本發(fā)明屬于石油行業(yè)用油氣井固井低密度水泥石強(qiáng)度增強(qiáng)添加劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合型低密度水泥早強(qiáng)劑及制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
油田勘探步伐的不斷加大，隨著復(fù)雜井、長封固井段、易漏失井的不斷增加，常規(guī)水泥漿體系密度過高不能滿足固井要求。低密度水泥的開發(fā)應(yīng)用對保護(hù)油氣層和提高固井質(zhì)量具有重要的意義。實(shí)踐證明該技術(shù)可有效地保護(hù)油氣儲集層、提高單井產(chǎn)能，對于解決低壓層、易漏失層和長封固段等固井復(fù)雜問題具有顯著的優(yōu)勢。
但是現(xiàn)有低密度水泥的固有缺陷對其進(jìn)一步發(fā)展有限制，隨著大量減輕材料的加入，水泥漿的均勻性降低、水化反應(yīng)的進(jìn)程受到影響，造成漿體性能變差，尤其是水泥石強(qiáng)度大幅降低，有時難以滿足封固地層的要求，且水泥漿的密度降得越低，該矛盾就越突出，因此尋求“低密度”與“高強(qiáng)度”之間的平衡是目前低密度水泥體系發(fā)展的重要方向。
目前常用的低密度水泥早強(qiáng)劑主要是無機(jī)鹽類早強(qiáng)劑，包括氯鹽類和硫酸鹽類，由于傳統(tǒng)早強(qiáng)劑存在對套管和水泥石有腐蝕作用，因此研制一種不含氯離子的低密度水泥早強(qiáng)劑非常必要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種能夠在低溫條件下大大加快低密度水泥的水化速度，促使低密度水泥石產(chǎn)生早期強(qiáng)度，縮短固井候凝時間，同時又對套管和水泥石無腐蝕作用的復(fù)合型低密度水泥早強(qiáng)劑。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：
一種復(fù)合型低密度水泥早強(qiáng)劑，由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的物質(zhì)組成：硅酸鹽70-90％，鋁酸鹽10～30％，三乙醇胺0.5-1％。
一種復(fù)合型低密度水泥早強(qiáng)劑，由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的物質(zhì)組成：硅酸鹽84.6％，鋁酸鹽14.9％，三乙醇胺0.5％。
所述鋁酸鹽由氧化鈣和氧化鋁組成，氧化鈣和氧化鋁質(zhì)量比為29-31：49-53。
所述硅酸鹽為硅酸鈉、硅酸鈣或硅酸鋁中的一種。
本發(fā)明還提供了一種復(fù)合型低密度水泥早強(qiáng)劑的制備方法，在混合攪拌器中分別加入配方量的硅酸鹽、鋁酸鹽，混合攪拌30-60分鐘，再噴淋加入配方量的三乙醇胺，混合攪拌20-40分鐘，即得復(fù)合型低密度水泥早強(qiáng)劑。
本發(fā)明還提供了一種復(fù)合型低密度水泥早強(qiáng)劑的應(yīng)用，所述復(fù)合型低密度水泥早強(qiáng)劑在輕珠低密度水泥或粉煤灰低密度水泥混拌過程中加入，加水?dāng)嚢杈鶆蚝蟮乃酀{用于油氣井固井，所述水泥漿密度為1.3-1.4g/cm3。
所述復(fù)合型低密度水泥早強(qiáng)劑的加入量為輕珠低密度水泥或粉煤灰低密度水泥質(zhì)量的1.0-2.5％。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的這種復(fù)合型低密度水泥早強(qiáng)劑，通過形成結(jié)晶中心的原理來加速水泥的水化過程。此種早強(qiáng)劑在水溶液中水解后可形成膠態(tài)的氫氧化物膠體、硅膠等，進(jìn)一步與鈣離子結(jié)合形成水化物的結(jié)晶中心而加速水泥漿的硬化與凝結(jié)，三乙醇胺作用是加速水泥漿低溫水化凝結(jié)速度，提高水泥石早期強(qiáng)度。
該復(fù)合型低密度水泥早強(qiáng)劑相容性好，可加速低密度水泥漿的硬化與凝結(jié)，縮短固井候凝時間，有效提高低密度水泥石早期強(qiáng)度。不含氯離子等腐蝕性離子，對套管和水泥石無腐蝕作用。所采用的原材料比較通用，制備方法和所需設(shè)備條件簡單，易于實(shí)施。產(chǎn)品既能滿足固井施工中對低密度水泥漿及水泥石的性能要求，又能有效地保護(hù)套管，保護(hù)油氣儲集層，提高單井產(chǎn)能。在獲得經(jīng)濟(jì)效益的同時也具有明顯的社會效益，值得推廣應(yīng)用。
下面將做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1：
本實(shí)施例提供了一種復(fù)合型低密度水泥早強(qiáng)劑，由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的物質(zhì)組成：硅酸鹽70-90％，鋁酸鹽10～30％，三乙醇胺0.5-1％。
本發(fā)明原理：硅酸類復(fù)合型早強(qiáng)劑，通過形成結(jié)晶中心的原理來加速水泥的水化過程，并在水溶液中水解后可形成膠態(tài)的氫氧化物膠體、硅膠等，之后進(jìn)一步與鈣離子結(jié)合形成水化物的結(jié)晶中心而加速水泥漿的硬化與凝結(jié)，三乙醇胺作用是加速水泥漿低溫水化凝結(jié)速度，提高水泥石早期強(qiáng)度。
實(shí)施例2：
在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例提供了一種復(fù)合型低密度水泥早強(qiáng)劑，由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的物質(zhì)組成：硅酸鹽850公斤(84.6％)，鋁酸鹽150公斤(14.9％)，三乙醇胺5公斤(0.5％)。
制備過程：
在混合攪拌器中分別加入配方量的硅酸鹽、鋁酸鹽，混合攪拌40分鐘，再噴淋加入配方量的三乙醇胺，混合攪拌30分鐘，即得復(fù)合型低密度水泥早強(qiáng)劑。
本實(shí)施例中硅酸鹽為硅酸鈉，鋁酸鹽為鋁酸鈣，由氧化鈣和氧化鋁組成，氧化鈣和氧化鋁質(zhì)量比為29：49。
實(shí)施例3：
在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例提供了一種復(fù)合型低密度水泥早強(qiáng)劑，由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的物質(zhì)組成：硅酸鹽900公斤(89.6％)，鋁酸鹽100公斤(9.9％)，三乙醇胺5公斤(0.5％)。
制備過程：
在混合攪拌器中分別加入配方量的硅酸鹽、鋁酸鹽，混合攪拌30分鐘，再噴淋加入配方量的三乙醇胺，混合攪拌30分鐘，即得復(fù)合型低密度水泥早強(qiáng)劑。
本實(shí)施例中硅酸鹽為硅酸鋁，鋁酸鹽為鋁酸鈣，由氧化鈣和氧化鋁組成，氧化鈣和氧化鋁質(zhì)量比為29：53。
實(shí)施例4：
在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例提供了一種復(fù)合型低密度水泥早強(qiáng)劑，由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的物質(zhì)組成：硅酸鹽700公斤(70％)，鋁酸鹽290公斤(29％)，三乙醇胺10公斤(1％)。
制備過程：
在混合攪拌器中分別加入配方量的硅酸鹽、鋁酸鹽，混合攪拌60分鐘，再噴淋加入配方量的三乙醇胺，混合攪拌30分鐘，即得復(fù)合型低密度水泥早強(qiáng)劑。
本實(shí)施例中硅酸鹽為硅酸鈣，鋁酸鹽為鋁酸鈣，由氧化鈣和氧化鋁組成，氧化鈣和氧化鋁質(zhì)量比為31：49。
實(shí)施例5：
在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例提供了一種復(fù)合型低密度水泥早強(qiáng)劑的應(yīng)用，所述復(fù)合型低密度水泥早強(qiáng)劑在輕珠低密度水泥或粉煤灰低密度水泥混拌過程中加入，加水?dāng)嚢杈鶆蚝笏酀{用于油氣井固井。
所述復(fù)合型低密度水泥早強(qiáng)劑的加入量為輕珠低密度水泥或粉煤灰低密度水泥質(zhì)量的1.0-2.5％。
性能測試：
將實(shí)施例2和實(shí)施例3制備的復(fù)合型低密度水泥早強(qiáng)劑(簡寫為GJ-D)與現(xiàn)有的市售早強(qiáng)劑FDN-4(湖南省長沙市江藍(lán)建材外加劑場)分別加入輕珠低密度水泥、粉煤灰低密度水泥進(jìn)行性能比較，見下表。
輕珠低密度水泥是由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的材料復(fù)配而成，G級油井水泥(49％)、輕珠(45％)及微硅粉(6％)，在干混站混拌固井水泥時，加入占輕珠低密度水泥質(zhì)量的2％的復(fù)合型低密度水泥早強(qiáng)劑(實(shí)施例2的GJ-D)，并混拌均勻，之后按照水灰比0.85加水?dāng)嚢璩奢p珠低密度水泥漿，密度為1.3-1.4g/cm3。
粉煤灰低密度水泥由優(yōu)于Ⅱ級的粉煤灰組成，粉煤灰低密度水泥為市售產(chǎn)品，在干混站混拌固井水泥時，加入占粉煤灰低密度水泥質(zhì)量的2％的復(fù)合型低密度水泥早強(qiáng)劑(實(shí)施例3的GJ-D)，并混拌均勻，之后按照水灰比0.85加水?dāng)嚢璩煞勖夯业兔芏人酀{，密度為1.3-1.4g/cm3。
綜上所述，該復(fù)合型低密度水泥早強(qiáng)劑相容性好，可加速低密度水泥漿的硬化與凝結(jié)，縮短固井候凝時間，有效提高低密度水泥石早期強(qiáng)度。不含氯離子等腐蝕性離子，對套管和水泥石無腐蝕作用。所采用的原材料比較通用，制備方法和所需設(shè)備條件簡單，易于實(shí)施。產(chǎn)品既能滿足固井施工中對低密度水泥漿及水泥石的性能要求，又能有效地保護(hù)套管，保護(hù)油氣儲集層，提高單井產(chǎn)能。在獲得經(jīng)濟(jì)效益的同時也具有明顯的社會效益，值得推廣應(yīng)用。
以上各實(shí)施例沒有詳細(xì)敘述的方法和結(jié)構(gòu)屬本行業(yè)的公知常識，這里不一一敘述。
以上例舉僅僅是對本發(fā)明的舉例說明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的保護(hù)范圍的限制，凡是與本發(fā)明相同或相似的設(shè)計均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。