一種用于地熱成井的低導熱水泥漿及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種用于地熱成井的低導熱水泥漿及其制備方法，該水泥漿包括以下重量份數的組分：水泥100份、低導熱微球5～30份、增強劑10～30份、降失水劑4.5～6份、早強劑0.5～1份、消泡劑0.2～0.5份、水44～65份。本發明專利技術的用于地熱成井的低導熱水泥漿，具有體系穩定性好、濾失水量低及導熱系數低的優點，抗壓強度高、強度發展快，形成水泥石強度高，在滿足固井施工的同時可以降低水泥石的導熱系數，有效止水的同時能夠降低地熱井在采用過程中熱儲產出水到達井口過程中的溫度損失，提高地熱資源利用率，適用于地熱資源開發技術領域，尤其適用于對降低井筒內熱量損失有技術需求的地熱井的固井和止水作業。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于地熱資源開發
，具體涉及一種用于地熱成井的低導熱水泥 漿，同時還涉及一種用于地熱成井的低導熱水泥漿的制備方法。
技術介紹
地熱能源是21世紀大力推廣的綠色能源，開發利用地熱資源對于緩解我國能源 緊張的形勢，改變能源結構，發展循環經濟，建設資源節約型、環境友好型和諧社會具有十 分重要的意義。地熱井在采水過程中井筒內的熱損失必不可少，熱儲埋深、井筒溫度場決定 井筒內的熱量損失，往往為了滿足工程需要對產出水在地面進行熱泵提溫，地熱井日產水 量高，降低井筒內的熱損失在提高地熱資源利用率的同時具有良好的經濟效益。 目前國內外針對地熱井井筒內的隔熱技術研宄尚鮮有報道，在降低水泥石導熱系 數以及降低導熱系數后如何保證水泥石強度等方面需要進行深入的研宄，低導熱材料的加 入容易造成水泥漿漿體不穩定，固化后形成的水泥石結構不均勻，強度變差，嚴重影響固井 質量。同時因為低導熱材料加量敏感導致水泥漿強度發展及其緩慢，直接影響固井質量。因 此，很有必要開發低導熱系數、抗壓強度高的水泥漿體系，在滿足工程質量的前提下最大程 度降低產出水井筒內的熱量損失。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種用于地熱成井的低導熱水泥漿。 本專利技術的第二個目的是提供一種用于地熱成井的低導熱水泥漿的制備方法。 為了實現以上目的，本專利技術所采用的技術方案是：一種用于地熱成井的低導熱水 泥漿，包括以下重量份數的組分：水泥100份、低導熱微球5~30份、增強劑10~30份、降 失水劑4. 5~6份、早強劑0. 5~1份、消泡劑0. 2~0. 5份、水44~65份。 所述水泥為API G級油井水泥。 所述低導熱微球為無機非金屬材料空心球體。 所述低導熱微球為主要成分是二氧化硅、三氧化二鋁的空心微球。 所述低導熱微球的平均粒徑為40~200 μ m。 所述低導熱微球內充惰性氣體。 所述增強劑為細度彡600m2/Kg的超細水泥。 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（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，二元共聚物的質量濃度為 8% ~12%〇 所述早強劑為硫代硫酸鋁、硅酸鈉、堿式氯化鋁中的任意一種或多種。 所述消泡劑為磷酸三丁酯。 一種上述的用于地熱成井的低導熱水泥漿的制備方法，包括下列步驟： 1)取水泥、低導熱微球和增強劑，混合均勻，得粉料； 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劑，高速攪 拌后，加入消泡劑，混合均勻，即得。 步驟2)中，所述高速攪拌的轉速為8000~12000r/min，攪拌時間為40~80s。 本專利技術的用于地熱成井的低導熱水泥漿中，各組分在水泥漿體系中的作用如下： 低導熱微球：低導熱水泥漿體系的設計原理為在水泥灰中加入低導熱材料外 摻料，從而降低水泥漿體系的導熱系數。低導熱微球是一種導熱系數極低（導熱系數為 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 具有較高的抗壓強度和硬度，對水泥石的抗壓強度影響較小；其加入水泥漿體系后使水泥 漿具有較低的導熱系數。 增強劑：即超細水泥，在油井水泥熟料的基礎上深度磨細，在性能上主要是由于細 度的變化，導致了水化加劇而引起水泥漿各項物理性能的改變。該水泥熟料具有合理的顆 粒級配，比表面積多600m2/Kg，在水泥漿中不僅能發生凝硬性反應，還可進一步充填水泥石 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度，改善水泥石力學性能。 降失水劑：控制水泥漿濾液向地層滲透影響到水泥漿性能。 早強劑：提高水泥漿的早期強度，縮短低導熱水泥漿的稠化時間。 消泡劑：在高速攪拌下配制的水泥漿會產生很多氣泡，若在氣泡沒消散的時候固 化成模，會影響水泥石的強度。消泡劑可降低表面張力，消除水泥漿中的氣泡。 本專利技術的用于地熱成井的低導熱水泥漿，由水泥、低導熱微球、增強劑、降失水劑、 早強劑、消泡劑與水復配而成，具有體系穩定性好、濾失水量低及導熱系數低的優點，抗壓 強度高、強度發展快，形成水泥石強度高，在滿足固井施工的同時可以降低水泥石的導熱系 數，有效止水的同時能夠降低地熱井在采用過程中熱儲產出水到達井口過程中的溫度損 失，提高地熱資源利用率，適用于地熱資源開發
，尤其適用于對降低井筒內熱量損 失有技術需求的地熱井的固井和止水作業。 本專利技術的用于地熱成井的低導熱水泥漿的制備方法，是先將水泥、低導熱微球和 增強劑混合成粉料，再將粉料與水、降失水劑和早強劑混合后，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定性好、濾失水量低及導熱系數低的優點，壓 強度高、強度發展快，形成水泥石強度高；該制備方法工藝簡單，操作方便，可在施工現場現 配現用，成本低，具有廣闊的應用前景。【具體實施方式】 下面結合【具體實施方式】對本專利技術作進一步的說明。 實施例1 本實施例的用于地熱成井的低導熱水泥漿，包括以下重量份數的組分：API G級油 井水泥100份、低導熱微球10份、增強劑10份、降失水劑4. 5份、早強劑0. 75份、消泡劑 0. 2份、水48份。 其中，所述低導熱微球為主要成分是二氧化硅、三氧化二鋁的空心微球，內充惰性 氣體，平均粒徑為50 μ m ;所述增強劑為細度為600m2/Kg的超細水泥；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（質量濃度為10% )，二元共聚物 的分子量為100萬；所述早強劑為硫代硫酸鋁；所述消泡劑為磷酸三丁酯。 本實施例的用于地熱成井的低導熱水泥漿的制備方法，包括下列步驟： 1)取配方量的API G級油井水泥、低導熱微球和超細水泥置于干混機中混合攪拌 3min至混合均勾，得粉料； 2)取配方量的蒸餾水置于高速攪拌器中，以3000r/min的轉速攪拌，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），以lOOOOr/min的轉速高速攪拌60s后，加入配方量的磷酸三丁酯，混 合均勻，即得所述低導熱水泥漿。 實施例2 本實施例的用于地熱成井的低導熱水泥漿，包括以下重量份數的組分：API G級油 井水泥100份、低導熱微球5份、增強劑10份、降失水劑4. 5份、早強劑1份、消泡劑0. 2份、 水44份。 其中，所述低導熱微球為主要成分是二氧化硅、三氧化二鋁的空心微球，內充惰 性氣體，平均粒徑為100 μ m ;所述增強劑為細度為650m2/Kg的超細水泥；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（質量濃度為8% )，二元共聚 物的分子量為150萬；所述早強劑為硅酸鈉；所述消泡劑為磷酸三丁酯。 本實施例的用于地熱成井的低導熱水泥漿的制備方法，包括下列步驟： 1)取配方量的API G級油井水泥、低導熱微球和超細水泥置于干混機中混合攪拌 3min至混合均勾，得粉料； 2)取配方量的蒸餾水置于高速攪拌器中，以3000r/min的轉速攪拌，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），以8000r/min的轉速高速攪拌80s后，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于地熱成井的低導熱水泥漿，其特征在于：包括以下重量份數的組分：水泥100份、低導熱微球5～30份、增強劑10～30份、降失水劑4.5～6份、早強劑0.5～1份、消泡劑0.2～0.5份、水44～65份。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙林，張宇，馮興武，曾欣，仝繼昌，王海娟，韓博宇，
申請(專利權)人：中國石油化工股份有限公司，中國石油化工股份有限公司河南油田分公司石油工程技術研究院，
類型：發明
國別省市：北京;11