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申请/专利权人：中国石油大学(华东)

摘要：本发明公开了一种抗240℃超高温固井水泥浆体系，所述的水泥浆体系包括按质量百分比的组分：油井G级水泥100份、强度稳定剂30～50份、抗强度衰退剂5～15份、晶格生长抑制剂0.3～1份、结构稳定剂1～3份、悬浮稳定剂0.5～5份、缓凝剂0.5～5份、降失水剂4～10份、减阻剂1～3份、消泡剂0.2～1份和水38～60份。本发明的超高温固井水泥浆体系耐温达到240℃，水泥浆流动性好，稠化时间可调，水泥石具有致密的微观结构，抗压强度性能良好，可有效保证超高温深井超深井固井工程的结构耐久性和安全性。

主权项：1.一种抗240℃超高温固井水泥浆体系，其特征在于，按重量份计，包括如下的组分组成：油井G级水泥100份、强度稳定剂30～50份、抗强度衰退剂5～15份、晶格生长抑制剂0.3～1份、结构稳定剂1～3份、悬浮稳定剂0.5～5份、缓凝剂0.5～5份、降失水剂4～10份、减阻剂1～3份、消泡剂0.2～1份和水38～60份；一种抗240℃超高温固井水泥浆体系，其特征在于，具体是指在上述的油井水泥中添加强度稳定剂、抗强度衰退剂、晶格生长抑制剂和结构稳定剂；强度稳定剂降低了体系钙硅比，与水化产物氢氧化钙发生火山灰反应生成更多热稳定性良好、强度高的水化硅酸钙，提高水泥石早期抗压强度；高温水热环境下，抗强度衰退剂中的含铝矿物在水化中后期与水泥发生二次水泥水化反应，抑制了平行针状结构水化产物的生成，并促进了高温稳定水化产物的生成；晶格生长抑制剂作为一种纳米惰性材料，填充于水泥石的孔隙中形成一定的缺陷，为水化产物的形成提供结晶点，促进早期水化反应和提高水泥石的致密度，并在水化中后期形成空间阻力，阻止平行针状结构等脆弱水化产物的生成；结构稳定剂中微米材料和纤维材料均匀异向分布在微米尺度上形成三维交错层次结构，在水泥石受到破坏的过程中延缓裂缝的形成；上述四种材料的复合作用在不同尺度、不同水化阶段对水化产物、晶体形貌、堆积结构产生积极影响，从而控制水泥水化产物，有效调控水泥石微观结构，使油井水泥石力学性能在高温下实现大幅度提升；其中，所述的强度稳定剂的主要成分为石英砂，能够和水泥发生火山灰反应，降低水泥体系的钙硅比，具体制备过程如下：将脉石英初步粉碎成50～80目石英颗粒；采用质量分数为25～37％的浓盐酸和质量分数为5～20％的氢氟酸、水体积比10～15:1～2:10～17混合配制成酸液，采用室温酸浸10～12h，并在100～150rmin的速度中搅拌；通过水洗去除粗矿粒中的杂质；采用球磨机，以料球比1:2，加水比例40～50％，球磨时间30～50min进行研磨，然后分别筛选出粒径为100～200目石英砂作为粗石英砂，筛选出粒径为400～500目石英砂作为细石英砂，将两种石英砂按质量分数23～30:35～47混合均匀得到强度稳定剂，外观为白色固体粉末，密度介于2.65～2.70gcm3，纯度在99.5％以上；其中，所述的晶格生长抑制剂主要是纳米级一维化学惰性材料，一方面发挥物理填充作用填充在微纳米孔隙，增加了水泥石的致密度；另一方面发挥纳米材料的晶核作用，低温时优化水化产物成核位点，促进水化反应，高温时纳米惰性材料形成空间阻力，阻止硬硅钙石晶体和雪硅钙石晶体从片柱状结构向平行针棒状结构的转变；其特征在于，所述的晶格生长抑制剂为纳米碳酸钙、纳米二氧化钛和纳米二氧化锆按质量分数20～43:15～37:25～55混合均匀得到，其中纳米碳酸钙的粒径在60～80nm之间，纳米二氧化钛的粒径在40～80nm之间，纳米二氧化锆的粒径在30～70nm之间；其中，所述的抗强度衰退剂主要为含铝矿物，能够在高温水热条件下参与二次水化反应，抑制了平行针状结构水化产物的生成，并生成高温稳定水化产物铝硅钙石；其特征在于，所述的抗强度衰退剂为偏高岭土、沸石、铝矾土和莫来石按质量分数5～10:12～27:17～32:28～37混合均匀得到，其中偏高岭土的粒径在40～50μm之间，沸石的粒径在75～106μm之间，铝矾土的粒径在58～75μm之间，莫来石的粒径在48～75μm之间；其中，所述的结构稳定剂，具有长径比大、机械强度高和耐高温的特点，可以桥联在油井水泥水化产物之间搭建成三维交错层次的结构，发挥“拔出”和“裂纹偏转”作用，晶体增强剂具体的制备过程是在100份去离子水中，在200～300转分钟搅拌条件下依次加入20～35份无机单晶体材料、5～12份纤维材料，然后加入8～15份正硅酸乙酯，通过稀盐酸调节pH为5.0～6.0，然后升温至60～65℃，搅拌下继续反应50～80分钟，冷却到室温后进行抽滤，放入100～105℃烘箱中干燥18～24h后，制得晶体增强剂；其特征在于，所述的无机单晶体材料是碳酸钙、硼酸铝和硅酸镁无机单晶材料中的一种或组合，纤维材料是碳纤维和玄武岩纤维中的一种或组合；一种抗240℃超高温固井水泥浆体系，其特征在于，所述的降失水剂为N,N-二甲基丙烯酰胺NNDMA、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸AMPS、苯乙烯基磺酸钠SSS和衣康酸IA按质量分数27～40:24～38:10～16:18～27的比例，在50～55℃纯净水中通过亚硫酸氢钠-过硫酸铵引发剂体系发生自由基共聚而得到，其中反应pH为5.5～6.5，反应时间为240～300分钟；一种抗240℃超高温固井水泥浆体系，其特征在于，所述的缓凝剂为2-丙烯基酰胺基-2-甲基丙磺酸AMPS、N,N-二甲基丙烯酰胺DMAA、丙烯酸AA、乙烯基膦酸VPA按质量分数17～30:12～28:25～46:28～57的比例，在40～45℃纯净水中通过过氧化氢引发剂发生自由基共聚而得到，其中反应pH为3.0～3.5，反应时间为360～480分钟；一种抗240℃超高温固井水泥浆体系，其特征在于，所述的悬浮稳定剂为2-丙烯基酰胺基-2-甲基丙磺酸AMPS、N,N-二甲基丙烯酰胺DMAA、苯乙烯基磺酸钠SSS共聚物固体粉末与纳米凹凸棒土、硅酸镁铝按质量分数37～60:9～21:12～28混合均匀而得到。

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