專利名稱：深部大陸科學鉆探耐高溫固井材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種深部大陸科學鉆探耐高溫固井材料，是一種用在深部大陸鉆探高溫高壓超深井中支撐及保護套管固井材料，屬于大陸深部科學鉆探鉆井過程中固井的方法。
背景技術：
大陸科學鉆探是獲取地球深部物質、了解地球內部信息最直接、最有效和最可靠的方法，“上天、入地、下?！笔侨祟愄魬?zhàn)自然的宏偉工程，大陸科學鉆探是我國入地計劃的先導工程。隨著社會經濟長期快速發(fā)展，我國面臨日益突出的資源、能源、環(huán)境等問題，急需發(fā)展深部探測及相關技術，為深部礦產資源評價與減災防災提供必要的科技支撐。深部探測大陸科學鉆探耐高溫固井材料的研制是我國地殼探測工程的組成部分，固井材料的好壞 直接關系到深部科學鉆探固井質量，關系到鉆井施工效率和成井的壽命。耐高溫固井材料的研究目的在于為深部鉆探提供安全可靠的固井材料，從而服務于整個大陸科學鉆探計劃的實施。目前大陸科學鉆探在鉆井過程中常常遇到如高溫高壓問題；井漏、井塌、縮徑問題；支撐套管并防止地下流體對套管的腐蝕；影響正常鉆進，嚴重時甚至導致井眼報廢等復雜問題?，F有固井材料存在的主要缺點是在高溫狀態(tài)下(靜態(tài)220°C，動態(tài)溫度260°C )，固井材料稠化時間短，滿足不了工藝需要，且在高溫高壓情況下固井材料強度衰退嚴重，滿足不了科學鉆探固井質量的要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種深部大陸科學鉆探耐高溫固井材料，其為了使大陸科學鉆探施工能夠順利進行，固井質量達到標準，研制出在高溫高壓下具有適宜的初始稠度；良好的流動性、穩(wěn)定性和稠化時間；較小的失水量；較高的結石體強度的固井材料，使固井材料以及凝結后形成的結石體在高溫高壓情況下滿足性能要求。本發(fā)明的技術方案是這樣實現的一種深部大陸科學鉆探耐高溫固井材料，其特征在于配方按重量百分比由以下原料組成G級水泥、硅粉、微硅粉、復配緩凝劑、硼砂、水、磺化單寧、正辛醇，按重量百分比其中G級水泥為基本單位1，以下原料比例為占水泥重量百分比，硅粉50%、微硅粉5%、復配緩凝劑4%、硼砂1%、水40%、磺化單寧4%、正辛醇O. 08%。本發(fā)明的積極效果是固井材料稠化時間長，流變性能好，稠化時間可根據具體情況調整；失水量較小、析水量少；結石體強度高；其耐高溫、耐高壓的性能指標
(1)密度1.86 g/cm3 ；
(2)稠化時間252min(220°C)；
(3)失水量32mL/30min(220°C)；
(4)析水率I.20% ；(5)14天抗壓強度25. 6Mpa(260°C );可在大陸科學鉆探中推廣和應用。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明做進一步的描述
實施例取G級油井水泥、硅粉、微硅粉、復配緩凝劑、硼砂、水、磺化單寧、正辛醇原料，先往高速攪拌罐中加入水，依次加入復配緩凝劑攪拌3分鐘(以下每一種材料均攪拌3分鐘)，加入水泥攪拌、加入硅粉和微硅粉攪拌、加入硼砂攪拌、加入磺化單寧攪拌、加入正辛醇攪拌即可。按重量百分比其中G級水泥為基本單位1，以下原料比例為占水泥重量百分比，硅粉50%、微硅粉5%、復配緩凝劑4%、硼砂1%、水40%、磺化單寧4%、正辛醇O. 08%。G級油井水泥是API標準油井水泥中的一種基本水泥，其熟料礦物成分與普通硅酸鹽水泥大致相同，但由于為了滿足油井水泥固井施工對水泥漿流動性、稠化及水泥石強 度等方面的要求，因而要求其在組分顆粒的粒度、配比及其氧化物含量等方面有特別的控制。API級別G級油井水泥各成分的質量分數通常為C3S (50%),C2S (30%),C3A (5%),C4AF (12%)。硅微粉俗稱硅粉，是由天然石英(SiO2)或熔融石英加工而成的微粉。通過摻加一定量的硅粉，降低原料混合物的C/S，可改變所形成的水泥石礦物，以達到防止高溫強度蛻化的目的。微硅粉主要成分是非晶態(tài)二氧化硅，微硅與含Ca (OH)2的水接觸將吸水生成一種粘性的膠狀硅酸，硅酸與氫氧化鈣反應，最后生成水硬性硅酸鈣水合物C一S— H (B)。未反應的微硅顆粒聚集充填在水泥孔隙孔，束縛水泥孔隙中的自由水。因此可選微硅作為減少自由水的穩(wěn)定劑。加入微硅能有效地降低水泥漿的析水，提高漿體的穩(wěn)定性。
復配高溫緩凝劑用于改善高溫高壓下水泥漿的稠化性能和流動性能。深部探測井的特點是高溫高壓，因此延遲固井材料固化時間和滿足灌注工藝技術要求等，需要水泥漿在一定時期內保持可泵性。硼砂在水泥漿中是一種高溫助緩凝劑，自身緩凝作用并不明顯，所以一般不單獨使用，通常通過與其他外加劑配合使用來提高緩凝劑的溫度范圍。水的加量與水泥結石體的強度有很大關系。水固比愈大，水泥硬化后的密實度就愈小，孔隙則愈多，會發(fā)生絕對體積的收縮現象，強度也受影響。盡量采用較小的水固比，以降低水泥石中的自由水含量，減少水泥收縮現象，提高水泥石強度?；羌谆鶈螌?代號SMT)俗名磺化單寧，是一種改性的新型稀釋劑，在水泥漿中用作稀釋劑，磺化單寧在高溫條件下，可有效地控制水泥漿的粘度切力，使得水泥漿的初始稠度顯著降低，獲得較好的減阻效果。正辛醇在固井材料中具有較好的消泡效果。耐高溫固井材料性能評價主要是從水泥漿密度、水泥漿的稠化時間(靜態(tài)220°C相當于動態(tài)溫度260°C)、水泥漿的失水量(220°C)、水泥漿的析水率、水泥石抗壓強度(260°C)這五個指標來評價。水泥漿密度本配方水泥漿密度在I. 80 I. 90 g /cm3之間。固井施工中水泥漿密度主要用于平衡壓力。水泥漿的稠化時間為了使固井工作順利完成，必須控制整個固井過程在稠化時間內完成，并且需要考慮安全系數，還應預留Ih以上的安全施工時間，因此水泥漿的稠化時間對固井工作非常重要。水泥漿的失水量水泥漿失水量是指水泥漿中自由水通過井壁向地層滲入的多少，水泥漿大量失水將造成水泥漿急劇變稠，大大影響其流動性，從而不利于固井工作順利進行。水泥漿失水量原則上越小越好，但控制水泥漿失水的外加劑通常對水泥漿的流變性、稠化時間、抗壓強度等有影響，因此應權衡考慮。水泥漿的析水率水泥漿析水量過大和沉降穩(wěn)定性不好，將導致水泥漿密度分布不均，所形成的水泥石強度不一致，影響固井質量。水泥石抗壓強度水泥結石體強度要求能支承住井內的套管，能承受住鉆進時的 沖擊載荷。
權利要求
1.ー種深部大陸科學鉆探耐高溫固井材料，其特征在于配方按重量百分比由以下原料組成G級水泥、硅粉、微硅粉、復配緩凝劑、硼砂、水、磺化單寧、正辛醇，按重量百分比其中G級水泥為基本単位1，以下原料比例為占水泥重量百分比，硅粉50%、微硅粉5%、復配緩凝劑4%、硼砂1%、水40%、磺化單寧4%、正辛醇O. 08%ο
全文摘要
本發(fā)明涉及一種深部大陸科學鉆探耐高溫固井材料，其特征在于配方按重量百分比由以下原料組成G級水泥、硅粉、微硅粉、復配緩凝劑、硼砂、水、磺化單寧、正辛醇，按重量百分比其中G級水泥為基本單位1，以下原料比例為占水泥重量百分比，硅粉50%、微硅粉5%、復配緩凝劑4%、硼砂1%、水40%、磺化單寧4%、正辛醇0.08%。其為了使大陸科學鉆探施工能夠順利進行，固井質量達到標準，研制出在高溫高壓下具有適宜的初始稠度；良好的流動性、穩(wěn)定性和稠化時間；較小的失水量；較高的結石體強度的固井材料，使固井材料以及凝結后形成的結石體在高溫高壓情況下滿足性能要求。
文檔編號C09K8/467GK102838973SQ201210373350
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月27日 優(yōu)先權日2012年9月27日
發(fā)明者吳景華, 孫友宏, 謝俊革, 仲崇梅, 高成梁, 周明洋, 趙志永 申請人:長春工程學院