[发明专利]一种改性钙基膨润土低密度固井水泥浆及其制备方法

说明书

本发明公开一种改钙基性膨润土低密度固井水泥浆及其制备方法，由以下重量份的原料组成：油井水泥100份，改性钙基膨润土15‑20份，硅灰5‑8份，油井水泥用降失水剂1‑2份，油井水泥用早强剂2‑3份，硫酸钠1‑2份，油井水泥用分散剂0.1‑0.5份，油井水泥用消泡剂0.1‑0.2份，水103‑130份。该水泥浆配方是通过改性膨润土增强其火山灰活性，辅之以硫酸钠和硅灰协同增效，提高膨润土固井水泥浆密度较低时的性能。

技术领域

本发明属于固井水泥浆技术领域，具体涉及一种改性钙基膨润土低密度固井水泥浆及其制备方法。

背景技术

低密度水泥浆广泛应用于我国各大油气田固井，对于油气井井筒完整性及生产安全做出了极大的贡献。随着非常规油气、深层油气等复杂油气藏的不断勘探开发，面临的地层漏失情况更为普遍，对低密度水泥浆的技术需求不断增大。膨润土是以蒙脱石为主要成分、用途广、性能优良、成本低廉的粘土资源，有着“万用粘土”的美誉。膨润土在混凝土等注浆材料领域的研究较多，主要是用来改善悬浮性、膨胀性、吸水率，提高浆体的稳定性，降低泌水率等性能。将膨润土加入水泥浆，可以降低其密度，制备低密度水泥浆用于固井。与混凝土不同，油气井固井施工时，所用低密度水泥浆是在地面设备进行连续混配后，即时通过管柱注入井下，经过后续流体的顶替循环到达套管与地层的环形空间后凝固，进而封隔地层。该领域水泥浆对密度、流动能力、定期稠化性能、高温失水、高温稳定性、早期、后期养护强度等方面均有一定的特定要求，特别是在压裂改造、井筒完整性快速发展的新形势下，要求低密度水泥浆具备足够高的强度。而膨润土在低密度固井水泥浆方面虽有一定的研究进展，但总体上应用研究较少。主要原因为：①虽然膨润土低密度水泥浆失水低、游离液少，但配制水泥浆的强度较低，膨润土的吸附能力过强，容易吸附在水泥颗粒表面，阻碍水泥颗粒与水的水化接触反应，一定程度上降低了早期的强度，同时，膨润土吸附水后膨胀效果较强，导致固井水泥石的内部结构疏松，强度较低；②多数膨润土无火山灰活性，对体系水化无贡献，导致配制水泥浆的强度较低；③配制低密度水泥浆的密度过高，密度下限一般为1.60g/cm³，而我国很多地区漏失井固井所用低密度水泥浆的密度低于1.60g/cm³(如鄂尔多斯盆地、四川盆地)，进一步降低密度后，膨润土的加量大，浆体水灰比也较大，活性物质少，浆体的强度发展更慢，不宜应用于固井施工。

我国膨润土矿产资源十分丰富，分布广泛，总储量居世界前列，多为钙基膨润土，其吸附等理化性能和工艺技术性能明显差于钠基膨润土，所以对膨润土的钠化改性是其深加工的一项重要研究内容。但是对于膨润土在水泥基材料方面的应用研究进展调研表明，钠化改性是否有利或具有某些方面的革命性变革，目前尚无定论。基于膨润土低密度水泥浆的技术需求和我国膨润土主要分布情况，需进一步加强钙基膨润土在低密度水泥浆固井领域的应用研究。

因此，总体来说，钙基膨润土应用于低密度固井水泥浆具有来源广泛、价格低廉、环境友好的特性，但也具有局限性，有必要对其进行改造，增大配制钙基膨润土水泥浆的强度，尽量降低可配制浆体的密度，为新形势下特定工况的油气井提供钙基膨润土低密度水泥浆固井解决方案。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种密度最低可至1.45g/cm³的改性钙基膨润土低密度固井水泥浆及其制备方法，该方法提高水泥浆强度，满足当前新形势下固井对膨润土水泥浆的性能要求，拓展其应用范围。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种改性钙基膨润土低密度固井水泥浆，按重量份数计，包括以下原料：油井水泥100份，改性钙基膨润土15-20份，硅灰5-8份，油井水泥用降失水剂1-2份，油井水泥用早强剂2-3份，硫酸钠1-2份，油井水泥用分散剂0.1-0.5份，油井水泥用消泡剂0.1-0.2份以及水103-130份；

所述改性钙基膨润土通过以下过程制得：

(1)按重量份数计，将钙基膨润土粉碎，研磨，过200目筛，得固体；