本發(fā)明屬于頁巖氣開發(fā)中固井，更具體地，涉及一種低滲彈韌性固井水泥漿體系及其制備方法。

背景技術：

1、隨著全球能源需求的持續(xù)攀升，特別是在油氣資源領域，我國面臨著日益嚴峻的能源安全挑戰(zhàn)，能源對外依存度居高不下成為亟待解決的問題。在積極探索多元化能源供應路徑的同時，頁巖氣作為一種清潔、高效的能源資源，其開發(fā)利用對于緩解我國能源壓力、優(yōu)化能源結構具有重要意義。目前，頁巖氣開發(fā)主要依賴于水力壓裂和二氧化碳壓裂技術。然而，這些技術均存在顯著的局限性。新出現(xiàn)的技術如高能氣體沖擊壓裂、甲烷燃爆壓裂，這類技術使用瞬間產(chǎn)生的高溫高壓氣體致裂目標儲層，易對井筒完整性產(chǎn)生破壞，會嚴重影響到頁巖氣田的高效開發(fā)。具體地，在壓裂過程中，瞬間的沖擊力強烈作用于水泥環(huán)，易造成其沖擊壓碎。加卸載過程中，若荷載超出臨界強度時，水泥環(huán)會超過塑性變形極限并會產(chǎn)生微環(huán)隙。隨著壓力釋放，這些微環(huán)隙逐漸擴展，加之溫度、化學侵蝕等多重因素作用，加劇水泥環(huán)失效風險。水泥環(huán)的力學破損及密封失效直接威脅井筒完整性，進而影響開采作業(yè)效率與安全。

2、現(xiàn)有技術中，一些現(xiàn)有技術在使用單種材料(改性天然巖瀝青)增韌時未考慮彈性，這直接導致了其抵抗形變能力的不足，進而易誘發(fā)微環(huán)隙的形成。同時，這些現(xiàn)有技術滲透性變化的具體影響尚待明確，因此其防止氣體竄流及阻止?jié)B吸作用的能力存疑。此外，抗沖擊性能也未經(jīng)檢測驗證。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有技術中的問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的第一方面，提供一種低滲彈韌性固井水泥漿體系，包括：

3、各組分以重量份計，100份的油井水泥、35.6份的水、4～6份的降失水劑、4～6份的增強劑、2～3份的膨脹劑、0.3～0.5份的緩凝劑、0.5～1份的分散劑、0.5～1份的消泡劑、0.5～1份的聚丙烯纖維、10～15份的膠乳及0.5～1份的膠乳穩(wěn)定劑；

4、所述聚丙烯纖維長度為8～10mm，當量直徑為32～36μm；

5、所述膠乳為丁苯橡膠膠乳，所述膠乳為乳化聚合物，所述膠乳中的球狀聚合物顆粒以乳狀懸浮液形態(tài)存在，粒徑在0.05～0.5μm；

6、所述膠乳穩(wěn)定劑為表面活性劑類穩(wěn)定劑。

7、進一步地，所述油井水泥為g級高抗硫酸鹽油井水泥。

8、進一步地，所述降失水劑為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸聚合物類。

9、進一步地，所述增強劑為無機增強劑，所述增強劑中二氧化硅含量在92％以上。

10、進一步地，所述膨脹劑為無機晶格膨脹型處理劑。

11、進一步地，所述緩凝劑是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸聚合物類高溫緩凝劑。

12、進一步地，所述分散劑是丙酮-甲醛縮聚物類。

13、進一步地，所述消泡劑為聚醚改性有機硅膠乳消泡劑。

14、按照本發(fā)明的第二方面，提供一種低滲彈韌性固井水泥漿體系的制備方法，包括以下步驟：

15、s1，稱取原料，各組分以重量份計，稱取100份的油井水泥、35.6份的水、4～6份的降失水劑、4～6份的增強劑、2～3份的膨脹劑、0.3～0.5份的緩凝劑、0.5～1份的分散劑、0.5～1份的消泡劑、0.5～1份的聚丙烯纖維、10～15份的膠乳及0.5～1份的膠乳穩(wěn)定劑；

16、s2，制備干料，將所述油井水泥、增強劑及膨脹劑混合均勻得到干料混合物；

17、s3，制備濕料，在所述水中先加入消泡劑，再依次加入的降失水劑、緩凝劑、分散劑、膠乳穩(wěn)定劑及膠乳，以4000±200轉(zhuǎn)/分的低速攪拌均勻制成配漿液；

18、s4，制備水泥漿體系，室溫下將所述s1中得到的干料混合物分批次加入至所述s2中得到的配漿液中先以4000±200轉(zhuǎn)/分的低速后12000±500轉(zhuǎn)/分的高速攪拌，攪拌均勻后分批次加入分散后的聚丙烯纖維，得到目標水泥漿體系。

19、總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，能夠取得下列有益效果：

20、1.本發(fā)明的一種低滲彈韌性固井水泥漿體系，在標準固井水泥漿基礎上使用膠乳和聚丙烯纖維兩種增韌材料進行復配增韌，減小強度的降低，提高油井水泥石的致密性、彈韌性與抗沖擊性能，為固井質(zhì)量的改善提供保障；將膠乳加入硅酸鹽水泥，在水泥石缺陷和微裂縫處形成的柔性聚合物膜分散水泥石內(nèi)部的應力，增大了水泥石的形變能力、抗沖擊能力和防氣竄能力，從而提高了水泥石的彈韌性和長期封固能力；膠乳會少量降低水泥石抗壓強度，加入聚丙烯纖維可以提升水泥石的抗壓強度，二者復配保證流動性、強度的前提下降低彈性模量，使得固井水泥環(huán)的脆性降低。

21、2.本發(fā)明的一種低滲彈韌性固井水泥漿體系，通過選擇適當尺寸的聚丙烯纖維不僅可以防止微裂紋的產(chǎn)生，還可以降低基體的孔隙率，從而提高抗?jié)B能力；加入膠乳與纖維復配降低纖維結團影響，減小纖維對水泥漿流動性的影響，保證固井水泥漿流動性要求。

技術特征：

1.一種低滲彈韌性固井水泥漿體系，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的低滲彈韌性固井水泥漿體系，其特征在于，所述油井水泥為g級高抗硫酸鹽油井水泥。

3.根據(jù)權利要求1所述的低滲彈韌性固井水泥漿體系，其特征在于，所述降失水劑為2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸聚合物類。

4.根據(jù)權利要求1所述的低滲彈韌性固井水泥漿體系，其特征在于，所述增強劑為無機增強劑，所述增強劑中二氧化硅含量在92％以上。

5.根據(jù)權利要求1所述的低滲彈韌性固井水泥漿體系，其特征在于，所述膨脹劑為無機晶格膨脹型處理劑。

6.根據(jù)權利要求1所述的低滲彈韌性固井水泥漿體系，其特征在于，所述緩凝劑是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸聚合物類高溫緩凝劑。

7.根據(jù)權利要求1所述的低滲彈韌性固井水泥漿體系，其特征在于，所述分散劑是丙酮-甲醛縮聚物類。

8.根據(jù)權利要求1所述的低滲彈韌性固井水泥漿體系，其特征在于，所述消泡劑為聚醚改性有機硅膠乳消泡劑。

9.一種如權利要求1-8任一項所述的一種低滲彈韌性固井水泥漿體系的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術總結
本發(fā)明公開了一種低滲彈韌性固井水泥漿體系，包括，各組分以重量份計，100份的油井水泥、35.6份的水、4～6份的降失水劑、4～6份的增強劑、2～3份的膨脹劑、0.3～0.5份的緩凝劑、0.5～1份的分散劑、0.5～1份的消泡劑、0.5～1份的聚丙烯纖維、10～15份的膠乳及0.5～1份的膠乳穩(wěn)定劑；所述聚丙烯纖維長度為8～10mm，當量直徑為32～36μm；所述膠乳為丁苯橡膠膠乳，所述膠乳為乳化聚合物，所述膠乳中的球狀聚合物顆粒以乳狀懸浮液形態(tài)存在，粒徑在0.05～0.5μm；所述膠乳穩(wěn)定劑為表面活性劑類穩(wěn)定劑；還公開了制備方法；實現(xiàn)對水泥漿流動性、韌性、抗?jié)B性等性能的改良。

技術研發(fā)人員：李宜宣,鄧守春,江堃,李海波
受保護的技術使用者：中國科學院武漢巖土力學研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9