[發明專利]耐高溫固井水泥及井下耐高溫固井水泥漿及固井工藝方法

有效

• 申請號: 201210147386.X
• 申請日: 2012-05-11
• 公開（公告）號: CN102660241A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 儲錦英;楊浩
• 申請（專利權）人: 無錫維視科技有限公司
• 主分類號: C09K8/467
• 分類號: C09K8/467;E21B33/13
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;趙鎮勇

技術領域

本發明涉及一種固井技術，尤其涉及一種耐高溫固井水泥及井下耐高溫固井水泥漿及固井工藝方法。

背景技術

在地層-水泥環-套管組合體中，地層力學參數、強度參數屬原始數據，一般認為是不變的。套管的力學和強度參數隨套管鋼級的不同而不同，理論上套管強度的提升還有空間，但也不會有太大余地，而且研發成本高昂。相對而言，水泥環由于是現場調配水泥漿灌注而成，因此其性能可以在更大程度上為人所控制。因而水泥環控制空間還很大，可以而且必須要發揮更大的作用。近年來，科研人員對水泥環的性能與作用進行了一些研究。

鄧金根等人通過室內實驗和數值模擬指出：增大水泥環彈性模量對減緩套管外載比較有效。這些研究忽視了地層載荷的傳遞問題：先前的研究大都注意到了從水泥環到套管的載荷傳遞效率，而把地層載荷作為常量加在水泥環上。實際上根據彈性力學的多層管理論，如果將地層視為厚壁筒（等同于無限大平面），而將遠場地應力視為不變載荷，那么從地層到水泥環也存在壓力傳遞效率問題。也就是說，井壁圍巖應力將隨著水泥環彈性參數的變化而變化，而不是定值。

很多研究人員逐漸認識到原來研究的不足，考慮了井壁圍巖應力隨水泥環彈性參數的變化。李軍等采用有限元方法、解析方法以及厚壁圓筒理論，研究指出理想水泥環的性能應該是“高強度、低彈性”，利用高強度抵抗地層載荷，同時利用低彈性模量來降低載荷傳遞系數，從而達到保護套管的目的。但水泥石從其力學性能試驗結果看，抗壓強度小于30MPa，彈性模量為17～18GPa，說明其強度還不夠強，“塑性”程度還不夠高。另外，水泥還容易破碎、脫落、硅裂，無法滿足日益提高的現場施工要求。如果能將水泥的剛度進一步降低，則可大大改善套管受力狀況。從目前水泥工藝技術的現狀看，高強度往往與大剛度相伴而生。如何在強度提高的同時降低其脆性是推廣應用高性能水泥的重要研究課題。

Ghosh在高溫（232℃）、高壓（13.8MPa)范圍內研究了水泥的彈性和強度。水泥包含不同比例的高鈣褐煤粉煤灰和一定比例的凝聚硅粉。發現溫度上升，強度和靜彈性模量逐漸惡化。溫度增加，漿體發生了物理化學轉化?？梢娫擉w系抗壓強度不高，而且耐溫性能在232℃以下時已經下降。這是由于實驗使用的是非耐高溫水泥，常規油井耐溫性能一般小于200℃。孫清德指出國外研究的柔性人工井壁彈性模量一般小于10GPa，抗壓強度最高達39.2MPa，但是耐溫性不超過200℃。主要是在水泥中加入了柔性外加劑，如硫化橡膠。

在復合材料應用方面也有些無機材料（水泥）添加有機材料的研究：在水泥中加入凝膠、纖維、水乳樹脂、膠乳、橡膠粉、高分子聚合物等材料形成具有一定韌性和強度的復合材料，但實驗溫度都在100℃以內。具有“高壓、低彈性”國外復合無機材料研制的耐溫性能高達350℃，但沒有提及具體使用的材料及比例。

目前，井下使用的水泥體系主要是硅酸鹽體系，使用的水泥固井材料抗壓強度小于30MPa、彈性模量為17～18GPa，說明其強度還不夠強，“塑性”程度還不夠高。同時，耐溫性能沒有高于200℃。

發明內容

本發明的目的是提供一種耐溫達到800℃、耐壓大于60MPa、彈性模量低于10GPa的耐高溫固井水泥及井下耐高溫固井水泥漿及固井工藝方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

本發明的耐高溫固井水泥，包括以下組份：鋁酸一鈣、硅酸二鈣、檸檬酸，其中兩種主要組份的重量份分別為：

鋁酸一鈣：65份－95份；

硅酸二鈣：5份－35份。

本發明的井下耐高溫固井水泥漿，包括上述的耐高溫固井水泥和清水，所述耐高溫固井水泥和清水所占的重量份分別為50－56份和44－50份；

所述檸檬酸為緩凝劑，該組份在耐高溫固井水泥漿中所占的重量份為0.5－1.5份，該組分控制所述井下耐高溫固井水泥漿的稠化時間在2-9小時。

本發明的固井工藝方法，包含以下步驟：

A、用上述的耐高溫固井水泥配制井下耐高溫固井水泥漿；

B、應用步驟A所配制的井下耐高溫固井水泥漿進行固井。

由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明提供的耐高溫固井水泥及井下耐高溫固井水泥漿及固井工藝方法，由于使用所限定組份的鋁酸鹽體系水泥，耐溫達到800℃、耐壓大于60MPa、彈性模量低于10GPa，不僅可以應用在稠油注熱井中，注入的蒸汽溫度高達350℃，還可以應用在超深井、特深井、地熱井中。

具體實施方式

下面將對本發明實施例作進一步地詳細描述。