[发明专利]非漂珠低密度油井水泥

说明书

技术领域

本发明涉及一种低密度油井水泥。

背景技术

随着油气田开发难度的逐渐加大，固井作业中遭遇的特殊井、疑难井越来 越多，如低压易漏井、长封固段井等固井质量的提高，都是目前急待解决的问 题。开发一种兼有多种特性的低密度水泥来满足这样的复杂井固井要求是非常 必要的。

目前，针对低压易漏地层的固井，最常用的是漂珠低密度水泥浆体系，其 优点是具有较低的密度和较高的抗压强度，但漂珠为空心玻璃体，在一定的压 力下，水将通过漂珠上的细孔进入空心球内，这使得融有多种化学外加剂的液 体进入漂珠内，易使浆体密度升高，压漏地层，失去原有的效果，严重的使固 井失败。采用非漂珠粉煤灰低密度水泥保持设计密度，但目前国内粉煤灰低密 度水泥早期强度较低、浆体流动性不好、稳定性差、使用寿命短，无法满足低 压力地层油田固井对水泥性能的要求。

发明内容

本发明的目的为了解决现有非漂珠粉煤灰低密度水泥早期强度低、浆体流 动性不好、稳定性差及使用寿命短的问题。

本发明的非漂珠低密度油井水泥按重量份数比由100份油井水泥、12～20 份纳米硅灰石、120～180份粉煤灰，3～6份早强剂和4～8份水泥分散剂，其中 纳米硅灰石中SiO₂的质量含量≥96％。

本发明所述水泥的稳定性好、致密性好、早期强度高、使用寿命长、流变 性好，而且其稠化时间可控，满足了低压力地层油田固井对水泥性能的要求。

本发明使用纳米硅灰石作为填料，纳米二氧化硅粒径是水泥颗粒平均直径 的百分之一，在混入水后，纳米二氧化硅颗粒活性大，能吸附水分子，与水分 子之间形成氢键，使微细颗粒之间形成均匀致密的网架结构，水泥浆形成稳定 的悬浮体系，提高了水泥浆体的稳定性；形成水泥石后，由于不同粒径的颗粒 合理级配，纳米二氧化硅颗粒能填充水泥石结构内部的毛细孔通道和微裂缝， 弥补水泥石结构发育缺陷，使水泥石更加致密，降低水泥石的渗透率；另一方 面，纳米二氧化硅与水泥水化过程中产生的Ca(OH)₂反应生成纳米尺寸的水化 硅酸钙(C-S-H)凝胶，也填充到水化产物的空隙里，极大地提高了水泥密实性， 提高了水泥石的抗浸蚀能力，相应提高了低密度水泥的防腐性能，从而提高油 气井固井质量和使用寿命。

本发明的早强剂可激活粉煤灰的活性，提高低密度水泥的早期强度。

本发明使用水泥分散剂可降低水泥浆体系中的水泥颗粒表面的电荷层，释 放出自由水，增强低密度水泥浆体的流动性。

本发明的配方比例提高低密度水泥的综合性能；提高混配性，实现水泥的 均质性，发挥水泥最佳性能。

研制的低密度水泥通过加入早强剂及纳米材料(60～90nm)，主要利用外 掺料本身密度较低的特性和部分减轻材料具有活化作用、胶凝作用，来实现水 泥浆体系的低密度。并通过优化材料间配比，实现最佳颗粒级配及填充效果， 其形成的水泥石具有相对较高的抗压强度和较低的渗透率，较好的沉降稳定 性。另外该体系中主要外参料粉煤灰还具有耐腐蚀性和防气窜能力，并且有比 其他低密度体系更为低廉的成本，是一种理想的能满足复杂井固井要求的低密 度水泥。本发明所述的水泥配浆时，水用量占干灰总重的60％，所得水泥浆密 度为1.60±0.02g/cm³；该低密度水泥浆利用紧密堆积理论、颗粒级配原理，利 用低密度水泥浆外掺料的物理化学作用，提高了低密度水泥浆的沉降稳定性和 水泥石的抗压强度，具有浆体密度低及渗透率低的特点。同时，由于粉煤灰为 工业废品，因此这种非漂珠低密度水泥具有良好的社会效益和广阔的应用前 景。本发明所述的非漂珠低密度水泥能适应油田钻井完井过程中长封、易漏等 多种复杂井而开发的一类特殊油井水泥；其主要应用于：1)易漏失地层和低 压力梯度地层固井，防止水泥浆漏失和污染储层，保护油气层；2)封固气井 或地层中含有严重腐蚀性水或气的油井；3)超深井固井，即使采用分级注水 泥技术，也希望尽可能的降低水泥浆柱的静压力，以便在较低的泵压下获得较 好的固井质量；4)欠平衡钻井配套固井，其实质是要解决欠平衡钻井后的近 平衡固井问题。

具体实施方式