一種改性瀝青增韌的油井水泥漿體系的製作方法
2023-10-10 02:01:19
一種改性瀝青增韌的油井水泥漿體系的製作方法
【專利摘要】本發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定，能承受井下溫度壓力的作用，滿足固井工況，其硬化後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定性，克服了現有技術的缺陷和不足。
【專利說明】一種改性瀝青增韌的油井水泥漿體系
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於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】
[0002]固井工程，指鑽井作業達到一定井深後，在井眼中下入套管，把水泥漿從中空的套管內注入套管外環形空間某預定位置，在預定時間內迅速凝結、硬化並形成優質完整的水泥環。水泥環與套管及井壁之間的良好充填與膠結，能夠使地層和套管之間的第二界面生成有效的封固介質，保證孔隙壓力不同的油氣水層互不竄通。
[0003]水泥環的另一個重要作用是懸掛和保護套管，減少和延緩地層巖石蠕變對套管的擠壓效應和地層流體對套管的腐蝕，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。如果水泥環的完整性不好，將影響油井的使用壽命，嚴重的可能會使油氣井報廢，還可能產生嚴重的工程事故。
[0004]油井水泥石先天具有硬脆特性，其抗拉強度遠小於抗壓強度。固井水泥環在油氣井整個使用壽命周期內將遭受複雜、惡劣、持續的環境作用，這些環境作用包括自然的和人為的。如:套管在井下高溫高壓環境作用時，由於地層、套管和水泥環變形能力不一致，會導致水泥環密封失效；套管試壓，大規模強化開採措施，如射孔、酸化、壓裂等後期作業均會對水泥環帶來嚴重的應力衝擊，應力波在水泥環局部形成拉伸的高應力區，當水泥環的周向拉應力超過其強度極限時，水泥環就會破裂，失去層間封固的能力。因此必須提高水泥環的韌性，使其在整個油氣井正常生產壽命期保持完整性，才能提高固井質量，滿足油氣井長期安全開米的生產要求。
[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化油井水泥漿體系工程性能，增強水泥石的形變能力。常用於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，或以上材料的複合使用。當前的增韌水泥漿體系主要存在如下問題:(I)膠乳難以化學配伍，易絮凝成團和塑化劑加量敏感；(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，導致水泥漿體系性能不穩定。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於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定，能承受井下溫度壓力的作用，滿足固井工況，其硬化後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定性，克服了現有技術的缺陷和不足。
[0007]為達到以上技術目的，本發明提供以下技術方案。
[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級油井水泥。
[0011 ] 所述增韌劑A為磺化浙青FT-1，產品技術指標符合標準Q/CNPC95-2003。
[0012]所述增韌劑B為陽離子乳化浙青粉YK-H，產品技術指標符合標準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-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸。
[0015]所述早強劑為三異醇胺、氯化鈣、草酸鈉或其混合物。
[0016]所述消泡劑為二甲基矽油或磷酸三丁酯。
[0017]該改性浙青增韌的油井水泥漿體系的製備方法如下:
[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重量份早強劑幹混為乾粉混合物。量取40~50重量份水、0.01~0.5重量份消泡劑混於水中，將水溶液放在高速攪拌器中，攪拌器以低速(4000±200轉/分)轉動，並在15秒內加完稱取的乾粉混合物，蓋上攪拌器的蓋子，高速(12000±500轉/分)下繼續攪拌35秒，即得本發明改性浙青增韌的油井水泥漿體系。
[0019]本發明技術可靠，現場施工方便，成本低，既能滿足固井所需的各項工程性能指標，又能改善水泥石固有脆性。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
[0020]( I)該水泥漿體系失水量小、穩定性好、流動性好、能延長安全注水泥時間，各項性能均能完全滿足現場注水泥施工要求；
[0021](2)該水泥漿體硬化後形成的水泥石同未加改性浙青增韌劑的水泥石相比，抗壓強度變化不大，抗拉強度提高約35%，靜態彈性模量降低約40%，極限應變增大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是實施例1水泥石60°C，水浴養護14天的三軸力學測試結果。
[0023]圖2是實施例5水泥石60°C，水浴養護14天的三軸力學測試結果。
【具體實施方式】
[0024]下面通過實施例和附圖對本發明作進一步說明。[0025]實施例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-丙烯醯胺_2_甲基丙磺酸、0.5重量份氯化鈣幹混為乾粉混合物。量取46重量份水、0.05重量份磷酸三丁酯混於水中，將水溶液放在高速攪拌器中，攪拌器以低速(4000±200轉/分)轉動，並在15秒內加完稱取的乾粉混合物，蓋上攪拌器的蓋子，高速(12000±500轉/分)下繼續攪拌35秒，即得空白對比樣水泥漿體系。
[0027]實施例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-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸、0.5重量份氯化鈣、0.5重量份草酸鈉幹混為乾粉混合物。量取46重量份水、0.1重量份二甲基矽油混於水中，將水溶液放在高速攪拌器中，攪拌器以低速(4000±200轉/分)轉動，並在15秒內加完稱取的乾粉混合物，蓋上攪拌器的蓋子，高速(12000±500轉/分)下繼續攪拌35秒，即得改性浙青增韌的油井水泥漿體系。
[0029]實施例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重量份草酸鈉幹混為乾粉混合物。量取47重量份水、0.2重量份磷酸三丁酯混於水中，將水溶液放在高速攪拌器中，攪拌器以低速(4000 ±200轉/分)轉動，並在15秒內加完稱取的乾粉混合物，蓋上攪拌器的蓋子，高速(12000±500轉/分)下繼續攪拌35秒，即得改性浙青增韌的油井水泥漿體系。
[0031]實施例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-丙烯醯胺-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重量份草酸鈉幹混為乾粉混合物。量取47重量份水、0.3重量份磷酸三丁酯混於水中，將水溶液放在高速攪拌器中，攪拌器以低速(4000±200轉/分)轉動，並在15秒內加完稱取的乾粉混合物，蓋上攪拌器的蓋子，高速(12000 ±500轉/分)下繼續攪拌35秒，即得改性浙青增韌的油井水泥漿體系。
[0033]實施例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重量份草酸鈉幹混為乾粉混合物。量取47重量份水、0.5重量份二甲基矽油混於水中，將水溶液放在高速攪拌器中，攪拌器以低速(4000 ± 200轉/分)轉動，並在15秒內加完稱取的乾粉混合物，蓋上攪拌器的蓋子，高速(12000±500轉/分)下繼續攪拌35秒，即得改性浙青增韌的油井水泥漿體系。
[0035]表1為實施例水泥漿性能測試結果，通過與空白樣對比(實施例1-實施例5)，可以看出，改性浙青增韌的油井水泥漿失水量小、穩定性好、流動性好、能延長安全注水泥時間，各項性能滿足現場注水泥施工要求。
[0036]表1實施例水泥漿性能測試結果
【權利要求】
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.如權權利要求1所述的改性浙青增韌的油井水泥漿體系，其特徵在於，所述分散劑為聚苯乙烯磺酸鈉。
3.如權權利要求1所述的改性浙青增韌的油井水泥漿體系，其特徵在於，所述降失水劑為羥乙基纖維素或2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸。
4.如權權利要求1所述的改性浙青增韌的油井水泥漿體系，其特徵在於，所述早強劑為三異醇胺、氯化鈣、草酸鈉或其混合物。
5.如權權利要求1所述的改性浙青`增韌的油井水泥漿體系，其特徵在於，所述消泡劑為二甲基矽油或磷酸三丁酯。
【文檔編號】C09K8/467GK103820090SQ201410047943
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月11日 優先權日:2014年2月11日
【發明者】張春梅, 郭小陽, 常培敏, 程小偉, 李早元, 李明, 劉健, 張虎, 尹強, 辜濤 申請人:西南石油大學