[发明专利]一种固井用吸水性减轻材料及其应用

说明书

一种固井用吸水性减轻材料，由不同粒径粉煤灰与不同粒径火山灰、无机凝胶、纳米二氧化硅、海泡石粉混合而成，混合物按照以下粒径级配构成：10‑100nm粒径范围的占1％‑2％，1‑10μm的占10％‑20％，10‑50μm的占40％‑60％，50‑150μm的占10‑30％，其中，粉煤灰20‑30％，火山灰30‑40％，无机凝胶2‑5％，纳米二氧化硅1‑4％，海泡石粉25‑35％；利用本发明吸水性减轻材料配制的水泥浆，能形成更加致密的水泥石，可显著提高低密度水泥浆的强度，而且还具有一定的悬浮稳定性，同时提高水泥浆的沉降稳定性。

技术领域

本发明属于石油钻井工程固井技术领域，具体涉及一种固井用吸水性减轻材料及其应用。

背景技术

随着勘探领域不断向复杂、深部油气藏拓展，固井遭遇的特殊井、疑难井越来越多，其中，低压易漏是比较突出的问题，针对低压易漏地层的固井，能否开发出一种兼有多种特性的低密度水泥浆体系来适合复杂井的固井要求是非常必要的。目前，低密度水泥浆多采用添加低密度材料和增加水灰比来降低水泥浆密度。最常用的低密度材料有粉煤灰、膨润土、硅藻土、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、沥青、矿渣、塑料粉、核桃壳粉、空心微珠、实心微珠、3M微珠等。采用这类减轻剂的优点是，水泥浆密度可降至1.40～1.60g/cm³，用漂珠、微珠可降至0.95～1.45g/cm³，缺点是配成的水泥浆流动性较差，稠化时间波动大，个别减轻剂(例如空心微珠)价格较高、漂珠不适合高压等。

粉煤灰是燃煤火力发电厂煤粉燃烧熔融后排出的粉末状晶体废物，年排放粉煤灰量上亿吨，多年来未被利用的粉煤灰量累计近6亿吨。粉煤灰是具有火山灰特性的微细灰，主要化学成分为SiO₂和Al₂O₃，次要成分为CaO和Fe₂O₃以及少量的MgO等，其粒径范围为0.5～300μm，密度在2.0～2.5g/cm³之间。由于粉煤灰的多孔结构、球形粒径的特性，在松散状态下具有良好的渗透性，其渗透系数比粘性土的渗透系数大数百倍。

早在20世纪40年代，美国开始用粉煤灰作油井水泥的减轻剂，至1965年在固井工程中已有年用粉煤灰13万吨的记录。其时，水泥浆体采用绝对体积比，粉煤灰与水泥之比一般为1：1，如改为质量比，则为37：47。20世纪80年代末，大港油田将粉煤灰添加进G级水泥中，使浆体密度降至1.50～1.60g/cm³。还有很多科研单位对粉煤灰低密度水泥浆体系进行研究和现场应用，虽然粉煤灰价格低，具有较好的抗渗透性、抗硫酸盐腐蚀以及良好的经济效益和环保效益等特点，但是仍存在与其它减轻剂类似的问题，如强度发展慢、密度下限受到限制、体系不稳定等不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种固井用吸水性减轻材料，将其在水泥浆中应用时，配制的水泥浆能形成更加致密的水泥石，可显著提高低密度水泥浆的强度，而且还具有一定的悬浮稳定性，同时提高水泥浆的沉降稳定性。

本发明采取的技术方案是：

一种固井用吸水性减轻材料(GLA-I)，由不同粒径粉煤灰与不同粒径火山灰、无机凝胶、纳米二氧化硅、海泡石粉混合而成，混合物按照以下粒径级配构成：10-100nm粒径范围的占1％-2％，1-10μm的占10％-20％，10-50μm的占40％-60％，50-150μm的占10-30％。

进一步的，各组成原料所占比例分别为：粉煤灰20-30％，火山灰30-40％，无机凝胶2-5％，纳米二氧化硅1-4％，海泡石粉25-35％。

基于吸水性减轻材料配制的水泥浆，包括G级油井水泥以及分别占水泥质量百分比50-150％的吸水性减轻材料GLA-I、2-10％的早强剂GWA-1S或激活剂、100-250％的水。

进一步的，所述早强剂由无机盐、有机盐、醇胺类材料构成。