[发明专利]一种低温高强韧性水泥浆及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种低温高强韧性水泥浆及其制备方法和应用。以重量份计，该低温高强韧性水泥浆的原料组分包括：100份的水泥、2‑10份的早强剂、4‑20份的低温高活性材料、2‑10份的膨胀韧性材料、0.5‑2份的分散剂、0.5‑4份的降失水剂、0.2‑2份的缓凝剂、0.1‑1份的消泡剂和40‑60份的水。本发明提供的低温高强韧性水泥浆具有早强、高强度、低弹性模量和微膨胀特性，能够有效改善水泥石低温下强度发展慢、强度不高、脆性强、易收缩的固有缺陷，能很好的应用于致密油水平井、煤层气井等固井，缩短油气井开发周期，提高固井质量，延长油气井使用寿命，为油气井的长期、安全、有效运行提供技术支撑。

技术领域

本发明属于油田开采技术领域，涉及一种低温高强韧性水泥浆及其制备方法和应用。

背景技术

我国致密油资源丰富，在国内某些地区，致密油资源是实现年产油气当量5000万吨并长期稳产的石油接替资源。由于致密油埋藏浅，井底温度低，水泥水化速度慢，韧性材料的加入进一步降低了水泥石抗压强度。在低温条件下水泥石强度发展慢，早期强度低，长期强度不高，一方面延长了建井周期，增加了成本，降低了勘探开发经济效益；另一方面在大型体积压裂和地下岩层复杂作用力的影响下，水泥环容易出现微裂纹甚至破裂，导致油气井层间封隔失效，从而出现地层流体窜流、环空带压等现象，威胁油气井安全运行及油井寿命。

针对以上技术问题，现有技术公开了多种低温早强韧性水泥浆技术，如CN105567197A公开了一种低温早强增韧水泥浆，该水泥浆密度1.85g/cm³-1.90g/cm³，在低温(20℃-30℃)下5h开始形成强度，24h抗压强度达到20MPa以上，48h抗压强度达到27MPa以上，弹性模量10.57GPa，但是，该水泥浆体系并未考虑膨胀韧性材料颗粒间以及与水泥颗粒之间的紧密堆积，水泥石抗压强度不高，而且未考虑水泥石的膨胀性能。CN104371678A公开了一种膨胀韧性固井水泥浆，该水泥浆稳定性好，水泥石具有微膨胀、高强度、低弹性模量特征，但是，该水泥石48h抗压强度32.2MPa，水泥石低温强度仍有很大提高空间。

上述现有技术虽在低温早强、韧性膨胀等方面有了很大进步，但是在低温(30℃-60℃)条件下，现有技术要实现水泥石早强、高强、韧性、微膨胀的综合性能仍然欠缺，并且现有技术公开的水泥石抗压强度普遍偏低。因此，开发一种低温高强度(＞40MPa/48h)韧性微膨胀水泥浆具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有早强、高强度、低弹性模量和微膨胀特性的低温高强韧性水泥浆及其制备方法和应用，能够有效改善水泥石低温下强度发展慢、强度不高、脆性强、易收缩的固有缺陷，提高水泥石早强、高强、韧性和微膨胀的综合性能，为油气井、煤气井等长期、安全、有效运行提供技术支撑。

本发明的目的通过以下技术方案得以实现：

本发明提供一种低温高强韧性水泥浆，以重量份计，其原料组分包括：

上述低温高强韧性水泥浆中，优选地，所述水泥包括G级油井水泥。

上述低温高强韧性水泥浆中，所述早强剂指能够缩短水泥浆稠化时间，提高水泥浆早期强度的外加剂。

上述低温高强韧性水泥浆中，优选地，所述早强剂可以包括氯化钙、硫酸钙、硫酸铝、硫酸钠、硅酸钠和铝酸钠等中的一种或多种的组合。

上述低温高强韧性水泥浆中，优选地，所述早强剂为氯化钙、硫酸钠和硅酸钠以重量比为1:1:0.3的组合。一方面氯化钙、硫酸钠缩短稠化时间，提高水泥石早期强度，硅酸钠缩短稠化曲线过渡时间，有利于提高固井质量。

上述低温高强韧性水泥浆中，所述低温高活性材料指能够提高水泥浆低温强度，改善水泥石致密程度并提高水泥石长期强度的油井水泥外掺料。