[发明专利]一种油气井水泥及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强高韧性油气井水泥及其重要组分油气井熟料的制备方法，涉及水泥制备技术领域，所述油气井水泥包括如下重量百分比的组分：油气井熟料90‑95％，天然二水石膏5‑10％。本发明提供的油气井水泥与常规油气井水泥相比：1、48h抗压强度提高8‑12％，可达25MPa；2、抗拉强度最高可提升90％，其制备的水泥环承压能力明显提升，在模拟工况条件下，套管内压力承压可提高15MPa，水泥环受损时，仍可有效保证套管与水泥环的胶结质量；3、有更高的柔韧性，杨氏弹性模量仅在5.0‑5.5Gpa；4、有更高的强度增长率，尤其是后期抗拉强度增长明显。

技术领域

本发明涉及油气田固井技术领域，主要涉及一种高强高韧性油气井水泥及其重要组分油气井熟料的制备方法。

背景技术

油气井水泥是一种无机胶凝材料，广泛应用于油气井开发的固井工程中，作为一种非均质多孔脆性复合材料，其在极端的服役条件下其力学性能，特别是韧性不能满足应用需求，从而导致水泥基体发生损坏。目前常见的油气井水泥的增韧性方法有：(1)填充颗粒法。其增韧机理为空隙填充、裂纹偏转、裂纹终止等。虽然颗粒增韧材料成本低，但活性低，时效性短，难与水泥石形成良好的胶结从而严重影响水泥石的强度。(2)纤维增韧法。其增韧机制为裂纹偏转、纤维断裂和纤维桥联等，纤维材料虽作为改善水泥石韧性最有效的方式之一，然其长径比比较大，悬浮稳定性差且成本高。(3)添加外加剂法。通过添加外加剂优化水泥石基体中钙矾石的生长，使钙矾石相的晶体长度更接近于晶须、纤维材料，虽然这种外加剂可以诱使钙矾石生产成为类晶须纤维的结构，但钙矾石晶体本身的强度不高，并不能有效的阻止裂纹的扩展，复杂工况下对水泥的韧性的提高有限。目前油田固井领域比如：页岩气工程固井、油气藏储气库、高含硫化氢油气田固井等工程，对油气井水泥的柔韧性、抗硫酸盐腐蚀性、耐久性等有较高要求的固井工程数量越来越多，开发一种性价比高、生产制备工艺简单、可操作性强的高强高韧性油气井水泥迫在眉睫，其市场前景向好。

发明内容

鉴于此，本发明揭示了一种高强高韧性油气井水泥，所述油气井水泥包括如下重量百分比的组分：油气井熟料90-95％，天然二水石膏5-10％，其中，所述油气井熟料由如下重量百分比的组分制备所得：石灰石80-85％，硅石5-8％，炉渣3-5％，冶炼废渣5-8％，其中，所述冶炼废渣的铁质校正原料化学成分满足要求：碱含量≤1.0％，Fe₂O₃≥45％。

本发明还提供了油气井水泥熟料的制备方法，所述方法包括步骤：

S100、称取油气井水泥生料，所述生料包括如下重量百分比的组分：石灰石80-85％，硅石5-8％，炉渣3-5％，冶炼废渣5-8％，所述生料配料用冶炼废渣代替原铁矿石，其中，碱含量≤1.0％，Fe₂O₃≥45％；

S200、将所述油气井水泥生料煅烧制得所述油气井水泥熟料，其中，所述煅烧在回转窑中进行。

与现有技术相比，本发明所制备的高强高韧性油气井水泥的优势在于：

本发明所制备的高强高韧性油气井水泥的力学性能满足技术指标要求：

(1)常压/30℃/48小时抗压强度≥23.0MPa，28天抗压强度衰减率为0；

(2)28天抗拉强度≥3.0MPa；

(3)三轴力学围压15MPa的测试环境下，水泥石杨氏弹性模量≤5.50Gpa；

(4)7天抗折强度≥10MPa。

以下将对此种高强高韧性油气井水泥制备的工艺过程进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

具体实施方式