Bfs油井水泥的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于特種水泥技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種BFS油井水泥及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 開(kāi)采石油的工藝過(guò)程很復(fù)雜，首先要在地面鉆井，深度數(shù)百米至幾千米，然后在井 孔內(nèi)插入鋼制套管。為使套管與地層緊密結(jié)合為一體，業(yè)界一直以油井水泥為膠結(jié)材料進(jìn) 行固井施工，從而起到支撐套管和封隔地層的作用，此后還要在不同深度含油地質(zhì)層位進(jìn) 行射孔，以實(shí)現(xiàn)石油的開(kāi)采。由于地質(zhì)條件不同，井下壓力、溫度、地下巖層酸堿性、地下水 等理化參數(shù)差別很大，因此要確保固井質(zhì)量達(dá)到優(yōu)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，難度較大。長(zhǎng)期以來(lái)油田技術(shù)人 員通過(guò)調(diào)整水泥漿配方以及使用新的添加劑等方法來(lái)改善油井水泥性能，雖然取得了一定 效果，但往往在性能參數(shù)方面顧此失彼，一直沒(méi)有找到理想的方法。
[0003] 目前，油田固井施工中主要使用G級(jí)油井水泥，其凝固后形成的水泥石在復(fù)雜的 井底條件下往往會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：
[0004] ①.與鉆井泥漿相容性不好，影響固井質(zhì)量。固井施工就是將水泥漿注入套管與 井壁之間的環(huán)形空間，而地層和套管外壁均不可避免地附著有鉆井過(guò)程留下的泥漿，它會(huì) 嚴(yán)重影響水泥石與地層及水泥石與套管兩個(gè)界面的膠結(jié)強(qiáng)度。這個(gè)問(wèn)題一直是固井界的一 個(gè)技術(shù)難題，包括采用前置液、隔離液清洗措施在內(nèi)的多種方法，但附著泥漿還是很難徹底 清除，兩個(gè)界面出現(xiàn)很多局部膠結(jié)強(qiáng)度不足的問(wèn)題始終存在。
[0005] ②.水泥石后期強(qiáng)度衰退問(wèn)題突出。由于井下溫度、壓力隨深度增加而升高，對(duì)于 數(shù)千米的深井來(lái)說(shuō)，其對(duì)水泥石強(qiáng)度的負(fù)面影響尤為嚴(yán)重。
[0006] ③.水泥石與套管在高溫高壓下變形所產(chǎn)生微小裂縫嚴(yán)重影響地層與套管的膠 結(jié)質(zhì)量。
[0007] ④.在油井深層區(qū)域，油氣活躍，也是腐蝕性介質(zhì)經(jīng)常出現(xiàn)的部位，水泥石會(huì)被硫 酸鹽嚴(yán)重腐蝕，而失去強(qiáng)度。
[0008] ⑤.井下水泥石受射孔產(chǎn)生的應(yīng)力波作用相互疊加，在水泥環(huán)中形成高壓應(yīng)力 區(qū)，造成水泥環(huán)內(nèi)部斷裂或膠結(jié)界面脫開(kāi)、導(dǎo)致水泥環(huán)產(chǎn)生綜合性破壞。如果這種影響波及 開(kāi)采段的周圍，臨近油、水層則造成互竄，達(dá)不到分層開(kāi)采的目的；另外，酸化壓裂等增產(chǎn)措 施也會(huì)使這些裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大、延伸，甚至使水泥環(huán)在某一段的封隔作用徹底失效，給石油 勘探開(kāi)發(fā)帶來(lái)較大經(jīng)濟(jì)損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題：油田大量使用G級(jí)油井水泥進(jìn)行固井施工，但一直存 在固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)率不高的問(wèn)題。其原因主要是G級(jí)油井水泥與鉆井泥漿相容性不良導(dǎo)致局 部膠結(jié)強(qiáng)度不足、水泥石抗震烈韌性不好、后期強(qiáng)度衰退、抗腐蝕性能較差等等。為解決上 述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種BFS油井水泥及其制備方法。
[0010] 本發(fā)明的目的是以下述方式實(shí)現(xiàn)的： 一種BFS油井水泥，包括BFS和熟料，所述BFS和熟料的重量比為20:100~40:100。
[0011] 所述的BFS由以下重量百分比的原料組成：CaO38~46%，Si0236~42%， Al2037 ~20%，MgO4 ~13%，F(xiàn)e2030. 2 ~1%，MnO0? 1 ~1%，S031 ~5%〇
[0012] 所述的熟料由以下重量百分比的原料組成：CaO61~64%，Si0220~23%， Al2033 ~6%，MgO1 ~3%，F(xiàn)e2033 ~6%，S033%〇
[0013] 將BFS和熟料按20:100~40:100配比混合，磨細(xì)至顆粒的比表面積為2800~ 3000cm2/g，即可得到BFS油井水泥。
[0014] BFS俗稱高爐礦渣，為鋼廠高爐冶煉生鐵后排出的高溫礦渣經(jīng)急速冷卻而成。
[0015] BFS油井水泥使用了鋼廠高爐冶煉生鐵后的的副產(chǎn)物，它是由礦石中的土質(zhì)和石 灰石助熔劑在1400°C~1500°C高溫下化合后極冷而成。其突出特點(diǎn)是化學(xué)活性較高，是一 種優(yōu)良的硅酸鹽材料。按特殊設(shè)計(jì)的工藝參數(shù)，經(jīng)研磨加工后用以改善水泥石的力學(xué)特性， 效果非常好。
[0016] 經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)研宄后發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)以玻璃體為主（85% )，具有連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。形成空 間網(wǎng)絡(luò)的是Si02、Al203等氧化物。而Ca+2、Mg+2離子則嵌布在網(wǎng)絡(luò)的空隙里。在硅酸鹽為 主的玻璃體中Si~0、A1~0四面體作為結(jié)構(gòu)單元，它們之間由橋型氧離子通過(guò)Si~0鍵 在頂角結(jié)合成空間網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)硅氧四面網(wǎng)絡(luò)就是它具有潛在化學(xué)活性的主要原因。這就是 BFS油井水泥綜合性能比較優(yōu)異的主要機(jī)理之一。
[0017] 當(dāng)然，BFS活性激發(fā)必須具備一定條件，也就是說(shuō)它單獨(dú)與水?dāng)嚢杌旌鲜遣痪哂心z 凝性的。但遇到水泥水化過(guò)程中析出的0 &(011)2后就會(huì)發(fā)生顯著的變化，其"潛在"的活性 通過(guò)Ca(0H) 2等輔助物料而發(fā)揮出促進(jìn)凝結(jié)硬化作用。
[0018] 比較G級(jí)油井水泥和BFS油井水泥的膠結(jié)力、抗震裂韌性、抗腐蝕性和后期強(qiáng)度等 特性，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1~表4所示。
[0019] 表1膠結(jié)力對(duì)比測(cè)試數(shù)據(jù)
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種BFS油井水泥，其特征在于：包括BFS和熟料，所述BFS和熟料的重量比為 20:100 ~40:100。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的BFS油井水泥，其特征在于：所述的BFS由以下重量百分比 的原料組成：CaO38 ~46%，Si02 36 ~42%，A1203 7 ~20%，Mg0 4 ~13%，F(xiàn)e203 0? 2 ~1%， MnO0. 1 ~1%，S03 1 ~5%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的BFS油井水泥，其特征在于：所述的熟料由以下重量百分比 的原料組成：CaO61 ~64%，Si02 20 ~23%，A1203 3 ~6%，MgO1 ~3%，F(xiàn)e203 3 ~6%，S03 3%〇
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的BFS油井水泥的制備方法，其特征在于：將BFS和熟料按 20:100~40:100配比混合，磨細(xì)至顆粒的比表面積為2800~3000cm2/g，即可得到BFS油 井水泥。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種BFS油井水泥，包括BFS和熟料，所述BFS和熟料的重量比為20:100～40:100。所述的BFS由以下重量百分比的原料組成：CaO 38～46%，SiO2 36～42%，Al2O3 7～20%，MgO 4～13%，F(xiàn)e2O3 0.2～1%，MnO 0.1～1%，SO3 1～5%。所述的熟料由以下重量百分比的原料組成：CaO 61～64%，SiO2 20～23%，Al2O3 3～6%，MgO 1～3%，F(xiàn)e2O3 3～6%，SO3 3%。本發(fā)明采用部分特殊原材料BFS，做了大量不同井深條件下模擬試驗(yàn)，最后確定了最佳組份配比范圍，充分利用這種原材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和化學(xué)活性，使得各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到了良好平衡，因而B(niǎo)FS油井水泥的綜合性能指標(biāo)明顯優(yōu)于G級(jí)油井水泥，實(shí)際工程應(yīng)用效果很好，改善固井質(zhì)量的效果非常明顯。
【IPC分類】C04B7-34, C04B22-06
【公開(kāi)號(hào)】CN104710120
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410707940
【發(fā)明人】李建生, 宮延軍
【申請(qǐng)人】保定保興油田固井材料制造有限公司
【公開(kāi)日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2014年11月30日