一种干热岩固井用耐高温水泥浆体系的制作方法

1.本发明涉及油气井固井领域，具体涉及一种耐高温水泥浆体系。


背景技术：

2.干热岩也称工程型地热系统，一般温度大于200℃，埋深数千米，内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体。开发干热岩资源的原理是从地表往干热岩中打一口注入井，封闭井孔后向井中高压注入温度较低的水，注入的水沿着裂隙运动并与周边的岩石发生热交换，产生了温度高达200-300℃的高温高压水或水汽混合物。从贯通人工热储构造的生产井中提取高温蒸汽，用于地热发电和综合利用。利用之后的温水又通过注入井回灌到干热岩中，从而达到循环利用的目的。干热岩不仅是清洁环保资源，而且可以循环利用，具有巨大的发展潜力，
3.近年来，我国开始开展干热岩的勘探和开发利用。干热岩所处温度高，普遍超过200℃。为了防止普通油井水泥石在高温下发生强度衰退，通常情况下在水泥浆中掺入一定量的硅粉，通过降低水化产物c-s-h凝胶的ca/si比，以保持水泥石强度稳定。但超过一定的温度后，一般情况下是180℃，即使掺入大量的硅粉也不能阻止水泥石长期时发生强度衰退，造成环空密封失效问题。因此，对固井水泥石在高温下的力学性能提出了更加严格的要求，在高温下具备良好的强度，且保持长期的抗强度衰退性能。另外，水泥的生产，消耗大量的黏土、岩石等资料和能源，释放大量的co2等有害气体，污染环境。因此，在更高温时，通过掺入硅粉已不能满足水泥石抗强度衰退的要求。
4.因此，急需开发一种干热岩固井用耐超高温的水泥浆体系，具有高温下抗强度衰退，同时可节约水泥，保护环境。


技术实现要素：

5.为解决现有技术存在的问题，本发明第一方面提供了一种水泥浆体系基底，包括油井水泥、强度稳定料与矿物掺合料；本发明第二方面提供了一种水泥浆体系，由本发明的水泥浆体系基底、以及降滤失剂、分散剂、缓凝剂中的一种或几种；与水制得。本发明配制的水泥浆体系硬化后，可以防止了水泥石在超高温下的强度衰退，满足干热岩固井的应用，而且大幅节约水泥用量。
6.即本发明的主要目的在于提供了一种水泥浆体系基底，包括油井水泥、强度稳定料与矿物掺合料，其中，所述强度稳定料的主要化学成分包括sio2和al2o3，所述矿物掺合料的主要化学成分包括sio2和cao以及任选地al2o3、mgo和fe2o3。
7.根据本发明的一些实施方式，所述强度稳定料包括以下组分：以强度稳定料总重计，sio2为40-60％重量，al2o3为30-50％重量。
8.根据本发明的一些实施方式，所述矿物掺合料包括以下组分：以矿物掺合料总重计，sio2为20-40％，cao为20-40％，al2o3为5-20％，mgo为1-10％，以及任选地，fe2o3为0.1-1％。
9.根据本发明的一些实施方式，所述强度稳定料和矿物掺合料的质量比为1:(0.3-1.5)，优选为1:(0.5-1)。
10.根据本发明的一些实施方式，在所述水泥浆体系基底中，以油井水泥、强度稳定料与矿物掺合料的总重计，所述油井水泥的含量为10-40％重量，优选为15-30％重量。
11.本发明的另一目的为提供一种水泥浆体系，包括由如上所述的水泥浆体系基底，以及降滤失剂、分散剂、缓凝剂中的一种或几种；与水制得。
12.根据本发明的一些实施方式，所述降滤失剂选自磺酸盐有机聚合物中的一种或多种。
13.根据本发明的一些具体实施方式，所述分散剂选自磺化醛酮缩聚物中的一种或多种。
14.根据本发明的一些实施方式，所述抗高温缓凝剂选自多糖类化合物和amps聚合物中的一种或多种。
15.根据本发明的一些实施方式，所述水为自来水或含盐量小于0.5g/l的水。
16.根据本发明的一些实施方式，以重量份计，所述水泥浆体系包括：
17.水泥浆体系基底80-120份
18.抗高温降滤失剂1-7份
19.抗高温分散剂0.5-2份
20.抗高温缓凝剂0-1份与
21.水20-60份。
22.根据本发明的一些具体实施方式，以重量份计，所述水泥浆体系包括：
[0023][0024]
根据本发明的一些实施方式，以重量份计，所述水泥浆体系中油井水泥10-40份，强度稳定料40-70份，矿物掺合料10-40份；和/或
[0025]
或所述水泥浆体系中油井水泥的含量为10-40％重量，优选为15-30％重量)。
[0026]
水泥浆的稳定性可以以游离液和上下密度差表征。在本发明的一个优选的实施方式中，在160-300℃，60mpa条件下，所述水泥浆的密度为1.60-2.00g/cm3，水泥浆的流动度大于18cm，游离液小于0.5％、上下密度差小于0.02g/cm3。
[0027]
根据本发明的一些实施方式，在220℃和21mpa环境下养护72小时，所述水泥浆体系硬化水泥石的抗压强度大于18mpa。
[0028]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0029]
(1)与各种外加剂配伍性好，水泥浆体系性能稳定，满足干热岩固井施工要求；
[0030]
(2)有效的改善了固井水泥石在高温下的强度衰退问题；
[0031]
(3)水泥浆体系价格低廉，节约了成本；
[0032]
(4)由本发明的复合材料配制的水泥浆体系凝结硬化后，不仅防止了水泥石的强
度衰退，满足高温环境干热岩固井需求，而且大幅节约了水泥用量。
[0033]
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
[0034]
以下结合实施例对本发明进行进一步的说明，应该指出的是，以下实施例并非意在限制本发明。
[0035]
下述实施例中所用的材料、试剂，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0036]
本发明下述实施例中的反应原料来源为：
[0037]
降滤失剂：amps类降滤失剂，购自德州大陆架石油工程技术有限公司。
[0038]
分散剂：聚羧酸类分散剂，主要组成为丙烯酸和hpeg，购自德州大陆架石油工程技术有限公司。
[0039]
缓凝剂：amps聚合物缓凝剂，购自德州大陆架石油工程技术有限公司。
[0040]
稳定剂：硅粉，购自德州大陆架石油工程技术有限公司。
[0041]
强度稳定料(ⅰ级粉煤灰)：sio2含量为45-55％重量、al2o3含量为30-35％重量。
[0042]
矿物掺合料(s95矿渣)：sio2含量为30-38％重量、cao含量为35-40％重量、al2o3含量为7-12％重量、mgo含量为3-8％重量。
[0043]
以下实施例如无特别说明，％或份均指重量百分比。
[0044]
实施例1
[0045]
采用油井水泥(嘉华g级)20份，强度稳定料(ⅰ级粉煤灰)60份，矿物掺合料(s95矿渣)20份，降滤失剂2-6份，分散剂1份，缓凝剂0.5份，水35-55份，消泡剂0.2份，配制出固井水泥浆体系，利用泥浆密度计测试的密度为1.60-1.90g/cm3，流动度为22cm，游离液为0，上下密度差为0.01g/cm3，220℃和21mpa环境下养护72小时，利用tony力学试验机测试抗压强度为26mpa，相同环境下养护28天，抗压强度为28mpa。
[0046]
实施例2
[0047]
采用油井水泥(嘉华g级)20份，强度稳定料50份，矿物掺合料30份，降滤失剂2-6份，分散剂1份，缓凝剂0.5份，水35-55份，消泡剂0.2份，配制出密度为1.60-1.90g/cm3固井水泥浆体系，220℃和21mpa环境下养护72小时，测试抗压强度为23mpa，相同环境下养护28天，抗压强度为25mpa。
[0048]
实施例3
[0049]
采用油井水泥(嘉华g级)20份，强度稳定料40份，矿物掺合料40份，降滤失剂2-6份，分散剂1份，缓凝剂0.5份，水35-55份，消泡剂0.2份，配制出密度为1.60-1.90g/cm3固井水泥浆体系，220℃和21mpa环境下养护72小时，测试抗压强度为22mpa，相同环境下养护28天，抗压强度为24mpa。
[0050]
实施例4
[0051]
与实施例1的不同之处在于，强度稳定料70份，矿物掺合料0份，配制的水泥浆密度为1.86g/cm3。220℃和21mpa环境下养护72小时，测试抗压强度为16mpa，相同环境下养护28天，抗压强度为23mpa。
[0052]
实施例5
[0053]
与实施例1的不同之处在于，强度稳定料0份，矿物掺合料70份，配制的水泥浆密度
为1.81g/cm3。220℃和21mpa环境下养护72小时，测试抗压强度为21mpa，相同环境下养护28天，抗压强度为11mpa。
[0054]
对比例1
[0055]
油井水泥(嘉华g级)100份，降滤失剂2-4份，分散剂1份，缓凝剂0.5份，水38-48份，消泡剂0.2份，配制出密度为1.80-1.95g/cm3油井水泥浆体系，220℃和21mpa环境下养护72小时，测试抗压强度为7mpa，相同环境下养护28天，抗压强度为3mpa。
[0056]
对比例2
[0057]
油井水泥(嘉华g级)100份，高温稳定剂30-50份，抗高温降滤失剂2-4份，分散剂1份，缓凝剂0.5份，水50-68份，消泡剂0.2份，配制出密度为1.80-1.95g/cm3油井水泥浆体系，220℃和21mpa环境下养护72小时，测试抗压强度为17mpa，养护28天，相同环境下抗压强度为12mpa。
[0058]
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不对本发明构成任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性的词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可以扩展至其它所有具有相同功能的方法和应用。