[发明专利]一种固井水泥浆及其制备方法

说明书

本发明提供了一种水泥浆。包括以下重量份计的原料：水泥100份、增强材料5～50份、热量调节剂5～50份、稳定剂10～80份、水5～150份、密度调节剂30～150份、调凝剂0.1～5份、分散剂0.1～10份、降失水剂0.1～10份、消泡剂0.1～10份。本发明还提供了一种上述固井水泥浆的制备方法。该水泥浆体系廉价易得，易于与常用添加剂调配，可充分利用现有固井设备；高温下水泥环强度衰减较小，提高了其耐高温强度。同时，水泥环具有较好的导热性能，能将高温热量传导至地层，避免了井身承受高温的影响，提高了钻孔的稳定性；还具有较好的膨胀性能和热应力补偿性能，保证水泥与套管、水泥与地层之间胶结良好，提高了固井质量。

技术领域

本发明涉及煤炭及煤层气开采技术领域，具体而言，涉及一种固井水泥浆及其制备方法。

背景技术

煤炭地下气化过程是钻孔送入的气化剂与煤层发生燃烧、气化反应，产生高温煤气的过程，钻孔主要承担进、出气任务，一般包括进气孔和出气孔，是地下气化炉气化剂的入口和煤气的出口，也是连接地面和地下的通道。一般钻孔的成孔过程包括钻井和固井，其中钻井过程是从地面向煤层钻进，形成井眼连通各地层，一旦钻井过程结束需要向井眼内下入套管，并进行固井；固井过程是从地面经过套管内壁注入水泥浆，使水泥浆沿井眼与套管外壁之间的环空流动，从井眼底部向上返流至地面，形成水泥环从而封隔各地层并支撑套管柱。钻孔成孔后，一般要求具有良好的密闭性，能够承受一定的压力，避免使用过程中气体泄漏和地下水涌入。对于地下气化钻孔，由于钻孔底部位于煤层中，在煤层燃烧过程中将直接接受高温作用，温度一般在600～1100℃之间；而对于出气钻孔，煤气在从孔底流向地面过程中，全井身将接受高温煤气作用，煤气温度一般在100～400℃，因而对地下气化钻孔还要求具有良好的热稳定性，能够耐受高温的作用而不发生结构破坏并保持密闭性。

国内煤炭地下气化项目，在钻孔施工过程中，通常做法是采用高铝耐火水泥、G级油井水泥固井。钻孔施工结束后，实际运行过程中普遍存在以下问题：一是出气孔套管井口失控上窜，套管上窜的高度从几公分到几十公分不等，严重时井口水泥环缝隙出现泄漏蒸汽；二是钻孔受地应力不均衡影响，围岩对套管产生非均衡挤压，套管被剪切变形，甚至错断，出现泄漏；三是钻孔底部经受高温后，水泥环热开裂、破碎或脱落，地下水从套管缝隙泄漏涌入。上述问题的出现，实际上主要反映了钻孔的耐温性能较差，主要原因在于固井水泥配方不合理，水泥浆受热后强度衰减较快，如普通G级油井水泥，难以耐受400℃高温；高铝水泥耐高温，但配伍性较差，与普通水泥接触易速凝，因而钻孔施工过程中需要对固井水泥做进一步改进。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种固井水泥浆，旨在解决现有固井水泥浆难以耐受高温的问题。本发明还提出了一种固井水泥浆的制备方法。

一个方面，本发明提出了一种固井水泥浆，包括以下重量份计的原料：水泥100份、增强材料5～50份、热量调节剂5～50份、稳定剂10～80份、水5～150份、密度调节剂30～150份、调凝剂0.1～5份、分散剂0.1～10份、降失水剂0.1～10份、消泡剂0.1～10份。

进一步地，上述固井水泥浆中，所述水泥选自硅酸盐水泥、高铝水泥、磷酸盐水泥、火山灰水泥、硅灰水泥和飞灰水泥中的至少一种。

进一步地，上述固井水泥浆中，所述增强材料选自硅酸铝类矿物。

进一步地，上述固井水泥浆中，所述热量调节剂选自碳粉、石墨粉和石墨烯中的至少一种。

进一步地，上述固井水泥浆中，所述稳定剂选自微硅粉、硅粉或结晶二氧化硅中的任意一种。

进一步地，上述固井水泥浆中，所述水选自新鲜水、盐水和地下咸卤水中的至少一种。

进一步地，上述固井水泥浆中，所述密度调节剂选自漂珠、微硅粉、粉煤灰、硅藻土、蛭石、重晶石、铁矿粉、磁铁矿粉或钛铁矿中的任意一种。