一種改性瀝青增韌的油井水泥漿體系的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種改性瀝青增韌的油井水泥漿體系，由以下各組分按重量份配比組成：油井水泥100份，增韌劑A0.5～3份，增韌劑B0～0.5份，分散劑0.5～3份，降失水劑1～3份，早強(qiáng)劑0.5～3份，消泡劑0.01～0.5份，水40～50份。所述油井水泥為G級(jí)油井水泥，所述增韌劑A為磺化瀝青，所述增韌劑B為陽離子乳化瀝青粉。該水泥漿體系性能穩(wěn)定，能承受井下溫度壓力的作用，滿足固井工況，其硬化后的水泥石韌性大幅度提高，既很好解決了增韌劑與水泥漿的相容性和分散性問題，又保證了水泥漿的沉降穩(wěn)定性，克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足。
【專利說明】一種改性瀝青增韌的油井水泥漿體系
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于降低固井水泥石脆性的改性浙青增韌的水泥漿體系。
【背景技術(shù)】
[0002]固井工程，指鉆井作業(yè)達(dá)到一定井深后，在井眼中下入套管，把水泥漿從中空的套管內(nèi)注入套管外環(huán)形空間某預(yù)定位置，在預(yù)定時(shí)間內(nèi)迅速凝結(jié)、硬化并形成優(yōu)質(zhì)完整的水泥環(huán)。水泥環(huán)與套管及井壁之間的良好充填與膠結(jié)，能夠使地層和套管之間的第二界面生成有效的封固介質(zhì)，保證孔隙壓力不同的油氣水層互不竄通。
[0003]水泥環(huán)的另一個(gè)重要作用是懸掛和保護(hù)套管，減少和延緩地層巖石蠕變對(duì)套管的擠壓效應(yīng)和地層流體對(duì)套管的腐蝕，延長套管的使用年限；它和套管之間的第一界面共同起到層間封隔的作用。如果水泥環(huán)的完整性不好，將影響油井的使用壽命，嚴(yán)重的可能會(huì)使油氣井報(bào)廢，還可能產(chǎn)生嚴(yán)重的工程事故。
[0004]油井水泥石先天具有硬脆特性，其抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度。固井水泥環(huán)在油氣井整個(gè)使用壽命周期內(nèi)將遭受復(fù)雜、惡劣、持續(xù)的環(huán)境作用，這些環(huán)境作用包括自然的和人為的。如:套管在井下高溫高壓環(huán)境作用時(shí)，由于地層、套管和水泥環(huán)變形能力不一致，會(huì)導(dǎo)致水泥環(huán)密封失效；套管試壓，大規(guī)模強(qiáng)化開采措施，如射孔、酸化、壓裂等后期作業(yè)均會(huì)對(duì)水泥環(huán)帶來嚴(yán)重的應(yīng)力沖擊，應(yīng)力波在水泥環(huán)局部形成拉伸的高應(yīng)力區(qū)，當(dāng)水泥環(huán)的周向拉應(yīng)力超過其強(qiáng)度極限時(shí)，水泥環(huán)就會(huì)破裂，失去層間封固的能力。因此必須提高水泥環(huán)的韌性，使其在整個(gè)油氣井正常生產(chǎn)壽命期保持完整性，才能提高固井質(zhì)量，滿足油氣井長期安全開米的生產(chǎn)要求。
[0005]目前，固井水泥石降脆增韌的主要途徑是通過添加外加劑和外摻料優(yōu)化油井水泥漿體系工程性能，增強(qiáng)水泥石的形變能力。常用于固井水泥石降脆增韌的外摻料有三類:膠乳、纖維(或晶須)、橡膠顆粒，或以上材料的復(fù)合使用。當(dāng)前的增韌水泥漿體系主要存在如下問題:(I)膠乳難以化學(xué)配伍，易絮凝成團(tuán)和塑化劑加量敏感；(2)纖維水泥漿存在與水泥密度差過大，表面侵潤特性不佳，混拌不均勻，難以泵送，現(xiàn)場施工困難的問題；(3)橡膠粉與水泥漿相容性差，易浮在水泥漿上層，導(dǎo)致水泥漿體系性能不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種改性浙青增韌的油井水泥漿體系，該水泥漿體系性能穩(wěn)定，能承受井下溫度壓力的作用，滿足固井工況，其硬化后的水泥石韌性大幅度提高，既很好解決了增韌劑與水泥漿的相容性和分散性問題，又保證了水泥漿的沉降穩(wěn)定性，克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足。
[0007]為達(dá)到以上技術(shù)目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。
[0008]一種改性浙青增韌的油井水泥漿體系，由以下各組分按重量份配比組成:
[0009]油井水泥100份，
增韌劑A0.5~3份，
增韌劑BO~0.5份，
分散劑0.5~3份，
降失水劑I~3份，
早強(qiáng)劑0.5~3份，
消泡劑0.01~0.5份，
/J40 ~50 份。
[0010]所述油井水泥為G級(jí)油井水泥。
[0011 ] 所述增韌劑A為磺化浙青FT-1，產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)Q/CNPC95-2003。
[0012]所述增韌劑B為陽離子乳化浙青粉YK-H，產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)Q/SYTZO107-2005 O
[0013]所述分散劑為聚苯乙烯磺酸鈉。
[0014]所述降失水劑 為羥乙基纖維素或2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。
[0015]所述早強(qiáng)劑為三異醇胺、氯化鈣、草酸鈉或其混合物。
[0016]所述消泡劑為二甲基硅油或磷酸三丁酯。
[0017]該改性浙青增韌的油井水泥漿體系的制備方法如下:
[0018]稱取100重量份油井水泥、0.5~3重量份增韌劑A、0~0.5重量份增韌劑B、
0.5~3重量份分散劑、I~3重量份降失水劑、0.5~3重量份早強(qiáng)劑干混為干粉混合物。量取40~50重量份水、0.01~0.5重量份消泡劑混于水中，將水溶液放在高速攪拌器中，攪拌器以低速(4000±200轉(zhuǎn)/分)轉(zhuǎn)動(dòng)，并在15秒內(nèi)加完稱取的干粉混合物，蓋上攪拌器的蓋子，高速(12000±500轉(zhuǎn)/分)下繼續(xù)攪拌35秒，即得本發(fā)明改性浙青增韌的油井水泥漿體系。
[0019]本發(fā)明技術(shù)可靠，現(xiàn)場施工方便，成本低，既能滿足固井所需的各項(xiàng)工程性能指標(biāo)，又能改善水泥石固有脆性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0020]( I)該水泥漿體系失水量小、穩(wěn)定性好、流動(dòng)性好、能延長安全注水泥時(shí)間，各項(xiàng)性能均能完全滿足現(xiàn)場注水泥施工要求；
[0021](2)該水泥漿體硬化后形成的水泥石同未加改性浙青增韌劑的水泥石相比，抗壓強(qiáng)度變化不大，抗拉強(qiáng)度提高約35%，靜態(tài)彈性模量降低約40%，極限應(yīng)變增大I倍左右，水泥石脆性改善，韌性得到很大提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是實(shí)施例1水泥石60°C，水浴養(yǎng)護(hù)14天的三軸力學(xué)測試結(jié)果。
[0023]圖2是實(shí)施例5水泥石60°C，水浴養(yǎng)護(hù)14天的三軸力學(xué)測試結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面通過實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。[0025]實(shí)施例1
[0026]稱取100重量份油井水泥、I重量份聚苯乙烯磺酸鈉、2重量份2-丙烯酰胺_2_甲基丙磺酸、0.5重量份氯化鈣干混為干粉混合物。量取46重量份水、0.05重量份磷酸三丁酯混于水中，將水溶液放在高速攪拌器中，攪拌器以低速(4000±200轉(zhuǎn)/分)轉(zhuǎn)動(dòng)，并在15秒內(nèi)加完稱取的干粉混合物，蓋上攪拌器的蓋子，高速(12000±500轉(zhuǎn)/分)下繼續(xù)攪拌35秒，即得空白對(duì)比樣水泥漿體系。
[0027]實(shí)施例2
[0028]稱取100重量份油井水泥、0.5重量份的乳化浙青粉ΥΚ-Η、0.5重量份的磺化浙青FT-Ul重量份聚苯乙烯磺酸鈉、1.5重量份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、0.5重量份氯化鈣、0.5重量份草酸鈉干混為干粉混合物。量取46重量份水、0.1重量份二甲基硅油混于水中，將水溶液放在高速攪拌器中，攪拌器以低速(4000±200轉(zhuǎn)/分)轉(zhuǎn)動(dòng)，并在15秒內(nèi)加完稱取的干粉混合物，蓋上攪拌器的蓋子，高速(12000±500轉(zhuǎn)/分)下繼續(xù)攪拌35秒，即得改性浙青增韌的油井水泥漿體系。
[0029]實(shí)施例3
[0030]稱取100重量份油井水泥、0.5重量份的乳化浙青粉YK-H、1重量份的磺化浙青FT-Ul重量份聚苯乙烯磺酸鈉、1.5重量份羥乙基纖維素、0.5重量份氯化鈣、0.5重量份三乙醇胺、0.5重量份草酸鈉干混為干粉混合物。量取47重量份水、0.2重量份磷酸三丁酯混于水中，將水溶液放在高速攪拌器中，攪拌器以低速(4000 ±200轉(zhuǎn)/分)轉(zhuǎn)動(dòng)，并在15秒內(nèi)加完稱取的干粉混合物，蓋上攪拌器的蓋子，高速(12000±500轉(zhuǎn)/分)下繼續(xù)攪拌35秒，即得改性浙青增韌的油井水泥漿體系。
[0031]實(shí)施例4`
[0032]稱取100重量份油井水泥、0.5重量份的乳化浙青粉YK-H、1.5重量份的磺化浙青FT-U2重量份聚苯乙烯磺酸鈉、I重量份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、0.5重量份氯化鈣、
0.5重量份三異醇胺、0.5重量份草酸鈉干混為干粉混合物。量取47重量份水、0.3重量份磷酸三丁酯混于水中，將水溶液放在高速攪拌器中，攪拌器以低速(4000±200轉(zhuǎn)/分)轉(zhuǎn)動(dòng)，并在15秒內(nèi)加完稱取的干粉混合物，蓋上攪拌器的蓋子，高速(12000 ±500轉(zhuǎn)/分)下繼續(xù)攪拌35秒，即得改性浙青增韌的油井水泥漿體系。
[0033]實(shí)施例5
[0034]稱取100重量份油井水泥、3重量份的磺化浙青FT_1、2重量份聚苯乙烯磺酸鈉、I重量份羥乙基纖維素、0.5重量份氯化鈣、0.5重量份三異醇胺、I重量份草酸鈉干混為干粉混合物。量取47重量份水、0.5重量份二甲基硅油混于水中，將水溶液放在高速攪拌器中，攪拌器以低速(4000 ± 200轉(zhuǎn)/分)轉(zhuǎn)動(dòng)，并在15秒內(nèi)加完稱取的干粉混合物，蓋上攪拌器的蓋子，高速(12000±500轉(zhuǎn)/分)下繼續(xù)攪拌35秒，即得改性浙青增韌的油井水泥漿體系。
[0035]表1為實(shí)施例水泥漿性能測試結(jié)果，通過與空白樣對(duì)比(實(shí)施例1-實(shí)施例5)，可以看出，改性浙青增韌的油井水泥漿失水量小、穩(wěn)定性好、流動(dòng)性好、能延長安全注水泥時(shí)間，各項(xiàng)性能滿足現(xiàn)場注水泥施工要求。
[0036]表1實(shí)施例水泥漿性能測試結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種改性浙青增韌的油井水泥漿體系，由以下各組分按重量份配比組成:
油井水泥100份， 增韌劑A0.5~3份， 增韌劑BO~0.5份， 分散劑0.5~3份，
降失水劑I~3份， 早強(qiáng)劑0.5~3份， 消泡劑0.01~0.5份， 水40~50份； 所述增韌劑A為磺化浙青，所述增韌劑B為陽離子乳化浙青粉。
2.如權(quán)權(quán)利要求1所述的改性浙青增韌的油井水泥漿體系，其特征在于，所述分散劑為聚苯乙烯磺酸鈉。
3.如權(quán)權(quán)利要求1所述的改性浙青增韌的油井水泥漿體系，其特征在于，所述降失水劑為羥乙基纖維素或2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。
4.如權(quán)權(quán)利要求1所述的改性浙青增韌的油井水泥漿體系，其特征在于，所述早強(qiáng)劑為三異醇胺、氯化鈣、草酸鈉或其混合物。
5.如權(quán)權(quán)利要求1所述的改性浙青`增韌的油井水泥漿體系，其特征在于，所述消泡劑為二甲基硅油或磷酸三丁酯。
【文檔編號(hào)】C09K8/467GK103820090SQ201410047943
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月11日
【發(fā)明者】張春梅, 郭小陽, 常培敏, 程小偉, 李早元, 李明, 劉健, 張虎, 尹強(qiáng), 辜濤 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)