抗高温油井水泥外加剂及制备和应用方法
【专利摘要】本发明提供了一种抗高温油井水泥外加剂及其制备和应用方法，所述油井水泥外加剂由10~35%wt珍珠岩、55~85%wt活性二氧化硅和5~20%wt微硅组成。当该油井水泥外加剂以水泥重量为100份，以10-15份加入到固井水泥浆体系中，则可以解决固井水泥在高温条件下强度衰退的问题，有利于提高固井质量，延长油井寿命,特别是热采井、地热井等采用蒸汽吞吐开发方式的油井，并且能在性质恶劣的固井环境中适用于不同的温度，应用广泛的应用价值。
【专利说明】抗高温油井水泥外加剂及制备和应用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种防止水泥石在高温条件下强度衰退的油井水泥浆外加剂，以及该外加剂的制备和应用方法。
【背景技术】
[0002]水泥环对油气井层间封隔的能力是固井质量和油田寿命的重要指标。然而常规水泥浆固井形成的水泥环在高温(API标准规定110°C以上为水泥石高温环境)下由于水泥浆中的“C-S-H”凝胶产生晶形转变，从而导致水泥抗压强度急剧衰退。而加砂水泥浆也只能承受110°C~250°C的高温。目前，稠油热采井多采用蒸汽吞吐和蒸汽驱开采方式。蒸汽温度一般高达300~350°C，甚至达到蒸汽临界温度375°C。在此温度下，水泥环强度衰退严重，造成稠油热采井口的跑、冒、滴、漏等问题，严重影响稠油热采井的后续开发，因此，如何提高水泥石环抗高温蒸汽吞吐后的强度有待深入研究。
[0003]在国外，有关水泥石高温性能的研究仅有几篇文献。其中，1934年，孟兹尔首次发现，在硅酸盐水泥中掺入含SiO2的物质，能够大大提高压蒸(水泥)试件的强度。1983年 Smith等人通过加入二氧化硅的泡沫水泥或者微珠水泥来固注蒸汽井，并且采用多级注水泥的方式才能固好这些井。1985年Nelson和Silers等研究了几种加入不同外加料的水泥石在232°C和312°C下其抗压强度和渗透率的变化。研究结果表明，以膨润土作添加料的渗透率最高；以硅藻土作添加料的养护后虽然渗透率低但是强度等级太差。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供的一种广泛适用于油井固井得抗高温油井水泥外加剂，以解决油井水泥在高温条件下强度衰退的问题。
[0005]本发明的技术方案如下:
抗高温油井水泥外加剂，含有以下重量百分比组分:①珍珠岩l(T35%wt，②活性二氧化硅55~85%wt，③微硅5~20%wt。
[0006]抗高温油井水泥外加剂的优选方案是各组分的重量百分比:①珍珠岩15~30%wt， ②活性二氧化硅60~80%wt，③微硅5~15%wt。
[0007]本发明的技术方案还包括前述油井水泥外加剂的制备方法:将珍珠岩、活性二氧化硅和微硅按照所述含量放入混合机中进行混合，混合均匀后制得所述抗高温油井水泥外加剂。
[0008]依照前述油井水泥外加剂的应用方法是:以油井用水泥浆中水泥含量为100重量份数计，将1(T15份所述的油井水泥外加剂加入油井水泥浆，混合均匀。
[0009]依照前述油井水泥外加剂的制备方法制备的油井水泥外加剂的应用方法是:以固井用水泥浆中水泥含量为100重量份数计，将12~14份所述的油井水泥外加剂加入固井水泥浆，混合均匀。
[0010]以上所述固井水泥浆是现有技术中常用的一些固井用水泥浆体系。通常还包含以下组分:水泥100重量份数；分散剂2~4份；降失水剂f 3份；缓凝剂0.5^1.5份。其中水泥为通常固井水泥，所述的分散剂、降失水剂、缓凝剂均为固井水泥浆体系的常用助剂，均可市售而得。
[0011]将本发明所述的抗高温油井水泥外加剂加入固井水泥浆体系后能够解决水泥环在高温下的强度衰退问题，可以提高水泥环的抗压强度，特别是高温后的抗压强度，延长水泥环的封隔时效，适用于稠油热采井。
【具体实施方式】
[0012]下面结合实施例，对本发明做进一步说明。
[0013]原料说明:试验所用的珍珠岩、活性二氧化硅、微硅等材料均通过市售而得；分散剂(SWJZ-1 )、降失水剂(SWJ-4)、缓凝剂(SffH-1)等材料购于山东沃尔德油田技术有限公
司。
[0014]为了说明问题，一般要把加入抗高温油井水泥外加剂的固井水泥试样和在相同条件下未加入抗高温油井水泥外加剂的固井水泥试样进行比较。整个试验按API标准10进行，
抗高温油井水泥外加剂的制备方法实施例实施例1:
取30%wt珍珠岩，加入活性二氧化硅60%wt，微硅10%wt，投入双螺旋混合机中，进行混拌，反复混拌2小时，待均匀后即得产品，该产品为灰白色粉末1#产品。
[0015]实施例2:
取25%wt珍珠岩,加入活性二氧化娃60%wt,微娃15%wt,投入双螺旋混合机中，进行混拌，反复混拌2小时，待均匀后即得产品，该产品为灰白色粉末2#产品。
[0016]实施例3:
取20%wt珍珠岩，加入活性二氧化硅70%wt，微硅10%wt，投入双螺旋混合机中，进行混拌，反复混拌2小时，待均匀后即得产品，该产品为灰白色粉末3#产品。
[0017]实施例4:
取15%wt珍珠岩，加入活性二氧化硅80%wt，微硅5%wt，投入双螺旋混合机中，进行混拌，反复混拌2小时，待均匀后即得产品，该产品为灰白色粉末4#产品。
[0018]抗高温油井水泥外加剂应用例比较例1:1号固井水泥浆体系:胜潍G水泥(山东临朐胜维特种水泥有限公司)100重量份数，分散剂(SWjz-1) 0.6重量份数，降失水剂(SWJ-4) 1.0重量份数，缓凝剂(SWH-1) 0.1重量份数，液固比为0.46。将I号体系进行高温前后抗压强度测试，所涉及水泥试块为比较样品
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[0019]实施例5:
在上述I号固井水泥浆体系的基础上加入实施例1所制的抗高温油井水泥外加剂1# 产品，混合均匀得到2号固井水泥浆体系。其中1#产品的用量以固井水泥浆中水泥重量为 100份计为13.6份。
[0020]实施例6:在I号固井水泥浆体系的基础上加入实施例2所制的抗高温油井水泥外加剂2#产品， 混合均匀得到3号固井水泥浆体系。其中2#产品的用量以固井水泥浆中水泥重量为100 份计为13.6份。
[0021]实施例7:
在I号固井水泥浆体系的基础上加入实施例3所制的抗高温油井水泥外加剂3#产品， 混合均匀得到4号固井水泥浆体系。其中3#产品的用量以固井水泥浆中水泥重量为100 份计为13.6份。
[0022]实施例8:
在I号固井水泥浆体系的基础上加入实施例4所制的抗高温油井水泥外加剂4#产品， 混合均匀得到5号固井水泥浆体系。其中4#产品 的用量以固井水泥浆中水泥重量为100 份计为13.6份。
[0023]抗高温能力评价
水泥石抗高温的能力主要通过水泥石高温养护后的抗压强度值判断。本发明所述的抗高温油井水泥外加剂的抗高温能力评价方法包含以下步骤:
(1)按照API标准10制作水泥浆，在50°C下常压稠化20min，搅拌下倒入强度养护模；
(2)在50°C下养护72h后测定抗压强度，为初始抗压强度；
(3)把50°C下72h养护的水泥石放入高温高压养护釜，在指定的温度下(如200°C、 28(TC、32(TC、35(rC)养护 72h ；
(4)养护结束后再进行水泥试块抗压强度测试，与初始抗压强度相比下降幅度越小抗高温能力越好。
[0024]下面结合表1对添加抗高温油井水泥外加剂的水泥浆的抗高温能力评测结果进行说明。
[0025]表1为按照比较例I与实施例5~8制备的油井水泥浆体系在不同温度下养护后的水泥石抗压强度测试结果。可以看出未加抗高温油井水泥外加剂的固井水泥石经高温养护后抗压强度急剧下降，200°C以后抗压强度小于5Mpa，难以满足现场施工需要。而添加抗高温油井水泥外加剂的水泥浆体系抗高温能力均得到提高。
[0026]表1
【权利要求】
1.一种抗高温油井水泥外加剂，其特征在于所述的抗高温油井水泥外加剂由以下重量百分比的组分组成:1)珍珠岩10~35%wt2)活性二氧化硅55~85%wt3)微硅5~20%wt。
2.根据权利要求1所述的抗高温油井水泥外加剂，其特征在于所述组分的重量百分比优选为:1)珍珠岩15~30%wt2)活性二氧化硅6(T80%wt3)微硅5~15%wt。
3.根据权利要求1或2所述的抗高温油井水泥外加剂的制备方法，其特征在于:将珍珠岩、活性二氧化硅和微硅按照所述含量组分放入混合机中进行混合均匀。
4.根据权利要求1或2所述的抗高温油井水泥外加剂的应用方法，其特征在于:以固井用水泥浆中水泥含量为100重量份数计，将1(T15份所述的油井水泥外加剂加入固井水泥浆，混合均匀。
5.根据权利要求4所述的抗·高温油井水泥外加剂的应用方法，其特征在于:所述的油井水泥外加剂的重量份优选为12~14份。
【文档编号】C09K8/467GK103571444SQ201210252898
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月20日 优先权日:2012年7月20日
【发明者】彭志刚, 王绍先, 陈大钧, 王毅, 齐志刚, 曹会莲, 冯茜, 苗勇, 高辉, 曹成章, 邵茹 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院