一種固井水泥漿用自由液控制劑及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油氣井固井領(lǐng)域的固井水泥漿用自由液控制劑，更進一步說，涉及一 種固井水泥漿用自由液控制劑及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 在油氣井固井領(lǐng)域的直徑段固井時，在環(huán)空水泥柱中，較大的顆粒在重力的作用 下會發(fā)生沉降，可能有聚集和橋塞的傾向，而橋塞下面的位置自由液聚集有時就可生成水 槽或水帶，加壓時造成水泥石破裂。除此以外，自由液聚集形成水囊還妨礙水泥對套管和地 層的膠結(jié)。也可能過早地膠凝，對地層產(chǎn)生較低的靜壓或不產(chǎn)生靜壓，而發(fā)生氣竄。水平井 固井中，水平段形成的自由液會逐漸上移，當(dāng)達(dá)到一定量時，在環(huán)空水泥上部的自由液囊相 互連通，構(gòu)成自由液槽或水帶，也易導(dǎo)致氣竄，影響固井質(zhì)量。
[0003] 目前固井中控制自由液的外加劑或外摻料主要有：膨潤土、綠坡縷石、偏硅酸鈉、 硅藻土、水玻璃、天然火山灰、粉煤灰、明礬或硫酸鋁、纖維素、堿式氯化鋁、超細(xì)水泥等，但 其作用效果有一定的局限性。如膨潤土、綠坡縷石、硅藻土等控制自由液效果不明顯且影 響水泥石強度；超細(xì)水泥水化速度過快，存在不確定性；偏硅酸鈉、水玻璃常作為早強劑使 用，其加量變化會影響水泥漿流變性質(zhì)，控制自由液效果不明顯；明礬或硫酸鋁、纖維素、堿 式氯化鋁等易使水泥漿增稠。以上這些外加劑或外摻料單獨使用并沒有完全解決固井中自 由液的控制問題，沒有形成穩(wěn)定成熟的自由液控制劑。
[0004] 邱燮和等介紹了液硅能減少水泥漿的自由液。（邱燮和，王良才，郭廣 平.Microblock液硅的評價及在中國油田的應(yīng)用[J].鉆井液與完井液.2010 (04).)其中 介紹液硅作為自由液控制劑，有明顯的效果，但該技術(shù)方案中液硅的加量較大，一般加入 10%以上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種固井水泥漿用自由液 控制劑及其制備方法與應(yīng)用。
[0006] 本發(fā)明的第一個目的是提供一種固井水泥漿用自由液控制劑。
[0007] 本發(fā)明的一種固井水泥漿用自由液控制劑包含有共混的以下組分：以總重量100 份數(shù)計，有機提粘劑為30~50份、無機膠凝劑為10~30份、無機增稠劑為29~50份、交 聯(lián)劑為〇. 1~〇. 3份；所述有機提粘劑選自羧甲基纖維素鈉、黃原膠、硬葡聚糖、溫輪膠（文 萊膠）中的至少一種；所述無機膠凝劑選自堿式氯化鋁、偏硅酸鈉中的至少一種；所述無機 增稠劑選自粉煤灰、微硅中的至少一種；所述交聯(lián)劑為硼酸。其中有機提粘劑、無機膠凝劑 和無機增稠劑一起協(xié)同起到增粘、增稠作用，目的是在使用時增加對水泥漿中顆粒的懸浮 穩(wěn)定性，降低顆粒沉降；同時，形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，降低自由水的游離。發(fā)明中的交聯(lián)劑主要是與 有機提粘劑發(fā)生物理絡(luò)合作用，進一步提高其增粘作用，降低自由液。
[0008] 優(yōu)選的，以總重量100份數(shù)計，所述有機提粘劑為40~50份；所述無機膠凝劑為 10~25份；所述無機增稠劑為29~40份；所述交聯(lián)劑為0. 1~0. 2份。
[0009] 本發(fā)明的第二個目的是提供一種固井水泥漿用自由液控制劑的制備方法，包括以 下步驟：
[0010] 將所述組分混合均勻后，在70~90°C烘箱中烘干，即得所述固井水泥漿用自由液 控制劑。其中烘干的優(yōu)選時間為12~36小時。
[0011] 本發(fā)明的第三個目的是提供所述固井水泥漿用自由液控制劑的應(yīng)用。
[0012] 所述固井水泥漿用自由液控制劑在水泥漿中的應(yīng)用，包括將所述固井水泥漿用自 由液控制劑與水泥混合均勻后配成水泥漿；配成水泥漿的所加助劑，比如消泡劑、降失水劑 等，以及配成水泥漿的步驟和設(shè)備均為現(xiàn)有技術(shù)中已有的。
[0013] 其中所述固井水泥漿用自由液控制劑的用量為水泥重量的1~2%。固井水泥漿 用自由液控制劑與水泥的混合方式優(yōu)選為干混。
[0014] 以上所述混合可以是現(xiàn)有技術(shù)中的各種混合方式，比如攪拌等，所用設(shè)備可以為 現(xiàn)有技術(shù)中各種混合設(shè)備，比如攪拌機、捏合機等。
[0015] 本發(fā)明的自由液控制劑可有效消除或降低固井水泥漿自由液，便于固井用零自由 液水泥漿的制備，其制備方法簡單，成本低廉，而且使用效果好，使用量少，具有較好的推廣 和應(yīng)用價值。
【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合實施例，進一步說明本發(fā)明。
[0017] 所用材料來源：
[0018] 硬葡聚糖：法國 Sanofi Industrie 公司，Actigum CS-11 ;
[0019] 堿式氯化鋁：河南華明水處理材料有限公司，PAC ;
[0020] 微娃：靈壽縣山川礦產(chǎn)品加工廠，105 ;
[0021] 硼酸：山東嘉成硼業(yè)新型材料科技有限公司，硼酸；
[0022] 黃原膠：淄博中軒生化有限公司，黃原膠BP9260 ;
[0023] 羧甲基纖維素鈉：鄒平縣好生華唯纖維素廠，羧甲基纖維素鈉；
[0024] 溫輪膠：美國斯比凱可公司，KELCO-CRETE?:DG-F定優(yōu)膠；
[0025] 降失水劑：德州大陸架石油工程技術(shù)有限公司，DZJY ;
[0026] 消泡劑：德州大陸架石油工程技術(shù)有限公司，DZX ;
[0027] 油井水泥：四川嘉華企業(yè)（集團）股份有限公司，嘉華G級高抗油井水泥；
[0028] 水：通用自來水；
[0029] 其他試劑均為市售。
[0030] 實施例1
[0031] 使用原料如下（用量以總重量100份數(shù)計）：
[0032] 有機提粘劑：硬葡聚糖300g，占30份；
[0033] 無機膠凝劑：堿式氯化鋁200g，占20份；
[0034] 無機增稠劑：微娃498g，占49. 8份；
[0035] 硼酸 2g，占 0.2 份。
[0036] 制備方法：將上述四種原料按上述配比混合均勻后，在80°C烘箱中烘干24小時， 即得本發(fā)明的固井水泥漿用自由液控制劑。
[0037] 稱取500g油井水泥，215g水，0. 5g消泡劑，5g降失水劑，5g上述所得的固井水泥 漿用自由液控制劑。將油井水泥與固井水泥漿用自由液控制劑混合均勻成混合灰；將水、降 失水劑和消泡劑放在混合容器中，攪拌器（青島海通達(dá)專用儀器廠，HTD3070型恒速瓦楞攪 拌機）以低速（4000±200轉(zhuǎn)/分）轉(zhuǎn)動，并在15秒內(nèi)加完上述油井水泥和固井水泥漿用 自由液控制劑的混合灰，蓋上攪拌器的蓋子，并在高速（12000±500轉(zhuǎn)/分）下繼續(xù)攪拌35 秒，制得自由液測試水泥漿。
[0038] 實施例2
[0039] 使用原料如下（用量以總重量100份數(shù)計）：
[0040] 有機提粘劑：黃原膠50g，占5份；硬葡聚糖350g，占35份；
[0041] 無機膠凝劑：堿式氯化鋁200g，占20份；
[0042] 無機增稠劑：微娃399g，占39. 9份；
[0043] 硼酸 lg，占 0· 1 份。
[0044] 制備方法：將上述四種原料按上述配比混合均勻后，在80°C烘箱中烘干24小時， 即得本發(fā)明的固井水泥漿用自由液控制劑。
[0045] 稱取500g油井水泥，215g水，0. 5g消泡劑，5g降失水劑，5g上述所得的固井水泥 漿用自由液控制劑。將油井水泥與固井水泥漿用自由液控制劑混合均勻成混合灰；將水、 降失水劑和消泡劑放在混合容器中，攪拌器以低速（4000±200轉(zhuǎn)/分）轉(zhuǎn)動，并在15秒內(nèi) 加完上述油井水泥和固井水泥漿用自由液控制劑的混合灰，蓋上攪拌器的蓋子，并在高速 (12000±500轉(zhuǎn)/分）下繼續(xù)攪拌35秒，制得自由液測試水泥漿。
[0046] 實施例3
[0047] 使用原料如下（用量以總重量100份數(shù)計）：
[0048] 有機提粘劑：羧甲基纖維素鈉300g，占30份；溫輪膠200g，占20份；
[0049] 無機膠凝劑：堿式氯化鋁100g，占10份；
[0050] 無機增稠劑：粉煤灰100g，占10份，微硅297g，占29. 7份；
[0051] 硼酸 3g，占 0.3 份。
[0052] 制備方法：將上述四種原料按上述配比混合均勻后，在80°C烘箱中烘干24小時， 即得本發(fā)明的固井水泥漿用自由液控制劑。
[0053] 稱取500g油井水泥，215g水，0. 5g消泡劑，5g降失水劑，10g上述所得的固井水泥 漿用自由液控制劑。將油井水泥與固井水泥漿用自由液控制劑混合均勻成混合灰；將水、 降失水劑和消泡劑放在混合容器中，攪拌器以低速（4000±200轉(zhuǎn)/分）轉(zhuǎn)動，并在15秒內(nèi) 加完上述油井水泥和固井水泥漿用自由液