[发明专利]一种超高温高强度韧性水泥浆体系

说明书

本发明涉及一种超高温高强度韧性水泥浆体系，由以下各组分按照重量份组成：高抗硫酸盐型G级油井水泥100份，酸洗石英砂35‑45份，超高温强度防衰退材料10‑20份，超高温增韧材料2‑5份，分散剂0.5‑2份，超高温稳定剂2‑4份，降失水剂0.5‑4份，缓凝剂0.2‑2份，消泡剂0.1‑1份，清水40‑80份。所述酸洗石英砂是酸处理过的精制石英砂，所述超高温强度防衰退材料为硅灰石、蓝晶石、焦宝石、铝矾石中的两种或两种以上混合物，所述超高温增韧材料为埃洛石纳米管，所述分散剂为油井水泥用聚羧酸分散剂，所述超高温稳定剂为膨润土、硅酸镁铝和温伦胶的混合物。本发明在超高温条件下水泥石强度不衰退，韧性好，有效提高非常规油气井、高温深井的固井质量。

技术领域

本发明涉及石油天然气勘探开发领域一种超高温高强度韧性水泥浆体系，适用于井底循环温度(BHCT)210℃以上，井底静止温度(BHST)240℃以上的超高温深井固井作业。

背景技术

随着我国经济和社会快速发展，对油气资源需求量持续增长，为保障国家能源安全，降低油气对外依存度，必须加大勘探开发力度。深层超深层油气潜力巨大，是重要的接替资源。塔里木、准噶尔、四川、柴达木等盆地相继探明8000m以上深油气藏，随着油气勘探开发的深入，深井超深井数量逐渐增多，井筒温度越来越高，井底温度可达240℃以上，超高温固井水泥浆技术对保障深层超深层油气勘探开发具有重要意义。

超高温条件下水泥浆稳定性差和水泥石强度衰退是超高温固井水泥浆技术的瓶颈问题。针对超高温条件下水泥浆稳定性差问题，国内外主要采用设计稳定剂的聚合物链结构提高水泥浆稳定性，但是超高温条件下，聚合物类稳定剂可能失效。针对油井水泥在110℃以上温度条件强度衰退问题，国内外主要采用水泥石中加入石英砂提高水泥石的硅钙比，从而抑制水泥石高温强度衰退，研究表明加砂水泥石在110～200℃下可长期保持较好抗高温性。但是200℃以上超高温条件加砂水泥石强度依然会衰退。同时，水泥石脆性大，在超高温作用下容易破碎，韧性有待提高。

例如发明专利“一种固井水泥浆高温稳定剂及其制备工艺”(CN 107814877 A)采用乙烯基吡咯烷酮5-8％、丙烯酰胺1-2％、N,N-二甲基丙烯酰胺2-6％、丙烯酰吗啉10-20％形成的高温稳定剂，有效提高150℃水泥浆稳定性，但是对于提高200℃以上水泥浆稳定性没有很好的效果。发明专利“一种纳米材料混合改性超高温高性能固井水泥浆体系及其制备方法”(CN109679600A)采用粗细硅砂搭配，结合纳米二氧化硅和纳米碳酸钙可以改善高温水泥石力学性能，5天强度可达60MPa，弹性模量为8.5左右，在240℃以上高温下会发生长期强度衰退(28天以上)。发明专利“一种防止高温强度衰退的油井水泥浆体系及其制备方法”(CN110484223A)采用强度增强剂为石墨烯乳液，悬浮稳定剂为微米级定型二氧化硅和8-12％黄原胶，水泥浆180℃条件下施工性能良好，强度为35MPa，14天内不衰退，但该方法所用材料成本较高，且不适用于200℃以上超高温条件下固井施工。发明专利“一种用于超高温深井的固井水泥及其制备方法和应用”(CN 110563428 A)使用第一抗强度衰退剂为硅粉，第二抗强度衰退剂为三氧化二铝、氢氧化铝、氧化锌、氢氧化锌和氯化锶中的一种或多种，200℃～240℃水泥石强度30MPa不衰退，但该方法超高温强度不够高，且未进行韧性改造。

上述技术虽在高温水泥的力学改性等方面取得一定的效果，但是在超高温水泥浆稳定性、超高温水泥石强度衰退、增韧方面仍存在问题，不能满足超高温超深井复杂地层的固井作业。因此，开发一种高性能的超高温高强度韧性水泥浆体系对提升超高温油气井固井质量具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高温高强度韧性水泥浆体系，超高温条件下水泥石强度不衰退，韧性好，固井水泥浆综合性能良好，有效提高非常规油气井、高温深井的固井质量，适用于井底循环温度(BHCT)210℃以上，井底静止温度(BHST)240℃以上的超高温深井固井作业。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。