一种水泥浆及其制备方法与流程

1.本申请涉及但不限于固井水泥浆领域，尤指一种水泥浆及其制备方法。


背景技术：

2.针对含水合物地层的深水表层固井作业，常规的水泥浆体系由于水化放热量大，容易使含水合物地层吸热分解，释放出大量气体，严重影响固井质量，甚至引发井喷重大安全风险。因此，深水表层含水合物地层固井一般采用低密度低水化热水泥浆。目前，通常采用三种方法来构建低水化热水泥浆体系：(1)加入有机相变材料，利用相变潜热来吸收水泥水化释放出的热量；但当环境温度变化较大或者水泥水化放热超过相变材料吸热能力时，将失去原有效果，另外，由于有机相变材料的成本通常较高，水泥浆单方成本通常较高；(2)加入低水化热胶凝材料，该类胶凝材料活性低，通过取代部分水泥能够降低水泥浆水化热，同时材料本身成本低廉，因此水泥浆单方成本通常较低；但由于材料活性低导致反应速率较慢，其早期强度一般比较低，不易达到海上固井要求；通常采用同时加入低水化热胶凝材料与人造玻璃微珠作为减轻剂的方法，来提高水泥石早期强度，但是由于人造玻璃微珠成本较高，导致水泥浆单方成本增加，而且配浆不方便，增加了作业复杂程度；(3)使用低热水泥，这种水泥浆体系的流变性好，水化热低，耐侵蚀性好，尽管后期强度增进率大，但是早期强度低，并且这类方法采用了特种水泥，增加了海上固井现场作业施工的复杂度和工作量。
3.构建低密度水泥浆体系由两种常用方法：(1)以中空微珠作为减轻剂，加入人造玻璃微珠或者天然漂珠配制漂珠低密度水泥浆，水泥石具有较高的抗压强度，但是成本较高；(2)以水作为减轻剂，加入粉煤灰、膨润土等材料配制大水灰比的低密度水泥浆，但这类水泥浆通常早期强度较低、浆体流动性不好，稳定性差，不能满足某些地层的要求。
4.总而言之，由于海洋钻井现场条件的限制和固井材料的局限性，目前的低密度低水化热水泥浆还不能满足海上固井的实际作业需求。


技术实现要素：

5.以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制本申请的保护范围。
6.本申请提供了一种低密度低水化热水泥浆及其制备方法，该低密度低水化热水泥浆的水化热较低且可调，浆体流动性好，稠化时间可调，早期强度高，可满足含水合物的深水表层海上固井施工的需要。
7.本申请提供了一种水泥浆，所述水泥浆包括以下重量份的各组分：g级油井水泥100份，胶凝材料15份至40份，悬浮剂5份至20份，调凝剂0份至10份，降失水剂4份至10份，消泡剂0至1份；水70份至250份。
8.在本申请提供的一种实施方式中，所述胶凝材料包括以下组分：偏高岭土、轻质碳酸钙、超细粉煤灰、沸石粉和碱金属硫酸盐；
9.在本申请提供的一种实施方式中，所述偏高岭土、轻质碳酸钙、超细粉煤灰、沸石
粉和碱金属硫酸盐的重量比为(10至40):(10至40):(10至40):(10至40):(2至8)。
10.在本申请提供的一种实施方式中，所述悬浮剂为硅溶胶；
11.在本申请提供的一种实施方式中，所述硅溶胶为碱性硅溶胶，优选地，所述硅溶胶的粒径为8
‑
20nm。
12.在本申请提供的一种实施方式中，所述调凝剂为促凝剂或缓凝剂，其中，促凝剂为无机盐与有机醇胺的混合物；
13.在本申请提供的一种实施方式中，所述促凝剂为中海油服化学有限公司生产的c
‑
a95l；
14.在本申请提供的一种实施方式中，缓凝剂为有机磷酸盐类缓凝剂，优选地，所述缓凝剂为中海油服化学有限公司生产的c
‑
r21l。
15.在本申请提供的一种实施方式中，所述降失水剂为amps聚合物类降失水剂；
16.在本申请提供的一种实施方式中，所述降失水剂选自中海油服化学有限公司生产的c
‑
fl86l和c
‑
fl80l中的任意一种或两种。
17.在本申请提供的一种实施方式中，所述消泡剂为脂类消泡剂；
18.在本申请提供的一种实施方式中，，所述消泡剂为中海油服化学有限公司生产的c
‑
df60l。
19.在本申请提供的一种实施方式中，所述水选自淡水和海水中的任意一种或两种。
20.在本申请提供的一种实施方式中，所述水泥浆的密度为1.30g/cm3至1.60g/cm3。
21.在本申请提供的一种实施方式中，所述水泥浆的24h水化热为20j/g至100j/g。
22.又一方面，本申请提供了上述水泥浆的制备方法，所述制备方法包括：将g级油井水泥、胶凝材料、悬浮剂、调凝剂、降失水剂、消泡剂和水按重量含量混合均匀，得到所述水泥浆。
23.本申请的低密度低水化热水泥浆体系，可根据海上固井现场实际施工需要配制成大水灰比、不同水化放热量的水泥浆，可用于海上深水表层固井作业，并且适用性不受环境温度的限制。对于密度为1.5g/cm3的水泥浆，相对于未添加低水化热胶凝材料的水泥浆来说，添加本申请的低水化热胶凝材料后能使其在1天内的水化热降低50％，并且仅通过调节体系中低水化热胶凝材料的添加量，即可得到水化热可调的水泥浆，同时水泥石早期强度能够满足钻井作业要求，浆体流动性好，稠化时间可调。
24.此外，本申请的低密度低水化热水泥浆体系，配方简单，成本低廉，综合性能优良，并且施工方便，适用于液体自动添加系统，降低了固井作业劳动强度，可满足含天然气水合物地层的固井施工尤其是海上固井施工的需要。
25.本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
26.附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
27.图1为本申请实施例3的水化放热曲线。
具体实施方式
28.为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
29.实施例1
‑530.低水化热胶凝材料的制备：
31.一种低水化热胶凝材料，以重量计，由以下组分组成：偏高岭土20％、轻质碳酸钙20％、超细粉煤灰30％、沸石粉25％和元明粉5％；
32.其中，偏高岭土的粒径为0.1μm
‑
10μm，二氧化硅含量为≥46％；
33.轻质碳酸钙的粒径为1μm
‑
5μm，纯度为≥98％；
34.超细粉煤灰的粒径为1μm
‑
30μm，二氧化硅含量为≥50％；
35.沸石粉的粒径为1μm
‑
20μm，二氧化硅含量为≥65％；
36.元明粉的纯度为≥98％。
37.将偏高岭土、轻质碳酸钙、超细粉煤灰、沸石粉和元明粉按上述重量含量混合均匀，即得到所述低水化热胶凝材料。
38.低密度低水化热水泥浆的制备：
39.表1
[0040][0041][0042]
其中，所述g级油井水泥为山东中昌油井水泥，悬浮剂为碱性硅溶胶，粒径为8nm至20nm，购自中海油服化学有限公司，c
‑
p81l；调凝剂购自中海油服化学有限公司，c
‑
a95l；降失水剂购自中海油服化学有限公司，c
‑
fl86l；消泡剂购自中海油服化学有限公司，c
‑
df60l。
[0043]
对比例1
[0044]
将g级油井水泥100重量份、悬浮剂10重量份、调凝剂4重量份、降失水剂6重量份、消泡剂0.5重量份和人工海水92重量份，混合均匀，得到水泥浆。
[0045]
本对比例各组分来源与实施例3相同。
[0046]
性能测试
[0047]
依据gb/t19139
‑
2012油井水泥试验方法测试上述水泥浆早期强度、水化热、流动性、滤失量等性能。
[0048]
测试结果如下：
[0049]
表2
[0050][0051]
根据实施例1
‑
5可以看出，通过改变低水化热材料加量能够调节水泥浆水化放热，该体系在低温环境下具有较低水化放热量，且抗压强度能够满足现场作业要求。与实施例3相比，对比例1中没有掺入低水化热胶凝材料，因此水化热较高，实施例3掺入低水化热胶凝材料，水化热降低，同时抗压强度相差不大，这是由于低热胶凝材料加入后可以减少水泥放热，同时自身参与水化反应能够补充强度。
[0052]
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

技术特征：
1.一种水泥浆，其中，所述水泥浆包括以下重量份的各组分：g级油井水泥100份，胶凝材料15份至40份，悬浮剂5份至20份，调凝剂0份至10份，降失水剂4份至10份，消泡剂0至1份；水70份至250份。2.根据权利要求1所述的水泥浆，其中，所述胶凝材料包括以下组分：偏高岭土、轻质碳酸钙、超细粉煤灰、沸石粉和碱金属硫酸盐；可选地，所述偏高岭土、轻质碳酸钙、超细粉煤灰、沸石粉和碱金属硫酸盐的重量比为(10至40):(10至40):(10至40):(10至40):(2至8)。3.根据权利要求1或2所述的水泥浆，其中，所述悬浮剂为硅溶胶；可选地，所述硅溶胶为碱性硅溶胶，优选地，所述硅溶胶的粒径为8
‑
20nm。4.根据权利要求1或2所述的水泥浆，其中，所述调凝剂为促凝剂或缓凝剂，其中，促凝剂为无机盐与有机醇胺的混合物，可选地，所述促凝剂为中海油服化学有限公司生产的c
‑
a95l；可选地，缓凝剂为有机磷酸盐类缓凝剂，优选地，所述缓凝剂为中海油服化学有限公司生产的c
‑
r21l。5.根据权利要求1或2所述的水泥浆，其中，所述降失水剂为amps聚合物类降失水剂，可选地，所述降失水剂选自中海油服化学有限公司生产的c
‑
fl86l和c
‑
fl80l中的任意一种或两种。6.根据权利要求1或2所述的水泥浆，其中，所述消泡剂为脂类消泡剂，可选地，所述消泡剂为中海油服化学有限公司生产的c
‑
df60l。7.根据权利要求1或2所述的水泥浆，其中，所述水选自淡水和海水中的任意一种或两种。8.根据权利要求1或2中任一项所述的水泥浆，所述水泥浆密度为1.30g/cm3至1.60g/cm3。9.根据权利要求1或2中任一项所述的水泥浆，所述水泥浆24h水化热为20j/g至100j/g。10.根据权利要求1至9中任一项所述的水泥浆的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将g级油井水泥、胶凝材料、悬浮剂、调凝剂、降失水剂、消泡剂和水按重量含量混合均匀，得到所述水泥浆。
技术总结
本申请公开了一种水泥浆，所述水泥浆包括以下重量份的各组分：G级油井水泥100份，胶凝材料15份至40份，悬浮剂5份至20份，调凝剂0份至10份，降失水剂4份至10份，消泡剂0至1份；水70份至250份。此外，本申请的低密度低水化热水泥浆体系，配方简单，成本低廉，综合性能优良，并且施工方便，适用于液体自动添加系统，降低了固井作业劳动强度，可满足含天然气水合物地层的固井施工尤其是海上固井施工的需要。层的固井施工尤其是海上固井施工的需要。层的固井施工尤其是海上固井施工的需要。


技术研发人员：陈宇 冯颖韬 张浩 赵琥 王有伟 宋茂林 温达洋 崔策 黄峰 肖伟 陈小华
受保护的技术使用者：中海油田服务股份有限公司
技术研发日：2021.04.14
技术公布日：2021/7/8