本发明涉及石油勘探开发技术领域。具体地说是一种油井水泥用低密度增强剂及其制备方法。
背景技术：
随着石油勘探开发的进程，遇到低压地层、薄弱地层等易发生漏失地层的油气井越来越多，而低密度水泥浆体系是解决低压易漏地层固井的主要方法。
常规低密度水泥浆体系的减轻材料有：
(1)粉煤灰低密度水泥浆体系存在稠化时间长、水泥石强度低等缺点；
(2)膨润土影响稠化时间及浆体流动性，同时，水泥石强度较低；
(3)普通漂珠耐压性能较差，虽然电厂漂珠、玻璃微珠耐压性能提高，但是成本高，无法大面积推广使用。
如表1的低密度外掺料在材料易得性和成本控制上对比所示：
表1
故目前低密度水泥浆体系常存在耐压能力与浆体稳定性差、抗压强度低等问题，尤其低密度外掺料在材料易得性和成本控制上有难度，难以满足各大油田降本增效的要求。
因此，设计出性能稳定、抗压强度高、成本较低的低密度增强剂来满足固井需求，提高固井质量已至关重要。
技术实现要素：
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种性能稳定、抗压强度高、成本较低的油井水泥用低密度增强剂及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种油井水泥用低密度增强剂，由如下组分组成：专用早强剂、微硅粉和超细矿渣粉。
上述油井水泥用低密度增强剂，各组分的重量配比如下：专用早强剂220～280份、微硅粉450～700份和超细矿渣粉120～200份。
上述油井水泥用低密度增强剂，所述超细矿渣粉为s95级粒化高炉矿渣粉；所述微硅粉粒径为160～300目。
上述油井水泥用低密度增强剂，所述专用早强剂由白炭黑与三异丙醇胺的混合物以及如下组分的一种或多种组成：元明粉、硫酸铝铵、氯化钙、聚合氯化铝、纳米二氧化硅、水滑石。
上述油井水泥用低密度增强剂，所述专用早强剂的重量配比如下：元明粉50～90份、硫酸铝铵30～60份、氯化钙35～60份、聚合氯化铝30～50份、纳米二氧化硅5～20份、水滑石32～60份、白炭黑与三异丙醇胺的混合物5～10份；在白炭黑与三异丙醇胺的混合物中：白炭黑与三异丙醇胺的质量比为3:2。
油井水泥用低密度增强剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备专用早强剂；
(2)加入微硅粉，搅拌；
(3)加入超细矿渣粉，继续搅拌，得到油井水泥用低密度增强剂。
上述油井水泥用低密度增强剂的制备方法，在步骤(1)中，所述专用早强剂由白炭黑与三异丙醇胺的混合物5～10份以及如下一种或多种如下重量份的组分的组成：元明粉50～90份、硫酸铝铵30～60份、氯化钙35～60份、聚合氯化铝30～50份、纳米二氧化硅5～20份、水滑石32～60份；在白炭黑与三异丙醇胺的混合物中：白炭黑与三异丙醇胺的质量比为3:2。
上述油井水泥用低密度增强剂的制备方法，在步骤(1)中具体包括如下步骤：(1-1)先将白炭黑和三异丙醇胺的混合物加入混料釜中，混配20min；(1-2)再在混料釜中加入专用早强剂的其他组分。
上述油井水泥用低密度增强剂的制备方法，在步骤(2)中，加入微硅粉450～700份，搅拌20min；在步骤(3)中，加入超细矿渣粉120～200份，继续搅拌20min，使物料搅拌均匀，得到油井水泥用低密度增强剂。
上述油井水泥用低密度增强剂的制备方法，
(1)先将白炭黑和三异丙醇胺的混合物5～10份加入混料釜中，混配20min；再在混料釜中加入专用早强剂的其他组分；所述专用早强剂的其他组分由一种或多种如下重量份的组分的组成：元明粉50～90份、硫酸铝铵30～60份、氯化钙35～60份、聚合氯化铝30～50份、纳米二氧化硅5～20份、水滑石32～60份；在白炭黑与三异丙醇胺的混合物中：白炭黑与三异丙醇胺的质量比为3:2。
(2)加入微硅粉450～700份，搅拌20min；
(3)加入超细矿渣粉120～200份，继续搅拌20min，使物料搅拌均匀，得到油井水泥用低密度增强剂。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
油井水泥用低密度增强剂配制的水泥浆流动度在23～25cm之间，浆体流动性良好；水泥浆加压密度差≤0.02g/cm3，水泥浆稳定性较好；在实施例3中实现零自由水；水泥石强度发育快，24小时抗压强度达到7mpa以上，48mpa小时抗压强度达到10mpa以上；稠化时间线性良好，无起台、鼓包现象，水泥浆综合性能良好。可以达到高成本电厂漂珠、玻璃微珠的指标性能，性能优于粉煤灰与膨润土水泥浆体系各项性能，因此本申请所制备的油井水泥用低密度增强剂，原料易于获得，且价格低廉，大大降低了生产成本，可以满足各大油田降本增效的要求。
附图说明
图1本发明实施例1油井水泥用低密度增强剂配制的水泥浆的水泥稠化试验曲线图(四川嘉华水泥100重量份 低密度增强剂18wt％(占灰量百分数) 水固比0.66)；
图2本发明实施例2油井水泥用低密度增强剂配制的水泥浆的水泥稠化试验曲线图(四川嘉华水泥100重量份 低密度增强剂18wt％(占灰量百分数) 水固比0.66)；
图3本发明实施例3油井水泥用低密度增强剂配制的水泥浆的水泥稠化试验曲线图(四川嘉华水泥100重量份 低密度增强剂18wt％(占灰量百分数) 水固比0.66)；
图4本发明实施例3油井水泥用低密度增强剂配制的水泥浆的水泥稠化试验曲线图(四川嘉华水泥100重量份 低密度增强剂30wt％(占灰量百分数) 水固比0.78)；
图5电厂漂珠作为低密度外掺料的水泥浆体系的水泥稠化试验曲线图(四川嘉华水泥100 12％电厂漂珠 1.8％g33s 1.5％g204 水固比0.70)；
图6玻璃漂珠作为低密度外掺料的水泥浆体系的水泥稠化试验曲线图(四川嘉华水泥100 7％玻璃微珠 4％微硅粉 2％g33s 2％g204 水固比0.50)；
图7粉煤灰作为低密度外掺料的水泥浆体系的水泥稠化试验曲线图(四川嘉华水泥100 35％粉煤灰 1.8％g33s 2.0％g204 水固比0.85)；
图8粉煤灰和膨润土作为低密度外掺料的水泥浆体系的水泥稠化试验曲线图(四川嘉华水泥100 25％粉煤灰 10％微硅 5％膨润土 5％g33s 2.5％g204 水固比0.80)。
具体实施方式
实施例1
本实施例的油井水泥用低密度增强剂，由以下组分组成：专用早强剂232kg、微硅粉600kg和超细矿渣粉168kg。所述超细矿渣粉为s95级粒化高炉矿渣粉；所述微硅粉粒径为160～300目。
所述专用早强剂由以下物质组成：元明粉90kg、硫酸铝铵42kg、氯化钙50kg、聚合氯化铝40kg及白炭黑和三异丙醇胺的混合物10kg，白炭黑与三异丙醇胺的质量比为3:2。
本实施例油井水泥用低密度增强剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将白炭黑和三异丙醇胺的混合物10kg加入混料釜中，混配20min；
(2)混料釜中依次加入元明粉90kg、硫酸铝铵42kg、氯化钙50kg和聚合氯化铝40kg，搅拌30min，使其搅拌均匀；
(3)加入微硅粉600kg，搅拌20min；
(4)加入超细矿渣粉168kg，搅拌20min，使物料搅拌均匀，即得到油井水泥用低密度增强剂。
实施例2
本实施例的油井水泥用低密度增强剂，由以下组分组成：专用早强剂246kg、微硅粉600kg和超细矿渣粉154kg。所述超细矿渣粉为s95级粒化高炉矿渣粉；所述微硅粉粒径为160～300目。
所述专用早强剂由以下物质组成：元明粉90kg、硫酸铝铵42kg、氯化钙50kg、聚合氯化铝40kg、纳米二氧化硅14kg及白炭黑和三异丙醇胺的混合物10kg，白炭黑与三异丙醇胺的质量比为3:2。
本实施例油井水泥用低密度增强剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将白炭黑和三异丙醇胺的混合物10kg加入混料釜中，混配20min；
(2)混料釜中依次加入元明粉90kg、硫酸铝铵42kg、氯化钙50kg、聚合氯化铝40kg和纳米二氧化硅14kg，搅拌30min，使其搅拌均匀；
(3)加入微硅粉600kg，搅拌20min；
(4)加入超细矿渣粉154kg，搅拌20min，使物料搅拌均匀，即得到油井水泥用低密度增强剂。
实施例3
本实施例的油井水泥用低密度增强剂，由以下组分组成：专用早强剂246kg、微硅粉600kg和超细矿渣粉154kg。所述超细矿渣粉为s95级粒化高炉矿渣粉；所述微硅粉粒径为160～300目。
所述专用早强剂由以下物质组成：元明粉50kg、硫酸铝铵42kg、氯化钙40kg、聚合氯化铝40kg、纳米二氧化硅14kg、水滑石50kg及白炭黑和三异丙醇胺的混合物10kg，白炭黑与三异丙醇胺的质量比为3:2。
本实施例油井水泥用低密度增强剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将白炭黑和三异丙醇胺的混合物10kg加入混料釜中，混配20min；
(2)混料釜中依次加入元明粉50kg、硫酸铝铵42kg、氯化钙40kg、聚合氯化铝40kg、纳米二氧化硅14kg和水滑石50kg，搅拌30min，使其搅拌均匀；
(3)加入微硅粉600kg，搅拌20min；
(4)加入超细矿渣粉154kg，搅拌20min，使物料搅拌均匀，即得到油井水泥用低密度增强剂
实施例1-实施例3所制备的油井水泥用低密度增强剂水泥浆性能测试
测试利用实施例1-实施例3所制备的油井水泥用低密度增强剂配制的水泥浆的抗压强度、稳定性能。
水泥浆基准配方：四川嘉华水泥100重量份 低密度增强剂18wt％(占灰量百分数) 水固比0.66。
具体测试结果如表2所示：
表2
由表2中实施例1-实施例3可以得出：专用早强剂的合理使用，使得油井水泥用低密度增强剂配制的水泥浆流动度在23～25cm之间，浆体流动性良好；水泥浆加压密度差≤0.02g/cm3，水泥浆稳定性较好；在实施例3中实现零自由水；水泥石强度发育快，24小时抗压强度达到7mpa以上，48mpa小时抗压强度达到10mpa以上；如图1-图3所示，稠化时间线性良好，无起台、鼓包现象，水泥浆综合性能良好。
利用实施例3的油井水泥用低密度增强剂配制的水泥浆与其他常规低密度水泥浆体系的比较
实施例3所制备的油井水泥用低密度增强剂与电厂漂珠、玻璃微珠、粉煤灰和膨润土在相同密度(水泥浆密度为1.55g/cm3)及相同实验条件下，进行水泥浆体系实验性能对比，实验数据如表3所示。
表3
备注：油井水泥降失水剂g33s、油井水泥早强剂g204均为卫辉市化工有限公司在市场上公开出售的产品。g33s、g204的加入量以总固体含量为参考，电厂漂珠、玻璃微珠、微硅粉、粉煤灰和膨润土的加入量以灰量为参考。
实施例3所制备的低密度增强剂均能达到高成本电厂漂珠、玻璃微珠的指标性能；粉煤灰稠化时间长、抗压强度低；膨润土影响稠化时间及水泥石强度，浆体流动性差；粉煤灰与膨润土体系中，其水泥浆体系各项性能均不是很理想。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。
1.一种油井水泥用低密度增强剂，其特征在于，由如下组分组成：专用早强剂、微硅粉和超细矿渣粉。
2.根据权利要求1所述的油井水泥用低密度增强剂，其特征在于，各组分的重量配比如下：专用早强剂220～280份、微硅粉450～700份和超细矿渣粉120～200份。
3.根据权利要求1所述的油井水泥用低密度增强剂，其特征在于，所述超细矿渣粉为s95级粒化高炉矿渣粉；所述微硅粉粒径为160～300目。
4.根据权利要求1所述的油井水泥用低密度增强剂，其特征在于，所述专用早强剂由白炭黑与三异丙醇胺的混合物以及如下组分的一种或多种组成：元明粉、硫酸铝铵、氯化钙、聚合氯化铝、纳米二氧化硅、水滑石。
5.根据权利要求4所述的油井水泥用低密度增强剂，其特征在于，所述专用早强剂的重量配比如下：元明粉50～90份、硫酸铝铵30～60份、氯化钙35～60份、聚合氯化铝30～50份、纳米二氧化硅5～20份、水滑石32～60份、白炭黑与三异丙醇胺的混合物5～10份；在白炭黑与三异丙醇胺的混合物中：白炭黑与三异丙醇胺的质量比为3:2。
6.权利要求1-5所述油井水泥用低密度增强剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备专用早强剂；
(2)加入微硅粉，搅拌；
(3)加入超细矿渣粉，继续搅拌，得到油井水泥用低密度增强剂。
7.根据权利要求6所述的油井水泥用低密度增强剂的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述专用早强剂由白炭黑与三异丙醇胺的混合物5～10份以及如下一种或多种如下重量份的组分的组成：元明粉50～90份、硫酸铝铵30～60份、氯化钙35～60份、聚合氯化铝30～50份、纳米二氧化硅5～20份、水滑石32～60份；在白炭黑与三异丙醇胺的混合物中：白炭黑与三异丙醇胺的质量比为3:2。
8.根据权利要求7所述的油井水泥用低密度增强剂的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中具体包括如下步骤：(1-1)先将白炭黑和三异丙醇胺的混合物加入混料釜中，混配20min；(1-2)再在混料釜中加入专用早强剂的其他组分。
9.根据权利要求7所述的油井水泥用低密度增强剂的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，加入微硅粉450～700份，搅拌20min；在步骤(3)中，加入超细矿渣粉120～200份，继续搅拌20min，使物料搅拌均匀，得到油井水泥用低密度增强剂。
10.根据权利要求6所述的油井水泥用低密度增强剂的制备方法，其特征在于，
(1)先将白炭黑和三异丙醇胺的混合物5～10份加入混料釜中，混配20min；再在混料釜中加入专用早强剂的其他组分；所述专用早强剂的其他组分由一种或多种如下重量份的组分的组成：元明粉50～90份、硫酸铝铵30～60份、氯化钙35～60份、聚合氯化铝30～50份、纳米二氧化硅5～20份、水滑石32～60份；在白炭黑与三异丙醇胺的混合物中：白炭黑与三异丙醇胺的质量比为3:2。
(2)加入微硅粉450～700份，搅拌20min；
(3)加入超细矿渣粉120～200份，继续搅拌20min，使物料搅拌均匀，得到油井水泥用低密度增强剂。
技术总结