一種用于地?zé)岢删牡蛯?dǎo)熱水泥漿及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于地?zé)豳Y源開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于地?zé)岢删牡蛯?dǎo)熱水泥 漿，同時(shí)還涉及一種用于地?zé)岢删牡蛯?dǎo)熱水泥漿的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地?zé)崮茉词?1世紀(jì)大力推廣的綠色能源，開發(fā)利用地?zé)豳Y源對于緩解我國能源 緊張的形勢，改變能源結(jié)構(gòu)，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型和諧社會(huì)具有十 分重要的意義。地?zé)峋诓伤^程中井筒內(nèi)的熱損失必不可少，熱儲(chǔ)埋深、井筒溫度場決定 井筒內(nèi)的熱量損失，往往為了滿足工程需要對產(chǎn)出水在地面進(jìn)行熱泵提溫，地?zé)峋债a(chǎn)水 量高，降低井筒內(nèi)的熱損失在提高地?zé)豳Y源利用率的同時(shí)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
[0003] 目前國內(nèi)外針對地?zé)峋矁?nèi)的隔熱技術(shù)研宄尚鮮有報(bào)道，在降低水泥石導(dǎo)熱系 數(shù)以及降低導(dǎo)熱系數(shù)后如何保證水泥石強(qiáng)度等方面需要進(jìn)行深入的研宄，低導(dǎo)熱材料的加 入容易造成水泥漿漿體不穩(wěn)定，固化后形成的水泥石結(jié)構(gòu)不均勻，強(qiáng)度變差，嚴(yán)重影響固井 質(zhì)量。同時(shí)因?yàn)榈蛯?dǎo)熱材料加量敏感導(dǎo)致水泥漿強(qiáng)度發(fā)展及其緩慢，直接影響固井質(zhì)量。因 此，很有必要開發(fā)低導(dǎo)熱系數(shù)、抗壓強(qiáng)度高的水泥漿體系，在滿足工程質(zhì)量的前提下最大程 度降低產(chǎn)出水井筒內(nèi)的熱量損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種用于地?zé)岢删牡蛯?dǎo)熱水泥漿。
[0005] 本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種用于地?zé)岢删牡蛯?dǎo)熱水泥漿的制備方法。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種用于地?zé)岢删牡蛯?dǎo)熱水 泥漿，包括以下重量份數(shù)的組分：水泥100份、低導(dǎo)熱微球5~30份、增強(qiáng)劑10~30份、降 失水劑4. 5~6份、早強(qiáng)劑0. 5~1份、消泡劑0. 2~0. 5份、水44~65份。
[0007] 所述水泥為API G級(jí)油井水泥。
[0008] 所述低導(dǎo)熱微球?yàn)闊o機(jī)非金屬材料空心球體。
[0009] 所述低導(dǎo)熱微球?yàn)橹饕煞质嵌趸?、三氧化二鋁的空心微球。
[0010] 所述低導(dǎo)熱微球的平均粒徑為40~200 μ m。
[0011] 所述低導(dǎo)熱微球內(nèi)充惰性氣體。
[0012] 所述增強(qiáng)劑為細(xì)度彡600m2/Kg的超細(xì)水泥。
[0013] 所述降失水劑為2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸與丙烯酸的二元共聚物（AMPS)的水 溶液；所述二元共聚物的分子量為100~150萬；所述水溶液中，二元共聚物的質(zhì)量濃度為 8% ~12%〇
[0014] 所述早強(qiáng)劑為硫代硫酸鋁、硅酸鈉、堿式氯化鋁中的任意一種或多種。
[0015] 所述消泡劑為磷酸三丁酯。
[0016] 一種上述的用于地?zé)岢删牡蛯?dǎo)熱水泥漿的制備方法，包括下列步驟：
[0017] 1)取水泥、低導(dǎo)熱微球和增強(qiáng)劑，混合均勻，得粉料；
[0018] 2)將步驟1)所得粉料加入配方量的水中，再依次加入降失水劑和早強(qiáng)劑，高速攪 拌后，加入消泡劑，混合均勻，即得。
[0019] 步驟2)中，所述高速攪拌的轉(zhuǎn)速為8000~12000r/min，攪拌時(shí)間為40~80s。
[0020] 本發(fā)明的用于地?zé)岢删牡蛯?dǎo)熱水泥漿中，各組分在水泥漿體系中的作用如下：
[0021] 低導(dǎo)熱微球：低導(dǎo)熱水泥漿體系的設(shè)計(jì)原理為在水泥灰中加入低導(dǎo)熱材料外 摻料，從而降低水泥漿體系的導(dǎo)熱系數(shù)。低導(dǎo)熱微球是一種導(dǎo)熱系數(shù)極低（導(dǎo)熱系數(shù)為 0. 08~0. iw(m. k))的低密度保溫隔熱材料，也是油氣井固井水泥常用的減輕劑，其本身 具有較高的抗壓強(qiáng)度和硬度，對水泥石的抗壓強(qiáng)度影響較??；其加入水泥漿體系后使水泥 漿具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)。
[0022] 增強(qiáng)劑：即超細(xì)水泥，在油井水泥熟料的基礎(chǔ)上深度磨細(xì)，在性能上主要是由于細(xì) 度的變化，導(dǎo)致了水化加劇而引起水泥漿各項(xiàng)物理性能的改變。該水泥熟料具有合理的顆 粒級(jí)配，比表面積多600m2/Kg，在水泥漿中不僅能發(fā)生凝硬性反應(yīng)，還可進(jìn)一步充填水泥石 孔隙，形成更加致密的水泥石，能夠增加低密度水泥漿抗壓強(qiáng)度，改善水泥石力學(xué)性能。
[0023] 降失水劑：控制水泥漿濾液向地層滲透影響到水泥漿性能。
[0024] 早強(qiáng)劑：提高水泥漿的早期強(qiáng)度，縮短低導(dǎo)熱水泥漿的稠化時(shí)間。
[0025] 消泡劑：在高速攪拌下配制的水泥漿會(huì)產(chǎn)生很多氣泡，若在氣泡沒消散的時(shí)候固 化成模，會(huì)影響水泥石的強(qiáng)度。消泡劑可降低表面張力，消除水泥漿中的氣泡。
[0026] 本發(fā)明的用于地?zé)岢删牡蛯?dǎo)熱水泥漿，由水泥、低導(dǎo)熱微球、增強(qiáng)劑、降失水劑、 早強(qiáng)劑、消泡劑與水復(fù)配而成，具有體系穩(wěn)定性好、濾失水量低及導(dǎo)熱系數(shù)低的優(yōu)點(diǎn)，抗壓 強(qiáng)度高、強(qiáng)度發(fā)展快，形成水泥石強(qiáng)度高，在滿足固井施工的同時(shí)可以降低水泥石的導(dǎo)熱系 數(shù)，有效止水的同時(shí)能夠降低地?zé)峋诓捎眠^程中熱儲(chǔ)產(chǎn)出水到達(dá)井口過程中的溫度損 失，提高地?zé)豳Y源利用率，適用于地?zé)豳Y源開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，尤其適用于對降低井筒內(nèi)熱量損 失有技術(shù)需求的地?zé)峋墓叹椭顾鳂I(yè)。
[0027] 本發(fā)明的用于地?zé)岢删牡蛯?dǎo)熱水泥漿的制備方法，是先將水泥、低導(dǎo)熱微球和 增強(qiáng)劑混合成粉料，再將粉料與水、降失水劑和早強(qiáng)劑混合后，最后加入消泡劑混合均勻制 成的，采用該制備方法所得水泥漿具有體系穩(wěn)定性好、濾失水量低及導(dǎo)熱系數(shù)低的優(yōu)點(diǎn)，壓 強(qiáng)度高、強(qiáng)度發(fā)展快，形成水泥石強(qiáng)度高；該制備方法工藝簡單，操作方便，可在施工現(xiàn)場現(xiàn) 配現(xiàn)用，成本低，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0029] 實(shí)施例1
[0030] 本實(shí)施例的用于地?zé)岢删牡蛯?dǎo)熱水泥漿，包括以下重量份數(shù)的組分：API G級(jí)油 井水泥100份、低導(dǎo)熱微球10份、增強(qiáng)劑10份、降失水劑4. 5份、早強(qiáng)劑0. 75份、消泡劑 0. 2份、水48份。
[0031] 其中，所述低導(dǎo)熱微球?yàn)橹饕煞质嵌趸?、三氧化二鋁的空心微球，內(nèi)充惰性 氣體，平均粒徑為50 μ m ;所述增強(qiáng)劑為細(xì)度為600m2/Kg的超細(xì)水泥；所述降失水劑為2-丙 烯酰胺-2-甲基丙磺酸與丙烯酸的二元共聚物的水溶液（質(zhì)量濃度為10% )，二元共聚物 的分子量為100萬；所述早強(qiáng)劑為硫代硫酸鋁；所述消泡劑為磷酸三丁酯。
[0032] 本實(shí)施例的用于地?zé)岢删牡蛯?dǎo)熱水泥漿的制備方法，包括下列步驟：
[0033] 1)取配方量的API G級(jí)油井水泥、低導(dǎo)熱微球和超細(xì)水泥置于干混機(jī)中混合攪拌 3min至混合均勾，得粉料；
[0034] 2)取配方量的蒸餾水置于高速攪拌器中，以3000r/min的轉(zhuǎn)速攪拌，緩慢加入步 驟1)所得粉料，再依次快速加入降失水劑和硫代硫酸鋁（降失水劑與硫代硫酸鋁的加料過 程控制在30s之內(nèi)），以lOOOOr/min的轉(zhuǎn)速高速攪拌60s后，加入配方量的磷酸三丁酯，混 合均勻，即得所述低導(dǎo)熱水泥漿。
[0035] 實(shí)施例2
[0036] 本實(shí)施例的用于地?zé)岢删牡蛯?dǎo)熱水泥漿，包括以下重量份數(shù)的組分：API G級(jí)油 井水泥100份、低導(dǎo)熱微球5份、增強(qiáng)劑10份、降失水劑4. 5份、早強(qiáng)劑1份、消泡劑0. 2份、 水44份。
[0037] 其中，所述低導(dǎo)熱微球?yàn)橹饕煞质嵌趸?、三氧化二鋁的空心微球，內(nèi)充惰 性氣體，平均粒徑為100 μ m ;所述增強(qiáng)劑為細(xì)度為650m2/Kg的超細(xì)水泥；所述降失水劑為 2_丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸與丙烯酸的二元共聚物的水溶液（質(zhì)量濃度為8% )，二元共聚 物的分子量為150萬；所述早強(qiáng)劑為硅酸鈉；所述消泡劑為磷酸三丁酯。
[0038] 本實(shí)施例的用于地?zé)岢删牡蛯?dǎo)熱水泥漿的制備方法，包括下列步驟：
[0039] 1)取配方量的API G級(jí)油井水泥、低導(dǎo)熱微球和超細(xì)水泥置于干混機(jī)中混合攪拌 3min至混合均勾，得粉料；
[0040] 2)取配方量的蒸餾水置于高速攪拌器中，以3000r/min的轉(zhuǎn)速攪拌，緩慢加入步 驟1)所得粉料，再依次快速加入降失水劑和硅酸鈉（降失水劑與硅酸鈉的加料過程控制在 30s之內(nèi)），以8000r/min的轉(zhuǎn)速高速攪拌80s后，加入配方量的磷酸三丁酯，混合均勻，即 得所述低導(dǎo)熱水泥漿。
[0041] 實(shí)施例3
[0042] 本實(shí)施例的用于地?zé)岢删牡蛯?dǎo)熱水泥漿，包括以下重量份數(shù)的組分：API G級(jí)油 井水泥100份、低導(dǎo)熱微球15份、增強(qiáng)劑15份、降失水劑5份、早強(qiáng)劑0. 9份、消泡劑0. 25 份、水54份。
[0043] 其中，所述低導(dǎo)熱微球?yàn)橹饕煞质嵌趸?、三氧化二鋁的空心微球，內(nèi)充惰 性氣體，平均粒徑為150 μ m ;所述增強(qiáng)劑為細(xì)度為700m2/Kg的超細(xì)水泥；所述降失水劑為 2_丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸與丙烯酸的二元共聚物的水溶液（質(zhì)量濃度為12% )，二元共 聚物的分子量為110萬；所述早強(qiáng)劑為堿式氯化鋁；所述消泡劑為磷酸三丁酯。
[0044] 本實(shí)施例的用于地?zé)岢删牡蛯?dǎo)熱水泥漿的制備方法，包括下列步驟：