，使环空浆柱压力与地层压力的压差大于钻井过程中井筒钻井液液柱压力与地层压力的压差，因此，在封固段的低压地层易产生由高压差引起的诱导性裂缝，从而发生井漏，导致水泥浆进入储层、污染油层，严重的会造成水泥低返、井眼报废等工程事故。从井漏产生的原因来看，提供一种固井用防漏水泥浆，以防止固井过程中水泥浆漏入地层是十分必要的。
目前常用的防漏水泥浆主要包括三种类型：一种是低密度型水泥浆，该类型水泥浆中添加有减轻材料，从而有效降低固井环空浆柱压力，实现防漏的目的；另一种是添加有一定长度的纤维的水泥浆，该类型水泥浆利用纤维形成网状结构，增大漏失阻力，实现防漏的目的；再一种是上述两种类型水泥浆的结合，即在低密度水泥浆中添加一定长度的纤维。
在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：
低密度型水泥浆稠化后形成的水泥石抗压强度低、界面胶结强度低，而添加纤维的水泥浆分散性差、易引起水泥结团、堵塞管线等问题。因此，现有的防漏水泥浆对于孔隙性地层及受压差作用导致的诱导性裂缝地层均不适用。
技术实现要素：
为了解决上述的技术问题，本发明实施例提供一种适用于孔隙性地层及受压差作用导致的诱导性裂缝地层的固井用防漏水泥浆。
具体而言，包括以下的技术方案：
本发明实施例提供了一种固井用防漏水泥浆，所述防漏水泥浆包括以下重量份数的组分：
水，36份～70份；
油井水泥，60份～90份；
架桥粒子，1份～2份；
石英砂，5份～10份；
微硅粉，2份～5份；
水泥外加剂，7份～15份；
所述油井水泥的粒径中值为10μm～30μm；
所述架桥粒子的粒径为目标地层平均孔吼直径或者平均裂缝宽度的1/2～2/3；
所述石英砂的粒径为180μm～425μm；
所述硅微粉的粒径为0.1μm～0.3μm。
可选的，所述防漏水泥浆还包括：空心玻璃微珠；所述空心玻璃微珠的粒径为30μm～60μm。
可选的，所述空心玻璃微珠的重量份数为10份以下。
可选的，所述水泥外加剂包括：降失水剂、分散剂、调凝剂、悬浮剂、以及消泡剂。
可选的，所述降失水剂的重量份数为2份～3份，所述分散剂的重量份数为0.2份～0.6份，所述调凝剂的重量份数为3份～5份，所述悬浮剂的重量份数为0.3份～0.5份，所述消泡剂的重量份数为2份～5份。
可选的，所述防漏水泥浆包括以下重量份数的组分：
水，360份；
油井水泥，600份；
粒径为500μm～660μm的架桥粒子，10份；
石英砂，50份；
微硅粉，20份；
降失水剂，20份；
分散剂，2份；
促凝剂，30份；
悬浮剂，3份；
消泡剂，20份。
可选的，所述防漏水泥浆包括以下重量份数的组分：
水，530g份；
油井水泥，750份；
粒径为1000μm～1300μm的架桥粒子，15份；
石英砂，75份，
空心玻璃微珠，50份；
微硅粉，35g份；
降失水剂，25份；
分散剂，3.7份；
促凝剂，40份；
悬浮剂，4份；
消泡剂，35份。
可选的，所述防漏水泥浆包括以下重量份数的组分：
水，700份；
油井水泥，900份；
粒径为1500μm～2000μm的架桥粒子，20份；
石英砂，100份；
空心玻璃微珠，100份；
微硅粉，50份；
降失水剂，30份；
分散剂，6份；
促凝剂，50份；
悬浮剂，5份；
消泡剂，50份。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果：
本发明实施例提供的防漏水泥浆中添加了不同粒径的颗粒材料，通过不同粒径的颗粒材料之间的合理级配，形成桥堵，能够有效封堵易漏失的孔隙性地层，以及由受压差作用导致的诱导性裂缝地层，同时承压能力高，能够有效预防固井过程中的井漏。并且，本发明实施例提供的防漏水泥浆稠化后能够形成紧密堆积体，稠化后的水泥石抗压强度高、界面胶结强度高，能够实现油水层的有效封隔。此外，本发明实施例提供的防漏水泥浆容易混拌均匀、稳定性好，稠化时间、流变性能可控，能够确保施工安全。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。
本发明实施例提供了一种固井用防漏水泥浆，该防漏水泥浆包括以下重量份数的组分：
水，36份～70份；
油井水泥，60份～90份；
架桥粒子，1份～2份；
石英砂，5份～10份；
微硅粉，2份～5份；
水泥外加剂，7份～15份；
其中，油井水泥是防漏水泥浆的主要成分，起到将套管与周围的岩层胶结封固的作用，本发明实施例中选择粒径中值为10μm～30μm的油井水泥；
架桥粒子为高强度、不水化、抗压、不变形的硬质刚性颗粒，架桥粒子的粒径为目标地层平均孔吼直径或者平均裂缝宽度的1/2～2/3，通过架桥粒子的架桥、支撑作用在孔隙或者裂缝处形成架桥堵塞；
石英砂为一种晶态物质，主要成分为二氧化硅，起填充空隙或者裂缝的作用，并能够提高水泥浆稠化后形成的水泥石的抗压强度和抗渗能力，本发明实施例中选择粒径为40目～80目(425μm～180μm)的石英砂；
微硅粉为一种灰状物质，其主要成分为二氧化硅，起紧密堆积、增加水泥石强度以及提高水泥浆浆体稳定性的作用，本发明实施例中选择粒径为0.1μm～0.3μm的微硅粉；
水泥外加剂则用于保证水泥浆的流变性、悬浮性、可泵性等性能。
基于以上所述，本发明实施例提供的防漏水泥浆中所含有的油井水泥、架桥粒子、石英砂、硅微粉均为颗粒材料，利用屏蔽暂堵原理，通过不同粒径的颗粒材料之间的合理级配，形成桥堵，从而有效封堵易漏失的孔隙性地层，以及由受压差作用导致的诱导性裂缝地层，同时承压能力高，能够有效预防固井过程中的井漏。
并且，利用紧密堆积原理，通过不同粒径的颗粒材料之间的合理级配，本发明实施例提供的防漏水泥浆稠化后能够形成紧密堆积体，稠化后的水泥石抗压强度高、界面胶结强度高，能够实现油水层的有效封隔。
此外，本发明实施例提供的防漏水泥浆容易混拌均匀、稳定性好，稠化时间、流变性能可控，能够确保施工安全。
本发明实施例提供的防漏水泥浆中，水的重量份数具体可以为36份、40份、45份、50份、55份、60份、65份、70份等；油井水泥的重量份数具体可以为60份、65份、70份、75份、80份、85份、90份等；架桥粒子的重量份数可以为1份、1.2份、1.4份、1.5份、1.6份、1.8份、2.0份等；石英砂的重量份数可以为5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份、8.5份、9份、9.5份、10份等；微硅粉的重量份数可以为2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份等。
本发明实施例中，对于架桥粒子的具体成分没有严格限定，只要粒径满足要求即可，举例来说，架桥粒子可以为碳酸钙颗粒、树脂类合成粒子等。
进一步地，本发明实施例提供的防漏水泥浆还可以包括：空心玻璃微珠。空心玻璃微珠为一种中空的圆球粉末状超轻无机非金属材料，其视密度(表观密度)通常在0.7g/cm3以下，作为减轻剂，起到降低水泥浆密度的作用，本发明实施例中选择粒径在30μm～60μm的空心玻璃微球。
本发明实施例中，空心玻璃微珠的重量份数可以根据水泥浆实际的密度需要选择，可以为10份以下，例如0.5份、1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份等。
本发明实施例中，水泥外加剂的具体组成可以根据实际需要进行选择，包括但不限于降失水剂、分散剂、调凝剂、悬浮剂、以及消泡剂等。
其中，降失水剂用于控制水泥浆失水；分散剂用于使各组分充分分散，水泥浆均匀；悬浮剂用于悬浮粒径较大的颗粒，使水泥浆具有较好的悬浮稳定性；调凝剂用于调节水泥浆稠化时间；消泡剂用于消除配制水泥浆时产生的气泡。
调凝剂又包括促凝剂、速凝剂、缓凝剂等。
在本发明实施例提供的防漏水泥浆中，降失水剂的重量份数可以为2份～3份，例如2.2份、2.4份、2.5份、2.6份、2.8份、3.0份等。
分散剂的重量份数可以为0.2份～0.6份，例如0.2份、0.25份、0.3份、0.35份、0.4份、0.45份、0.5份、0.55份、0.6份等。
调凝剂的重量份数可以为3份～5份，例如3份、3.5份、4份、4.5份、5份等。
悬浮剂的重量份数可以为0.3份～0.5份，例如0.3份、0.35份、0.4份、0.45份、0.5份等。
消泡剂的重量份数可以为2份～5份，例如2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份等。
本发明实施例中，对于降失水剂、分散剂、调凝剂、悬浮剂、以及消泡剂等水泥外加剂的具体种类没有特殊要求，本领域常用的水泥外加剂的种类、型号均可。
本发明实施例提供的防漏水泥浆中，各组分的含量可在上述限定的范围内任意取值，可通过调节水量、灰量以及空心玻璃微珠的用量来控制体系的密度。作为优选，可使最终得到的防漏水泥浆的水固比为0.51～0.60，密度为1.55g/cm3～1.90g/cm3，稠化时间60min～240min，24h抗压强度大于21mpa，沉降稳定性不大于0.020g/cm3，api失水小于100ml。
本发明实施例提供的防漏水泥浆可按照gb/t19139中第5章规定的方法进行制备。
综合以上所述，本发明实施例一种可选的实施方式中，防漏水泥浆包括以下重量份数的组分：
水，360份；
油井水泥，600份；
粒径为500μm～660μm的架桥粒子，10份；
石英砂，50份；
微硅粉，20份；
降失水剂，20份；
分散剂，2份；
促凝剂，30份；
悬浮剂，3份；
消泡剂，20份。
该防漏水泥浆可用于平均孔吼直径或者平均裂缝宽度为1毫米的地层。
本发明实施例另一种可选的实施方式中，防漏水泥浆包括以下重量份数的组分：
水，530g份；
油井水泥，750份；
粒径为1000μm～1300μm的架桥粒子，15份；
石英砂，75份，
空心玻璃微珠，50份；
微硅粉，35g份；
降失水剂，25份；
分散剂，3.7份；
促凝剂，40份；
悬浮剂，4份；
消泡剂，35份。
该防漏水泥浆可用于平均孔吼直径或者平均裂缝宽度为2毫米的地层。
本发明实施例又一种可选的实施方式中，防漏水泥浆包括以下重量份数的组分：
水，700份；
油井水泥，900份；
粒径为1500μm～2000μm的架桥粒子，20份；
石英砂，100份；
空心玻璃微珠，100份；
微硅粉，50份；
降失水剂，30份；
分散剂，6份；
促凝剂，50份；
悬浮剂，5份；
消泡剂，50份。
该防漏水泥浆可用于平均孔吼直径或者平均裂缝宽度为3毫米的地层。
下面通过具体实验数据对本发明实施例提供的防漏水泥浆做进一步地说明。
以下实施例1～实施例3中所用的材料的厂家和型号如下：
油井水泥，胜维g级，该油井水泥中90％粒子的粒径小于53μm，粒径中值20μm，购自山东临朐胜潍特种水泥有限公司。
架桥粒子，树脂类合成粒子，密度1.3～1.55g/cm3，购自格瑞迪斯石油技术有限公司。
石英砂，粒径为425μm～180μm(40目～80目)，购自天津渔阳超细矿粉加工有限公司，
空心玻璃微珠，视密度为0.7g/cm3，粒径为60μm～30μm，粒径中值为40μm,购自美国3m公司(美国明尼苏达矿物及制造公司)。
微硅粉，该微硅粉中粒径小于1μm的颗粒占80％以上，平均粒径在0.1μm～0.3μm，购自武汉纽瑞琪新材料有限公司。
降失水剂，型号g33s，购自卫辉市化工有限公司。
分散剂，型号usz，购自卫辉市化工有限公司。
促凝剂，型号g202，购自卫辉市化工有限公司。
悬浮剂，型号drk-3s，购自中国石油集团钻井工程研究院。
消泡剂，型号g603，购自天津中油渤星工程科技有限公司。
实施例1
本实施例提供一种适用于xx-01井的固井用防漏水泥浆。
xx-01井为裂缝性地层漏失，漏失层位平均裂缝缝宽为1.0mm，当环空压力为35.6mpa时发生漏失，固井注水泥施工时最大环空压力为37.2mpa。为了有效预防漏失，选用粒径为500μm～660μm的架桥粒子，形成水泥浆配方1，避免了固井施工过程中的漏失。
配方1：水360g，油井水泥600g，粒径500μm～660μm的架桥粒子10g，石英砂50g，微硅粉20g，降失水剂20g，分散剂2g，促凝剂30g，悬浮剂3g，消泡剂20g。
本实施例提供的防漏水泥浆严格按照gb/t19139中第5章规定的方法进行制备。
按照gb/t19139规定的方法对本实施例提供的防漏水泥浆的性能开展评价，结果为水泥浆的密度为1.89g/cm3，稠化时间为168min，api失水为48ml，流动度为21cm，24h抗压强度为32mpa，稠化后形成的水泥石的上下密度差0.015g/cm3。
使用中国专利zl200520119105.5中公开的水泥浆堵漏模拟试验装置对本实施例提供的防漏水泥浆的封堵性能进行测试，结果显示本实施例提供的防漏水泥浆可堵1mm缝隙，承压能力为3.5mpa。
实施例2
本实施例提供一种适用于xx-02井的固井用防漏水泥浆。
xx-02井为裂缝性地层漏失，漏失层位平均裂缝缝宽为2.0mm，当环空压力为31.5mpa时发生漏失，固井注水泥施工时最大环空压力为32.8mpa，为了有效预防漏失，选用粒径为1000μm～1300μm的架桥粒子，同时加入空心玻璃微珠降低水泥浆密度，形成水泥浆配方2，避免了固井施工过程中的漏失。
配方2：水530g，油井水泥750g，粒径为1000μm～1300μm架桥粒子15g，石英砂75g，空心玻璃微珠50g，微硅粉35g，降失水剂25g，分散剂3.7g，促凝剂40g，悬浮剂4g，消泡剂35g。
本实施例提供的防漏水泥浆严格按照gb/t19139中第5章规定的方法进行制备。
按照gb/t19139规定的方法对本实施例提供的防漏水泥浆的性能开展评价，结果为水泥浆的密度为1.65g/cm3，稠化时间为186min，api失水为54ml，流动度为23cm，24h抗压强度28mpa，水泥石的上下密度差0.017g/cm3。
使用中国专利zl200520119105.5中公开的水泥浆堵漏模拟试验装置对本实施例提供的防漏水泥浆的封堵性能进行测试，结果显示本实施例提供的防漏水泥浆可堵2mm缝隙，承压能力为2.8mpa。
实施例3
本实施例提供一种适用于xx-03井的固井用防漏水泥浆。
xx-03井为孔隙性地层漏失，漏失层位平均孔喉直径为3.0mm，当环空压力为26.5mpa时发生漏失，固井注水泥施工时最大环空压力为28.8mpa，为了有效预防漏失，选用1500μm～2000μm架桥粒子，同时加入空心玻璃微珠降低水泥浆密度，形成水泥浆配方3，避免了固井施工过程中的漏失。
配方3：水700g，油井水泥900g，粒径为1500μm～2000μm的架桥粒子20g，石英砂100g，空心玻璃微珠100g，微硅粉50g，降失水剂30g，分散剂6g，促凝剂50g，悬浮剂5g，消泡剂50g。
本实施例提供的防漏水泥浆严格按照gb/t19139中第5章规定的方法进行制备。
按照gb/t19139规定的方法对本实施例提供的防漏水泥浆的性能开展评价，结果为水泥浆的密度为1.55g/cm3，稠化时间为206min，api失水为63ml，流动度为24cm，24h抗压强度为24mpa，水泥石的上下密度差0.020g/cm3。
使用中国专利zl200520119105.5中公开的水泥浆堵漏模拟试验装置对本实施例提供的防漏水泥浆的封堵性能进行测试，结果显示本实施例提供的防漏水泥浆可堵3mm孔隙，承压能力为2.5mpa。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。