[发明专利]一种增密剂及基于该增密剂的超高密度水泥浆

说明书

技术领域

    本发明属于试油工程技术领域，具体涉及一种石油勘探开发中超高密度水泥浆体系的制备方法。

背景技术

随着深井和超深井复杂地层钻井进尺的日益增加，普通高密度水泥浆已经不能满足深井、超深井及超高压固井作业的需要，研究超高密度水泥浆体系势在必行。因此，提出超高密度水泥浆体系的研究，不仅是为了满足生产的迫切需要，同时也有着非常重要的现实意义。

国内油田基本形成了2.40g/cm³以普通下高密度水泥浆技术，但高于2.50g/cm³密度的超高密度水泥浆技术受材料和基础理论的限制，并没有很好的发展。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种增密剂及基于该增密剂的超高密度水泥浆，解决现有的水泥浆密度不够高的问题。

本发明采用如下技术方案：

一种增密剂，其重量组成为：铁矿粉80-90份，锰矿粉5-10份，G级超细水泥5-10份，微硅5-10份。

铁矿粉：活性组份（以 Fe₂O₃计） % ≥80，锰矿粉：Mn₃O₄含量>60%，微硅：SiO₂含量>90%。

一种超高密度水泥浆，它由基础方和添加剂组成：所述基础方的重量组成为水泥100份、钛铁矿180份、增密剂20份，水灰比0.27；以基础方总重量的百分比计，添加剂的重量百分比组成为：降失水剂0.6%、减阻剂0.2%、缓凝剂 0.05%，所述增密剂的重量组成为：铁矿粉80-90份，锰矿粉5-10份，G级超细水泥5-10份，微硅粉5-10份。

一种超高密度水泥浆，它由基础方和添加剂组成：所述基础方的重量组成为水泥75份、石英砂25、钛铁矿170份、增密剂30份，水灰比0.26；以基础方总重量的百分比计，添加剂的重量百分比组成为：高温降失水剂0.8%、减阻剂0.4%、缓凝剂 0.1%，所述增密剂的重量组成为：铁矿粉80-90份，锰矿粉5-10份，G级超细水泥5-10份，微硅粉5-10份。

一种超高密度水泥浆，它由基础方和添加剂组成：所述基础方的重量组成为水泥100份、增密剂125份，水灰比0.2；以基础方总重量的百分比计，添加剂的重量百分比组成为：降失水剂0.5%、减阻剂0.7%、缓凝剂 0.05%，所述增密剂的重量组成为：铁矿粉80-90份，锰矿粉5-10份，G级超细水泥5-10份，微硅粉5-10份。

一种超高密度水泥浆，它由基础方和添加剂组成：所述基础方的重量组成为水泥75份、石英砂25份、增密剂215份，水灰比0.2；以基础方总重量的百分比计，添加剂的重量百分比组成为：高温降失水剂0.8%、减阻剂0.8%、缓凝剂 0.15%，所述增密剂的重量组成为：铁矿粉80-90份，锰矿粉5-10份，G级超细水泥5-10份，微硅粉5-10份。

所述降失水剂的组成为：聚乙烯醇500—600份、无水石膏350-450份，硼砂15-25份、微硅50-150份混合均匀。

高温降失水剂为天津中油渤星公司公司的SD130型高温降失水剂。

所述减阻剂为四川乐山嘉华化工有限责任公司的SD35型减阻剂。

所述缓凝剂为四川乐山嘉华化工有限责任公司的SD21型缓凝剂。

本发明的有益效果是：

（1）本发明通过引入一种新型加重材料增密剂来提高水泥浆密度来解决这一系列问题，其作用机理如下：以粒级级配和紧密堆积原理为理论依据，相同颗粒粒径的材料混和在一起,在颗粒与颗粒之间就会存在一定的空隙。为了减小颗粒之间的空隙,可使用更细的材料充填于其中,从而提高其掺混后的空隙填充率,细颗粒与粗颗粒材料之间的比例不同,其掺混后的填充率也不相同。衡量不同颗粒尺寸的材料掺混后填充率的大小,可用堆积体积百分比( PVF)表示,即:将干粉混合物充满一个容器中,用容器中材料的实际体积除以容器的容积就得到PVF。PVF就是堆积密度与掺混材料真实密度的比值。由此可得,球形颗粒之间任意堆积的PVF是0.64,六角体颗粒堆积的PVF达到0.74。颗粒级配技术就是用不同颗粒粒径的材料进行粒度级配,使其掺混后达到最好的空隙填充率,同时使其PVF值尽量接近于1。研究表明:在掺混材料中,将细颗粒与粗颗粒材料的频度分布曲线调整成由两个以上的高峰所组成的曲线,每一个高峰的宽度越窄,则掺混后的密实度就越大, PVF 值也越大,即: 越接近1。