[发明专利]一种低密度水泥浆体系

说明书

技术领域

本发明涉及油田完井技术固井领域所用的一种水泥浆体系，属于低密度水泥浆体系。 

背景技术

近年来，油气资源在勘探开发过程中遇到的地层情况愈来愈复杂，低压易漏井、深井、超深井、长封固段、欠平衡钻井的固井作业也越来越多,为保证固井施工安全，防止污染，保护油气层，高强低密度水泥浆体系的应用越来越广泛。 

漂珠作为高强低密度水泥浆中主要的减轻材料，主要是通过粉煤灰漂浮分选法来收集。近几年来，随着对环境保护要求力度的增大，发电厂烟道排放设施的改进，目前漂珠的产量已经日趋减少，最终会停止对这种副产品的生产。而且由于漂珠的存在，使水泥浆在高压情况下不能保持其设计密度，随着压力的升高，漂珠逐渐破碎，水泥浆密度升高，水泥浆的流动性也随之变差，对于固井施工作业带来不安全因素。 

由此可见，为解决因漂珠原因造成的高强低密度水泥浆体系应用瓶颈问题，必须开展新型空心微珠的筛选优化研究，开发出新型空心玻璃微珠低密度水泥浆体系。 

硼硅酸盐空心玻璃微珠粒径为25微米，是一种中空的圆球粉末状超轻质无机非金属材料，是近年发展起来的一种用途广泛、性能优异的新型轻质材料，它是二十一世纪新型复合材料的主流。它具有重量轻、体积大、导热系数低、抗压强度高、流动性好等特点。 

硼硅酸盐空心玻璃微珠作为减轻材料，可显著降低水泥浆的密度。玻璃微珠的球形度好，粒度均匀，减少了需水量，提高了水泥浆固相含量，有利于实现体系的紧密堆积，且其承压能力强，耐压最大可达60MPa以上。玻璃微珠还能进一步充填水泥石孔隙，形成更加致密的水泥石，可提高低密度水泥浆的强度、稳定性等综合性能；同时由于充填颗粒的滚珠效应，即使在较低的水固比下，也能使水泥浆具有良好的流变性，可显著提高固井质量。 

发明内容

本发明的目的是提供一种低密度水泥浆体系，水泥浆密度范围1.20～1.60g/cm³。水泥浆稠化时间可调，抗压强度大于16MPa，沉降稳定性良好，具有不可压缩性，解决了漂珠低密度水泥浆带来的问题，进一步提高了低密度水泥浆在固井作业中的施工安全性。 

本发明所述的硼硅酸盐空心玻璃微珠低密度水泥浆体系，其组分及配比按重量份如下：油井水泥100份，水65～106份，硼硅酸盐空心玻璃微珠6～40份，硅烷偶联剂0.05～0.1份，超细水泥25～40份，微硅10～20份，降失水剂2～2.5份，硫酸钠0.5～1.5份；上述组成中，微硅（SiO₂含量大于94%）颗粒粒径0.1um～0.5um，超细水泥颗粒粒径2um～10um。 

该低密度水泥浆体系的有益结果是： 

1.该体系中的颗粒粒径2um～10um的超细水泥，水化能力强，水化速度快，使低密度水泥石的早期强度大幅提高。 

2.该体系中的颗粒粒径0.1um～0.5um的微硅，能填充水泥颗粒和空心玻璃微珠之间的空隙，增加了体系的悬浮稳定性和一定的抗高温性能。 

3.该体系中0.05～0.1份的硅烷偶联剂，改善了硼硅酸盐空心玻璃微珠的表面亲水性，在硼硅酸盐空心玻璃微珠和水泥颗粒之间形成共价键桥，有利于实现体系的紧密堆积，增加水泥浆体系的稳定性与致密性，进步一提高了水泥石的抗压强度。 

4.新型硼硅酸盐空心玻璃微珠抗压能力比较高，该体系具有不可压缩性，解决了漂珠低密度水泥浆高压下漂珠破碎或进水导致水泥浆密度升高的问题，进一步提高了低密度水泥浆在固井作业中的施工安全性。 

5.新型硼硅酸盐空心玻璃微珠低密度水泥浆体系，流动度大于22cm，具有良好的稳定性及失水量小等特点，能够替代常规漂珠来配制低密度水泥浆。 

具体实施方式

实施例1： 

称取100份重量的水泥，40份重量的硼硅酸盐空心玻璃微珠（25微米），40份重量超细水泥，20份重量的微硅，0.1份重量的硅烷偶联剂，2.0份重量的硫酸钠，106份重量的水，2.5份重量的降失水剂BCF-200S，再加入一定量缓凝剂BXR-200L，配制成1.20g/cm³的低密度水泥浆。（硅烷偶联剂、硫酸钠以及降失水剂BCF-200S等药品均为市售） 

表1 不同温度下的1.20g/cm³水泥浆综合性能 

实施例2：