本發(fā)明涉及一種低密度水泥漿用活性減輕材料，屬油井水泥用外摻料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

低密度水泥漿是為適應(yīng)多種復(fù)雜固井而開發(fā)的一類特殊水泥漿體系，主要應(yīng)用于：易漏失地層和低壓力梯度地層固井，封固氣井或地層中含有嚴(yán)重腐蝕性水或氣的油井，超深井固井，欠平衡鉆井配套固井。針對這些情況應(yīng)用低密度水泥漿體系主要能降低水泥漿柱的靜壓力，防止水泥漿漏失和儲層污染，保護油氣層還能保護套管免遭腐蝕，在較低的泵壓下獲得較好的固井質(zhì)量。

減輕材料作為低密度水泥漿的重要外摻料，主要用來調(diào)節(jié)水泥漿密度，以降低固井作業(yè)中的環(huán)空液柱壓力，防止壓漏薄弱地層，提高固井質(zhì)量。調(diào)研發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外常用的減輕材料多為漂珠和玻璃微珠。然而長期固井實踐表明，漂珠由于其自身材料特性的限制，由其配制的低密度水泥漿主要存在以下兩個問題。其一，由于漂珠自身密度小（0.7g/cm³），與水泥密度相比相差懸殊，極易上浮，使得漿體穩(wěn)定性難以控制。其二，漂珠薄弱的壁層，使得其機械剪切性和耐壓性較差，因此，在拌漿的高剪切作用下或井底高壓條件下，漂珠可能破碎或者破裂，導(dǎo)致其有效含量降低，大量水滲入球體，引起水泥漿密度急劇上升，同時在固井的過程中也會帶來巨大的風(fēng)險，諸如壓漏井壁、閃凝等施工事故，因此，該體系一般用于淺井作業(yè)。玻璃微珠盡管可以克服漂珠體系的不足，但由于玻璃微珠價格昂貴，由其配制的低密度水泥漿體系成本較高，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。

因此，亟需開發(fā)一種比微珠價廉，不存在漂珠水泥體系缺陷且性能接近或者優(yōu)于漂珠的新型減輕材料來設(shè)計低密度水泥漿。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：提供一種低密度水泥漿用活性減輕材料及其制備方法，該減輕材料質(zhì)輕，價廉，抗壓抗剪切并且具有一定活性，可配制綜合性能良好，密度為1.25～1.5g/cm³的低密度水泥漿體系。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種低密度水泥漿用活性減輕材料，其特征在于:它由下述重量份的原料制成：

雙酚F型環(huán)氧樹脂 100份

偶聯(lián)劑 0.5—2份

活性填料 15—30份

固化劑 10—25份

所述的活性材料由礦渣和超細(xì)粉煤灰混合制成；其中礦渣和超細(xì)粉煤灰的質(zhì)量比為2:1。

所述的固化劑為異佛爾酮二胺。

所述的偶聯(lián)劑為γ―氨丙基三乙氧基硅烷 。

上述低密度水泥漿用活性減輕材料的制備方法包含以下步驟：

1）、稱取設(shè)定量雙酚F型環(huán)氧樹脂，將其加熱至80—90℃，

2）、 在雙酚F型環(huán)氧樹脂中，攪拌條件下加入偶聯(lián)劑，并充分?jǐn)嚢?5～20min，隨后緩慢加入活性填料，并攪拌均勻，

3）、活性填料攪拌均勻后加入固化劑，然后在90℃以上條件下固化2h，待冷卻，得，低密度水泥漿用活性減輕材料固化物，

4）、將上述低密度水泥漿用活性減輕材料固化物粉碎，過200目篩，得，低密度水泥漿用活性減輕材料成品。

為表明本發(fā)明制備的產(chǎn)品性能，對其進行了活性減輕材料的抗剪切性及抗壓性檢測，其結(jié)果如下：

1、抗剪切性

分別以漂珠和本發(fā)明制備的產(chǎn)品為減輕劑，設(shè)計了密度為1.25g/cm³低密度水泥漿，依據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19139-2012《油井水泥試驗方法》，在不同剪切速率下（4000r/min，8000r/min，12000r/min）拌漿，剪切時間為50s，配漿結(jié)束后進行水泥漿密度測試，結(jié)果見表1。

由表1看出，活性減輕材料低密度水泥漿在不同剪切速率下，其密度基本不變，顯示了良好的抗剪切性。而剪切速率對漂珠低密度水泥漿體系密度的影響較大，且剪切速率越大，水泥漿密度變化越顯著，這是由于在高剪切速率下，更多的漂珠被打碎，漂珠的有效體積大大減少，從而水泥漿密度增加明顯。

2、抗壓性

分別以漂珠和本發(fā)明制備的產(chǎn)品為減輕劑，設(shè)計了密度為1.25g/cm³低密度水泥漿，依據(jù)API規(guī)范10，配漿攪拌速度為4000r/min，攪拌時間為50s，配漿結(jié)束后測水泥漿密度。然后，將上述水泥漿在增壓稠化儀中進行增壓（20MPa，40MPa，60MPa）養(yǎng)護，養(yǎng)護時間為90min，養(yǎng)護結(jié)束后再進行水泥漿密度測試，結(jié)果見表2。

由表2，活性減輕材料低密度水泥漿在不同養(yǎng)護壓力下，其密度保持不變，顯示了良好的抗壓性。而漂珠低密度水泥漿體系密度的隨著氧化壓力的升高呈現(xiàn)增加趨勢，這是由于漂珠的承壓能力較差，漂珠被壓裂，其壁面滲透率增加，漿體中的水通過漂珠表面的裂縫滲入其內(nèi)部，引起水泥漿密度增加。

本發(fā)明的有益效果在于：

（1）、本發(fā)明的減輕材料為有機樹脂復(fù)合材料，有機樹脂自身密度較小（≈1g/cm³），因此賦予材料質(zhì)輕的特性；（2）相對于空心漂珠而言，該材料為“實心”，在水泥漿中具有良好的抗剪切性和抗壓性能，克服了漂珠易碎不耐壓的缺陷；（3）活性填料粉煤灰和礦渣的加入賦予減輕材料一定活性，由于礦渣和粉煤灰均具有火山灰特性，并且兩者的組成、形態(tài)及反應(yīng)機制互補，可與水泥的水化產(chǎn)物氫氧化鈣反應(yīng)生成有利于水泥石抗壓強度發(fā)展的物質(zhì)，有助于低密度水泥漿早期強度的發(fā)展。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制備的產(chǎn)品紅外圖譜。

具體實施方式

實施例1：

稱取100g雙酚F型環(huán)氧樹脂，在90℃條件下加熱至流動性良好，在不斷攪拌條件下加入0.5gKH550，充分?jǐn)嚢?5min，隨后緩慢加入15g礦渣和粉煤灰混合物（礦渣10g，粉煤灰5g），攪拌至分散均勻，最后加入10g異佛爾酮二胺，在90℃條件下固化2h，待冷卻后，將上述固化產(chǎn)物粉碎，過200目篩，即可得到活性減輕材料，其紅外譜圖見圖1。

實施例2：

稱取100g雙酚F型環(huán)氧樹脂，在90℃條件下加熱至流動性良好，在不斷攪拌條件下加入2gKH550，充分?jǐn)嚢?0min，隨后緩慢加入30g礦渣和粉煤灰混合物（礦渣20g，粉煤灰10g），攪拌至分散均勻，最后加入25g異佛爾酮二胺，在95℃條件下固化2h，待冷卻后，將上述固化產(chǎn)物粉碎，過200目篩，即可得到活性減輕材料。

實施例3：

稱取100g雙酚F型環(huán)氧樹脂，在80℃條件下加熱至流動性良好，在不斷攪拌條件下加入1.5gKH550，充分?jǐn)嚢?0min，隨后緩慢加入24g礦渣和粉煤灰混合物（礦渣16g，粉煤灰8g），攪拌至分散均勻，最后加入18g異佛爾酮二胺，在95℃條件下固化2h，待冷卻后，將上述固化產(chǎn)物粉碎，過200目篩，即可得到活性減輕材料。

實施例4：

稱取100g雙酚F型環(huán)氧樹脂，在85℃條件下加熱至流動性良好，在不斷攪拌條件下加入1.2gKH550，充分?jǐn)嚢?0min，隨后緩慢加入18g礦渣和粉煤灰混合物（礦渣12g，粉煤灰6g），攪拌至分散均勻，最后加入20g異佛爾酮二胺，在95℃條件下固化2h，待冷卻后，將上述固化產(chǎn)物粉碎，過200目篩，即可得到活性減輕材料。