CN1298655C - 快硬早强油井水泥 - Google Patents
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Abstract
本发明属于一种可用于油田表层、浅层固井的快硬早强油井水泥，由硅酸三钙(C3S)，铝酸三钙(C3A)，三氧化硫(SO3)，硅酸二钙(C2S)，铁铝酸四钙(C4AF)等矿物组份组成，特征是其中C3A(重量)＞4.5%至C3A＝8%、C4AF为10～15%，制备的水泥具有早期抗压强度高、稠化时间可调范围大、可泵时间长、低失水、微膨胀、候凝时间短等物理性能。
Description
技术领域
本发明涉及水泥，特别是一种可用于油田表层、浅层固井的快硬早强油井水泥。
背景技术
目前，油田表层固井、浅层固井普遍采用的是A级油井水泥，为了达到油井的固井要求，往往采用油井水泥加多种外加剂的方法，而这种方法使得现场施工工作量大、工序复杂繁锁，固井周期长，固井成本大大提高(一般油田固井所用外加剂的价值几乎等于固井所用水泥的价值)，在特殊的地质条件下，采用现有的油井水泥和固井方法，其固井质量难以保证。如中原石油勘探局固井工程处提供的在我国吉林省松原地区采用现有G级、A级油井水泥及固井方法进行固井的情况，由于松原地区周边注水井多，在固井前虽已关闭，但未卸压，在静止状态下，高压水很容易干扰水泥浆胶结，导致了固井质量差。根据油田固井作业要求节约成本、缩短候凝时间、以利加快钻井速度的发展方向，为满足这一市场需要，有必要开发新的油井水泥。
发明内容
为了克服现有技术的不足，解决目前油田固井用油井水泥存在的问题，本发明提供一种快硬早强油井水泥。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
快硬早强油井水泥，其特征在于其矿物组份和重量百分比为：
硅酸三钙50～65，铝酸三钙1～8，三氧化硫1.5～3.5，铁铝酸四钙10～15，其余为硅酸二钙和其它微量元素。
本发明的快硬早强油井水泥在使用情况下可加入0～5％早强剂，其早强剂为CaCl2、Na2SO4或者三乙醇胺等。
实施快硬早强油井水泥的制备工艺，其特征在于根据水泥组份要求配制、煅烧的熟料在水泥粉磨制备时掺入外掺料，外掺料的水份含量小于1.0％，入磨粒度小于25mm，掺入量为0～10％，所述的外掺料为石灰石、煤矸石、尾矿或者其组合。
本发明的有益效果在于它具有早期强度高、低失水、微膨胀、候凝时间短等优异性能。
(1)本发明的油井水泥早期强度高。在相同的条件下，它比目前各类油井水泥的早期强度发展快，且强度高。本水泥在38℃、常压条件下8小时强度要求6.5MPa，实际高达7.5MPa以上，而A级油井水泥在同样条件下国家标准要求不小于1.7MPa，实际强度为4.5MPa左右；本发明水泥在38℃、常压条件下，24小时强度要求15MPa以上，实际强度高达20MPa左右，而A级油井水泥在同样条件下国家标准要求不小于12.4MPa，实际强度为15MPa左右。
本发明水泥掺入0～5％的早强剂(如：CaCl2)，在满足施工的初始稠度和稠化时间前提下，38℃、常压条件下，8小时强度高达15MPa以上。水泥石射孔的强度要求为13.8MPa，所以本发明水泥与A级油井水泥相比，可以在掺加少量早强剂的情况下，很快达到水泥石射孔强度要求，具有快硬早强的性能，油井现场使用中缩短了固井周期。
(2)初始稠度与稠化时间完全满足油田表层、浅层固井，且具有稠化时间可调范围大，可泵时间长。本发明水泥其水泥浆在0.44的水灰比，40℃、20MPa、20分钟升温的条件下，稠化时间＞90min，可泵时间70～90分钟(0～40BC)，15～30min的稠度不超过25BC。掺入0～5％的早强剂CaCl2，稠化时间可调至40～70min，15～30min的稠度小于30.0BC。解决了以往油田采用油井水泥掺加外加剂的方法难以克服的初始稠度与稠化时间矛盾的难题。
(3)具有游离液低，失水少，微膨胀的特点。其水泥浆在0.44水灰比、常温、常压的条件下，游离液小于2.0ml，实际试验结果游离液几乎为0；在0.44水灰比、40℃、7MPa压力条件下，原浆的API、30分钟失水量小于1100ml，而常规油井水泥在同样条件下API、30分钟失水量大于1500ml。低降失水有利于提高固井质量，且水泥石无干缩现象，具有微膨胀特点。
由于具有上述特点，在实际使用中，本发明的快硬早强油井水泥可缩短完井周期，在不加或少加外加剂的情况下就能达到现场施工要求，因而节约了固井成本。在低温下也能实现高早强性能，从而拓宽了水泥的使用范围。所具有的低游离液特点能保护油气产层，微膨胀提高了水泥石与套管、井壁的胶结能力，有利于提高固井质量，与常规油井水泥相比，更加适合于油田表层、浅层固井的要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
矿物组份：硅酸三钙(C3S)50.44％，铝酸三钙(C3A)7.67％，三氧化硫(SO3)1.94％，硅酸二钙(C2S)26.03％，铁铝酸四钙(C4AF)10.18％，其余为氧化镁、氧化钛、碱含量等微量元素。
按该组份生产的快硬早强油井水泥，在0.44水灰比、40℃、20MPa、20分钟升温的条件下，15～30分钟初始稠度为20.0BC，稠化时间为129分钟；在0.44的水灰比、常压条件下，38℃、8小时抗压强度为7.5MPa，24小时抗压强度为18.5MPa；在0.44的水灰比、常温、常压条件下，水泥浆游离液为0.2ml。
掺入1.5％早强剂(选用CaCl2)：
在0.44的水灰比、40℃、20MPa、20分钟升温条件下，15～30分钟初始稠度为25.0BC，稠化时间61分钟；在0.44的水灰比、常压条件下，38℃、8小时抗压强度为16.7MPa。
实施例2：
矿物组份：硅酸三钙(C3S)53.54％，铝酸三钙(C3A)7.49％，三氧化硫(SO3)2.21％，硅酸二钙(C2S)21.59％，铁铝酸四钙(C4A F)10.12％，其余为氧化镁、氧化钛、碱含量等微量元素，外掺石灰石1.0％。
按该组份生产的快硬早强油井水泥，在0.44水灰比、40℃、20MPa、20分钟升温的条件下，15～30分钟初始稠度为15.0BC，稠化时间为121分钟；在0.44的水灰比、常压条件下，38℃、8小时抗压强度为8.0MPa，24小时抗压强度为20.5MPa；在0.44的水灰比、常温、常压条件下，水泥浆游离液为0.6ml。
掺入2.0％早强剂(选用CaCl2)：
在0.44的水灰比、40℃、20MPa、20分钟升温条件下，15～30分钟初始稠度为26.0BC，稠化时间56分钟；在0.44的水灰比、常压条件下，38℃、8小时抗压强度为19.3MPa。
本发明水泥生料与熟料的生产设备和z-E流程与其它油井水泥的生产设备和工艺流程基本相同(省略生产工艺流程图)，区别主要在于根据其水泥组份要求而配制、煅烧的熟料在水泥粉磨制备时掺入了0～l0％的外掺料。该外掺料为石灰石、煤矸石、尾矿的其中一种或者任意一种组合，经破碎、烘干后于水泥粉磨制备时掺入，其水份含量小于1.0％，入磨粒度小于25mm。
以上两个实施例的指标均能大大超过标准要求，经现场固井使用性能良好，固井质量为优。
快硬早强油井水泥与A级油井水泥的物理性能对比：
| 品种 | 水质 | 水灰比 | 外加剂品种 | 15-30min稠度BC | 0-40BC可泵时间m1n | 40℃、20MPa稠化时间min | 38℃、8h强度MPa | 38℃、24h强度MPa | 游离液ml | |
| A级油井水泥 | 要求 | 蒸馏水 | 0.46 | / | ≤30.0 | / | ≥90* | ≥1.7 | ≥12.4 | / |
| 实际 | 蒸馏水 | 0.46 | / | 16.8 | / | 151* | 4.5 | 14.9 | / | |
| 快硬早强油井水泥 | 要求 | 蒸馏水 | 0.44 | / | ≤25.0 | ≥75 | ≥90 | ＞6.5 | ＞15.0 | ≤2.0 |
| 实际 | 蒸馏水 | 0.44 | / | 15.0 | 89 | 124 | 8.1 | 20.1 | 0.1 | |
| 要求 | 自来水 | 0.44 | CaCl2 | ≤30.0 | / | 40-70 | ＞15.0 | / | / | |
| 实际 | 自来水 | 0.44 | CaCl2 | 22.0 | 37 | 53 | 18.0 | / | / | |
注：*A级油井水泥在45℃、26.7MPa条件下的稠化时间。
Claims (2)
1、一种快硬早强油井水泥，其特征在于：矿物组份和重量配比为：
硅酸三钙C3S50.44％
铝酸三钙C3A7.67％
三氧化硫SO31.94％
硅酸二钙C2S26.03％
铁铝酸四钙C4AF10.18％
其余为微量元素。
2、一种快硬早强油井水泥，其特征在于：矿物组份和重量配比为：
硅酸三钙C3S53.54％
铝酸三钙C3A7.49％
三氧化硫SO32.21％
硅酸二钙C2S21.59％
铁铝酸四钙C4AF10.12％
其余为微量元素，并且上述熟料在水泥粉磨制备时外掺石灰石1.0％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Chengdu Jiahua special engineering material Co.,Ltd. Assignor: SICHUAN JIAHUA ENTERPRISE (Group) Co.,Ltd. Contract record no.: 2010510000111 Denomination of invention: Quick-hardening earyly-strenthening cement for oil well Granted publication date: 20070207 License type: Exclusive License Open date: 20031112 Record date: 20101108 |
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| C56 | Change in the name or address of the patentee |
Owner name: JIAHUA SPECIAL CEMENT CO., LTD. Free format text: FORMER NAME: SICHUAN JIAHUA ENTERPRISE (GROUP) CORP., LTD. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 614003 Ma'anshan City, Sichuan Province, No. nine Feng Road, No. 2, Patentee after: JIAHUA SPECIAL CEMENT Co.,Ltd. Address before: 614003 Ma'anshan City, Sichuan Province, No. nine Feng Road, No. 2, Patentee before: SICHUAN JIAHUA ENTERPRISE (Group) Co.,Ltd. |
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| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20070207 |