[发明专利]一种抗强度衰退油井水泥外加剂及制备和应用方法

说明书

本发明提供了一种抗强度衰退的油井水泥外加剂及其制备和应用方法，主要包括珍珠岩10~35%wt、活性二氧化硅55~85%wt和微硅5~20%wt。当该油井水泥外加剂以水泥重量为100份，以10‑15份加入到固井水泥浆体系中，则可以解决固井水泥在高温条件下强度衰退的问题，有利于提高固井质量，延长油井寿命，特别是热采井、地热井、高温井等存在高温条件的油井，并且能在性质恶劣的固井环境中适用于不同的温度，具有广泛的应用价值。

技术领域

本发明涉及石油开采化工助剂领域中的一种防止水泥石在高温条件下强度衰退的抗强度衰退油井水泥外加剂及制备和应用方法。

背景技术

水泥环对油气井层间封隔的能力是固井质量和油田寿命的重要指标。然而常规水泥浆固井形成的水泥环在高温(API标准规定110℃以上为水泥石高温环境)下由于水泥浆中的“C-S-H”凝胶产生晶形转变，从而导致水泥抗压强度急剧衰退。而加砂水泥浆也只能承受110℃～250℃的高温。目前，稠油热采井多采用蒸汽吞吐和蒸汽驱开采方式。蒸汽温度一般高达300～350℃,甚至达到蒸汽临界温度375℃。在此温度下，水泥环强度衰退严重，造成稠油热采井口的跑、冒、滴、漏等问题，严重影响稠油热采井的后续开发，因此，如何提高水泥石环抗高温蒸汽吞吐后的强度有待深入研究。

在国外，有关水泥石高温性能的研究仅有几篇文献。其中，1934年，孟兹尔首次发现，在硅酸盐水泥中掺入含SiO2的物质，能够大大提高压蒸(水泥)试件的强度。1983年Smith等人通过加入二氧化硅的泡沫水泥或者微珠水泥来固注蒸汽井，并且采用多级注水泥的方式才能固好这些井。1985年Nelson和Silers等研究了几种加入不同外加料的水泥石在232℃和312℃下其抗压强度和渗透率的变化。研究结果表明，以膨润土作添加料的渗透率最高；以硅藻土作添加料的养护后虽然渗透率低但是强度等级太差。

发明内容

本发明的目的是为解决油井水泥在高温条件下强度衰退的问题，提供一种广泛适用于油井固井的抗强度衰退油井水泥外加剂及制备和其应用方法。

本发明的技术方案首先是一种抗强度衰退油井水泥外加剂，包含以下组分且其重量百分比为：

⑥珍珠岩 10～35％wt，

⑦活性二氧化硅 55～85％wt，

⑧微硅 5～20％wt。

前述组分进一步优化为：

⑨珍珠岩 15～30％wt，

⑩活性二氧化硅 60～80％wt，

微硅 5～15％wt。

其中所述的活性二氧化硅经过如下改性：首先用去离子水浸泡硅砂以除去其表面的杂质，然后在饱和氢氧化钙溶液中100～250℃浸泡约10～15h；过滤，烘干，清洗后，将表面富有氢氧化钙的硅砂在110℃真空恒温箱中烘干。

本发明的技术方案其次是一种抗强度衰退油井水泥外加剂的制备方法：将珍珠岩、活性二氧化硅和微硅投入混合机中，进行混拌均匀后即得产品。

本发明的技术方案其三是一种抗强度衰退油井水泥外加剂的应用方法：以水泥含量为100重量份计的固井用水泥浆中，添加所述的抗强度衰退油井水泥外加剂10～15重量份，即得水泥浆体系。

前述应用方法进一步优化为：还包括分散剂2～4重量份，降失水剂1～3重量份，缓凝剂0.5～1.5重量份。

所述分散剂为SWJZ-1型，所述降失水剂SWJ-4型，所述缓凝剂为SWH-1型。

以上所述固井水泥浆是现有技术中常用的一些固井用水泥浆体系。其中水泥为通常固井水泥，所述的分散剂、降失水剂、缓凝剂均为固井水泥浆体系的常用助剂，均可市售而得。