[发明专利]一种用于固井作业的水泥组合物、水泥浆体系及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于固井作业的水泥组合物、水泥浆体系及其制备方法，属于石油钻井技术固井领域。本发明的水泥组合物，主要由以下重量份数的组分组成：油井水泥100份、减轻增强剂85～90份、改性二氧化硅纳米材料5～9份、纤维2～3份；改性二氧化硅纳米材料的平均粒径为20～70nm。本发明的水泥组合物，利用纳米材料尺寸小、比表面积大及反应活性高的优点，保持低密度水泥浆在较大水灰比下良好的稳定性；利用各组分间的颗粒级配和紧密堆积原理，使小颗粒填充在大颗粒空隙间形成悬浮结构，提高低密度水泥石的抗压强度，降低了水泥石的渗透率；利用纤维能够进入漏失性地层，搭桥成网，增加流动阻力，达到堵漏目的，满足固井施工要求。

技术领域

本发明涉及一种用于固井作业的水泥组合物、水泥浆体系及其制备方法，属于石油钻井技术固井领域。

背景技术

随着钻井新技术研究应用，各大油田逐渐向复杂油气藏勘探开发。河南油田春光油田及渭北油田绿色开发，为保护地表水，要求水泥浆返至地面。春光油田稀油井区油气层埋藏深，地层胶结疏松，承压能力低，封固井段长，固井水泥浆漏失严重，部分井水泥浆全部漏失，井筒环空无水泥；渭北油田深层系油藏埋藏深，封固井段长，地层裂缝发育，固井水泥浆漏失严重，制约油气藏开发。目前，油田常用的低密度水泥浆，减轻材料一般选用漂珠，漂珠与水泥密度差较大，水泥浆密度小于1.50g/cm³，随着水泥浆密度逐渐降低，漂珠加量逐渐增大，漂珠低密度水泥浆体系稳定性变差，水泥浆分层严重；同时，漂珠低密度水泥浆低温下水泥石强度发展慢、水泥石抗压强度低等问题，难以满足固井施工需求，固井质量无法保证。如现有技术中，授权公告号为CN102585790B的中国发明专利公开了一种适合于长封固段固井作业的水泥浆体系，该水泥浆体系中各组分以及重量比例如下：水泥100份、微细胶凝材料27～33份、漂珠40～85份、微硅24～29份、降失水剂2～4份、分散剂1～2份、缓凝剂9～16份、水99～137份；所述的水泥为嘉华G级水泥，粒径范围为20～60μm。该水泥浆体系现场施工方便、成本低，能够满足中高温长封固段条件下固井，但是低温条件下水泥石强度发展慢、水泥石早期抗压强度低。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于固井作业的水泥组合物，可解决现有技术中用于固井作业的油井低密度水泥浆低温条件下水泥石强度发展慢，水泥石早期强度低的问题。

本发明还提供了一种采用上述水泥组合物的水泥浆体系及其制备方法。

为了实现以上目的，本发明的用于固井作业的水泥组合物所采用的技术方案是：

一种用于固井作业的水泥组合物，主要以下重量份数的组分组成：油井水泥100份、减轻增强剂85～90份、表面活性剂改性二氧化硅纳米材料5～9份、纤维2～3份；所述减轻增强剂为微硅粉和超细水泥的混合物；所述表面活性剂改性二氧化硅纳米材料的平均粒径为20～70nm。

本发明的用于固井作业的水泥组合物，利用纳米材料具有极小的尺寸、较大的比表面积及高的反应活性，可保持低密度水泥浆在较大水灰比下良好的稳定性；利用油井水泥、微硅、超细水泥和纤维之间的颗粒级配和紧密堆积原理，使小颗粒填充在大颗粒空隙间形成悬浮结构，提高低密度水泥石的抗压强度，降低了水泥石的渗透率；利用纤维材料能够进入漏失性地层，搭桥成网，增加流动阻力，达到堵漏目的，满足固井施工要求。本发明的用于固井作业的水泥组合物主要用于水泥浆易漏失地层固井。

表面活性剂改性二氧化硅纳米材料可以采用现有技术中表面活性剂改性的纳米二氧化硅，如所述表面活性剂改性二氧化硅纳米材料为天津中油渤星工程科技有限公司生产的型号为BCE-680S的产品；也可以是采用现有技术的改性方法制备的得到的表面活性剂改性的纳米二氧化硅，如其中一种改性方法是：配制一定浓度及pH的表面活性剂溶液，然后混入纳米二氧化硅，高速搅拌后高温烘干，即得表面活性剂改性二氧化硅纳米材料。