[發明專利]適用深水低溫環境的水泥增強劑及其制備方法、水泥漿體系

在審

• 申請號: 202110499006.8
• 申請日: 2021-05-08
• 公開（公告）號: CN113185171A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 劉書杰;黃熠;劉和興;王成龍;彭志剛;鄭勇;毛宇航
• 申請（專利權）人: 中海石油（中國）有限公司湛江分公司;中海石油（中國）有限公司海南分公司
• 主分類號: C04B22/08
• 分類號: C04B22/08;C01B33/26;C04B28/00;C09K8/46;C09K8/467;C04B111/74
• 代理公司: 北京中索知識產權代理有限公司 11640
• 代理人: 唐亭

本發明公開了一種適用深水低溫環境的水泥增強劑及其制備方法、水泥漿體系，所述水泥增強劑為鋁摻雜水化硅酸鈣，且所述鋁摻雜水化硅酸鈣中鋁、硅、鈣各元素的摩爾比為：Ca/Si摩爾比1.5?2.0，Al/Si摩爾比0.08?0.15。本發明能夠提高深水低溫條件下水泥石的早期強度，解決低溫環境水泥石的強度發展緩慢，影響施工安全的問題。本發明通過加入改善C?S?H晶種結構的Al離子，極大的提高了C?S?H晶種的早強性能。本發明具有良好的提高油井水泥石低溫力學抗壓強度的效果，適用于深水低溫環境，能夠有效提升油井水泥早期抗壓強度，保障作業施工的安全。

技術領域

本發明涉及水泥外加劑技術領域，特別涉及一種適用深水低溫環境的水泥增強劑及其制備方法、水泥漿體系。

背景技術

隨著人類社會對能源的依賴及需求的不斷增加，油氣勘探開發已逐漸趨向于深水、超深水區域，相關研究已成為當下人們關注的重點。深水及超深水油氣資源的勘探開發過程中，海洋環境具有溫度低、淺層流和地層破裂壓力低等特點，尤其是固井過程中所面臨的低溫環境嚴重影響了油井水泥水化速率，使水泥石早期強度較低，環空水泥石無法在較短時間內達到足夠的剪切應力來支撐套管重量，導致固井施工候凝時間延長，無法滿足固井快凝早強要求。

加入增強劑是低溫固井中縮短水泥漿候凝時間，提高水泥石早期抗壓強度的主要方法。常用增強劑有無機強電解質和水溶性有機電解質兩種：無機強電解質主要包括氯鹽類、硫酸鹽類、硝酸鹽以及碳酸鹽類；水溶性有機電解質包括三乙醇胺、甲酸鈣等。但許多常用增強劑用于深水低溫環境時會出現套管腐蝕，或堿骨料反應等問題。已有研究表明，由于晶核效應，C-S-H晶種的加入可以提高水泥基材料的力學性能，然而現階段的C-S-H晶種在低溫環境下的增強性能并不足以滿足深水固井需要。

綜上所述，基于目前增強劑的研究現狀及深水油氣資源勘探開發對低溫增強劑的迫切需求，研發一種能夠適用于深水低溫環境的晶種增強劑迫在眉睫。

發明內容

針對上述問題，本發明旨在提供一種適用深水低溫環境的水泥增強劑及其制備方法、水泥漿體系，通過摻入Al離子對C-S-H晶種的晶型結構、增強性能進行優化，極大的提升C-S-H晶種的增強效果，使其能夠滿足深水作業低溫固井的需要，減少候凝時間，提高作業效率以及安全性，實現對深水區域的高效固井施工，保證深水區域油氣資源的安全、高效開發。

本發明的技術方案如下：

一方面，提供一種適用深水低溫環境的水泥增強劑，所述水泥增強劑為鋁摻雜水化硅酸鈣，且所述鋁摻雜水化硅酸鈣中鋁、硅、鈣各元素的摩爾比為：Ca/Si摩爾比1.5-2.0，Al/Si摩爾比0.08-0.15。

作為優選，所述鋁摻雜水化硅酸鈣通過以下組分制備而成：偏硅酸鈉、硝酸鈣、硫酸鋁鉀。

作為優選，所述偏硅酸鈉為無水偏硅酸鈉、五水偏硅酸鈉、九水偏硅酸鈉中的任意一種；所述硝酸鈣為無水硝酸鈣、一水硝酸鈣、四水硝酸鈣中的任意一種；所述硫酸鋁鉀為無水硫酸鋁鉀或十二水硫酸鋁鉀。

作為優選，當所述偏硅酸鈉為九水偏硅酸鈉，所述硝酸鈣為四水硝酸鈣，所述硫酸鋁鉀為十二水硫酸鋁鉀時，按質量份計，制備所述鋁摻雜水化硅酸鈣的各組分原料份數如下：九水偏硅酸鈉42-48份、四水硝酸鈣44-50份、十二水硫酸鋁鉀8-12份。

作為優選，當所述偏硅酸鈉為無水偏硅酸鈉，所述硝酸鈣為無水硝酸鈣，所述硫酸鋁鉀為無水硫酸鋁鉀時，按質量份計，制備所述鋁摻雜水化硅酸鈣的各組分原料份數如下：無水偏硅酸鈉32-38份、無水硝酸鈣55-65份、無水硫酸鋁鉀7-11份。

另一方面，還提供一種適用深水低溫環境的水泥增強劑的制備方法，采用共沉淀法制備鋁摻雜水化硅酸鈣，且所述鋁摻雜水化硅酸鈣中鋁、硅、鈣各元素的摩爾比為：Ca/Si摩爾比1.5-2.0，Al/Si摩爾比0.08-0.15。