用于防窜固井水泥浆的加重剂、水泥浆及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于防窜固井水泥浆的加重剂，其特征在于，所述加重剂为纳米四氧化三锰球形加重剂。本发明专利技术还涉及包括该重量调节剂的水泥浆及其制备方法。

Weighting agent for anti channeling cementing slurry, cement slurry and preparation method thereof

The invention relates to a weighting agent for anti channeling cementing slurry, which is characterized in that the weighting agent is a nano four oxide three manganese spherical weighting agent. The invention also relates to a cement slurry comprising the weight modifier and a process for preparing the same.

【技术实现步骤摘要】
用于防窜固井水泥浆的加重剂、水泥浆及其制备方法
本专利技术涉及一种重量调节剂，尤其涉及一种用于油气井工程的重量调节剂。本专利技术还涉及包括该重量调节剂的水泥浆及其制备方法。
技术介绍
高密度防气窜固井水泥浆中主要通过加入经粉碎磨细后的铁矿粉来提高水泥浆密度，并加入防窜剂胶乳或者胶粒等来提高水泥浆的防窜性能。但铁矿粉因密度高、颗粒大导致水泥浆沉降稳定性差，胶乳或者胶粒防窜剂在超深井高密度等复杂条件下的防窜效果不理想，导致这类水泥浆在超深井中的固井质量不高。因此，本领域亟需一种性能更好的用于防窜固井水泥浆的加重剂。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术的专利技术人经过大量实验，出乎意料地发现一种全新的用于防窜固井水泥浆的加重剂。本专利技术的一个目的在于，提供一种一种用于防窜固井水泥浆的加重剂，所述加重剂为纳米四氧化三锰球形加重剂。在本专利技术的一个优选的实施方式中，所述纳米四氧化三锰球形加重剂的粒径分布在50nm至300nm的范围内，平均粒径在180nm至220nm的范围内。在本专利技术的一个优选的实施方式中，所述纳米四氧化三锰球形加重剂的粒径分布可例如为在50nm至300nm的范围内、50nm至200nm的范围内、50nm至100nm的范围内、50nm至80nm的范围内、100nm至300nm的范围内、100nm至200nm的范围内、100nm至150nm的范围内、150nm至300nm的范围内、150nm至200nm的范围内、200nm至300nm的范围内或者200nm至250nm的范围内。在本专利技术的一个优选的实施方式中，所述纳米四氧化三锰球形加重剂的平均粒径可例如为在180nm至220nm的范围内、180nm至210nm的范围内、180nm至200nm的范围内、180nm至190nm的范围内、190nm至220nm的范围内、190nm至210nm的范围内、190nm至200nm的范围内、200nm至220nm的范围内、200nm至220nm的范围内、200nm至210nm的范围内、或者210nm至220nm的范围内。在本专利技术的一个优选的实施方式中，所述纳米四氧化三锰球形加重剂的纯度大于95wt％，密度为4.8-5.0g/cm3。本领域技术人员可以采用本领域常规的方法来制备本专利技术所述的纳米四氧化三锰球形加重剂。在防窜固井水泥浆中加入纳米四氧化三锰球形加重剂这种纳米材料来提升水泥浆的性能(例如稳定性和/或防窜能力)。纳米四氧化三锰球形加重剂粒径分布为50nm到300nm，平均粒径在180nm至220nm的范围内，纯度大于95wt％，，密度为4.8-5.0g/cm3，用纳米球形四氧化三锰替代常规的铁矿粉，不仅有效提升水泥浆的稳定性，因球形材料具有“滚动轴承”作用，还可减少水泥浆分散剂的用量。本专利技术的又一个目的在于，提供一种高密度防窜固井水泥浆，其特征在于，所述水泥浆包括防窜剂和上述加重剂。在本专利技术的一个优选的实施方式中，所述防窜剂为纳米二氧化硅防窜乳液，所述纳米二氧化硅防窜乳液中的纳米二氧化硅颗粒的粒径分布在9nm与310nm的范围内，平均粒径在80nm至120nm的范围内。水泥颗粒间的空隙在微米量级，纳米二氧化硅防窜乳液中的颗粒粒径分布范围在9nm与310nm的范围内，平均粒径在80nm至120nm的范围内，可以紧密充填在水泥颗粒间，降低空隙直径。纳米二氧化硅防窜乳液替代胶乳或者胶粒，可以避免因超高温导致的水泥浆防窜能力下降。在本专利技术的一个优选的实施方式中，所述纳米二氧化硅防窜乳液由不同粒径(10nm、100nm、200nm、300nm)的纳米二氧化硅、水、分散剂、阴离子聚合物、有机交联剂、防氧化降解剂、消泡剂和pH调节剂组成，调整不同粒径的纳米二氧化硅的含量以使得纳米二氧化硅防窜乳液中纳米二氧化硅颗粒的粒径分布在9nm至310nm的范围内，平均粒径在80nm至120nm的范围内；优选的，调整不同粒径的纳米二氧化硅的含量以使得纳米二氧化硅防窜乳液中纳米二氧化硅颗粒的粒径分布在9nm至210nm的范围内，平均粒径在95nm至105nm的范围内。在本专利技术的一个优选的实施方式中，所述纳米二氧化硅防窜乳液中：(1)纳米二氧化硅的有效含量为40-50重量％、优选44-46重量％；(2)纳米二氧化硅防窜乳液中分散剂、阴离子聚合物、有机交联剂、防氧化降解剂、消泡剂与纳米二氧化硅的质量配比如下：分散剂：纳米二氧化硅＝0.1-5％阴离子聚合物：纳米二氧化硅＝0.1-1％有机交联剂：纳米二氧化硅＝0.01-0.1％防氧化降解剂：纳米二氧化硅＝0.01-0.1％消泡剂：纳米二氧化硅＝0.1-1％；(3)pH调节剂加入量能使最初的纯水的pH值达到4-6。在本专利技术的一个优选的实施方式中，所述分散剂为高分子分散剂，优选为脂肪醇聚氧乙烯醚硅烷。在本专利技术的一个优选的实施方式中，所述阴离子聚合物为聚丙烯酰胺。在本专利技术的一个优选的实施方式中，所述有机交联剂为柠檬酸铝。在本专利技术的一个优选的实施方式中，所述防氧化降解剂为硫脲，可单一使用也可以复配使用。在本专利技术的一个优选的实施方式中，所述消泡剂为二甲基硅油和/或磷酸三丁酯，可单一使用也可以复配使用。在本专利技术的一个优选的实施方式中，所述pH调节剂为酸性物质，优选为盐酸、硫酸、柠檬酸和硝酸中的一种或者多种。在本专利技术的一个优选的实施方式中，所述纳米二氧化硅防窜乳液的制备方法如下：a在蒸馏水中加入pH调节剂，调节水的pH值在4-6之间；b在水溶液a中加入分散剂；c在分散搅拌机中使水溶液b与纳米二氧化硅充分混合分散；d在混合物c中加入阴离子聚合物，并搅拌至完全溶解；e在混合物d中入有机交联剂；f在混合物e中加入防氧化降解剂；g在混合物f中加入消泡剂，并搅拌均匀。在本专利技术的一个优选的实施方式中，前述纳米二氧化硅防窜乳液的使用方法为：将所述纳米二氧化硅防窜乳液与油井水泥的其他外加剂(如降失水剂、分散剂、缓凝剂等)直接加入到油井水泥的配浆水中。纳米二氧化硅防窜乳液的加入量为10％。纳米二氧化硅防窜乳液的特征为平均粒径可调，储存最高温度可达70℃，有效期可达一年以上。在本专利技术的一个优选的实施方式中，所述纳米二氧化硅防窜乳液中的纳米二氧化硅颗粒的粒径分布可例如为在9nm至310nm的范围内、9nm至300nm的范围内、9nm至250nm的范围内、9nm至200nm的范围内、9nm至150nm的范围内、9nm至100nm的范围内、9nm至500nm的范围内、10nm至300nm的范围内、10nm至250nm的范围内、10nm至200nm的范围内、10nm至150nm的范围内、10nm至100nm的范围内、10nm至500nm的范围内、20nm至300nm的范围内、20nm至200nm的范围内、20nm至100nm的范围内、50nm至300nm的范围内、50nm至200nm的范围内、50nm至100nm的范围内、100nm至300nm的范围内、100nm至200nm的范围内、100nm至150nm的范围内、150nm至300nm的范围内、150nm至300nm的范围内、150nm至300nm的范围内、150nm至300nm的范围内、150nm至200nm的范围内、200nm至300nm的范围内或者本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于防窜固井水泥浆的加重剂，所述加重剂为纳米四氧化三锰球形加重剂。

【技术特征摘要】
1.一种用于防窜固井水泥浆的加重剂，所述加重剂为纳米四氧化三锰球形加重剂。2.根据权利要求1所述的加重剂，其特征在于，所述纳米四氧化三锰球形加重剂的粒径分布在50nm至300nm的范围内，平均粒径在180nm至220nm的范围内。3.根据权利要求1或2所述的加重剂，其特征在于，所述纳米四氧化三锰球形加重剂的纯度大于95wt％，密度为4.8-5.0g/cm3。4.一种高密度防窜固井水泥浆，其特征在于，所述水泥浆包括防窜剂和根据权利要求1-3中任一项所述的加重剂。5.根据权利要求4所述的水泥浆，其特征在于，所述防窜剂为纳米二氧化硅防窜乳液，所述纳米二氧化硅防窜乳液中的纳米二氧化硅颗粒的粒径分布在9nm与310nm的范围内，平均粒径在80nm至120nm的范围内。6.根据权利要求4或5所述的水泥浆，其特征在于，所述纳米二氧化硅防窜乳液的有效固含量为40-50重量％、优选44-46重量％，优选所述纳米二氧化硅颗粒为球形，更优选所述纳米二氧化硅颗粒表面具有可参与水泥的水化反应的活性。7.根据权利要求4-6中任一项所述的水泥浆，其特征在于，所述水泥浆包括下列各项：油井水泥、优选G级油井水泥，纳米四氧化三锰球形加重剂，防窜剂，优选纳米二氧化硅防窜乳液，硅粉，降失水剂，缓凝剂，分散剂，消泡剂，以及水；优选的，所述水泥浆包括下列各项：35-45质量份的油井水泥、优选G级油井水泥，5-40质量份的纳米四氧化三锰球形加重剂，2.5-7质量份的防窜剂，优选纳米二氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：周仕明，杨红歧，魏浩光，方春飞，谭春勤，刘飞，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11