遇油气响应的活性自修复水泥浆体系制造技术

本发明专利技术涉及一种遇油气响应的活性自修复水泥浆体系，包括油井水泥、淡水、自修复剂、降失水剂、分散剂、缓凝剂和消泡剂，其配比以油井水泥重量为基准计为：油井水泥计100份，淡水43.0‑47.0份，自修复剂2.0‑4.0份，降失水剂1.0‑2.0份，分散剂0.2‑0.5份，缓凝剂0.2‑1.0份，消泡剂0.2‑0.5份。本发明专利技术遇油气响应的活性自修复水泥浆体系具有流变性好、自修复能力强、弹韧性好、稠化时间任意可调且性能稳定、配方组成及现场施工简单等特性，可在井筒水泥环出现微裂缝和微环隙时无需地面人工干预，自动封堵油气窜通道，恢复水泥环的完整性和界面胶结能力，达到预防套管环空带压的目的。

【技术实现步骤摘要】
遇油气响应的活性自修复水泥浆体系
本专利技术涉及非常规油气钻完井工程固井
，更具体地说，涉及一种遇油气响应的活性自修复水泥浆体系。
技术介绍
套管环空带压是国内外油气井生产过程中普遍存在的现象，特别是页岩气井，受大型分段压裂改造等增产措施的影响，套管环空带压问题更为突出，严重危害了页岩气田的安全生产和高效勘探开发。目前用于解决固井后套管环空带压问题的措施较少且成本高，套管环空带压预防技术的研究一直处于探索阶段，具有广阔的研究价值和应用前景。试压、钻塞、射孔和压裂改造、试气投产等压力和温度激动作业均可能造成井筒水泥环产生微裂缝和微环隙，破坏水泥环的井筒完整性，导致层间封隔失效。针对气井生产过程中出现的套管环空带压问题，从水泥石本身角度出发，提出了一种新的应对方案—遇油气响应的活性自修复水泥浆体系，可在水泥环出现微裂缝和微环隙时无需地面人工干预，当地层油气在层间窜流时，碳氢化合物将触发活性材料发生响应，自动封堵窜流通道，恢复水泥环的本体完整性和界面胶结能力，以达到水泥环对井筒二次密封的目的，降低套管环空带压风险。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种遇油气响应的活性自修复水泥浆体系，当地层油气在层间窜流时，可以自我愈合水泥环微裂缝和微环隙，以达到水泥环对井筒二次密封的目的，降低套管环空带压风险。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种遇油气响应的活性自修复水泥浆体系，其包括油井水泥、淡水、自修复剂、降失水剂、分散剂、缓凝剂、消泡剂，其配比以油井水泥重量为基准计为：油井水泥计100份，淡水43.0-47.0份，自修复剂2.0-4.0份，降失水剂1.0-2.0份，分散剂0.2-0.5份，缓凝剂0.2-1.0份，消泡剂0.2-0.5份。按上述方案，所述水泥浆密度为1.87g/cm3-1.90g/cm3。按上述方案，所述自修复剂为改性聚乙烯醇聚合物、反丁烯二酸-乙酸乙烯共聚物和苯乙烯-丁二烯共聚物中的一种或两种按任意比例的混合物。其中改性聚乙烯醇聚合物由聚乙烯醇、十二烷基醇和十二烷基硫酸钠按照0.5-0.8:1:0.1-0.3的摩尔比进行高分子聚合反应得到；所述自修复剂为灰色粉末，颗粒密度为1.35g/cm3-1.55g/cm3，细度为0.900mm方孔筛，筛余量为≤5.0％，煤油介质中体积膨胀率≥15％。按上述方案，所述的降失水剂为羧丙基甲基纤维素和聚丙烯酰胺中的一种或两种按任意比例的混合物。其中羧丙基甲基纤维素由棉纤维素、环氧丙烷和氯甲烷在60-80℃温度和碱性条件下按照1-2:1:0.3-0.5的摩尔比进行醚化反应而成，具有良好亲水性。另外其它常规水泥降失水剂，例如聚乙烯醇或阴离子型聚合物降失水剂也可以应用于本专利技术。本专利技术的降失水剂可以市购得到，例如荆州嘉华的产品代号为FLO-S的降失水剂。按上述方案，所述的分散剂为聚羧酸聚合物或萘磺酸盐中的一种或两种按任意比例的混合物。其中聚羧酸由羧酸、环氧乙烷和环氧丙烷按照1:0.2-0.5:0.2-0.4的摩尔比进行醚化反应得到。常规的有机盐类或无机盐类分散剂均可以应用于本专利技术。本专利技术的分散剂可以市购得到，例如河南卫辉的产品代号为USZ的分散剂。按上述方案，所述的缓凝剂为葡萄糖酸钠和羧甲基纤维素钠中的一种或两种按任意比例的混合物。本专利技术的缓凝剂可以市购得到，例如四川弘盛的产品代号为BS200的缓凝剂。按上述方案，所述的消泡剂为聚乙烯醚和高级醇中的一种或两种按任意比例的混合物。本专利技术的消泡剂可以市购得到，例如河南卫辉的产品代号为XP-1的消泡剂。按上述方案，所述的油井水泥为G级油井水泥，该水泥属于波特兰硅酸盐水泥，主要化学成分为铝酸三钙、铁铝酸四钙、硅酸三钙和硅酸二钙，要求比表面积不小于300m2/kg、平均粒径5um-20um，80um筛孔筛余不得超过10％。例如嘉华或三峡生产的G级油井水泥可以应用于本专利技术。按上述方案，所述的油气为地层烃类流体，包含烷烃或芳香烃类的气体和液体，碳原子数在1～22之间。本专利技术所述遇油气响应的活性自修复水泥浆体系的制备方法：在室温条件下，在样品袋中按照自修复剂、降失水剂和分散剂顺序依次与油井水泥混拌形成配浆灰，每加完一种添加剂，均需要搅拌均匀再添加下一种添加剂；在浆杯中按照淡水、缓凝剂、消泡剂的顺序依次添加形成配浆药品水，每加完一种添加剂，均需要搅拌均匀再添加下一种添加剂；在低速搅拌条件下，将配浆灰在10-15s内加入药品水中搅拌混合均匀，搅拌的速度为3500-4000RPM；再高速搅拌30-35s，搅拌速度为10000-12000RPM。实施本专利技术的遇油气响应的活性自修复水泥浆体系，具有以下有益效果：(1)活性自修复材料具有较好的理化性能，0.900mm筛余量≤5.0％，易于混拌施工，遇油体积膨胀率≥15％，显示较好的遇油气响应能力；(2)活性自修复材料与降失水剂、分散剂等其它外加剂相容配伍性良好，稠化曲线平滑，无鼓包，且稠化时间在90-360min内任意可调，满足固井安全施工要求；(3)水泥浆稠化时间在90-360min内任意可调，转化时间≤10min，SPN＜3，具有优良的防气窜性能；(4)水泥石抗压强度＞20MPa/24h，弹性模量＜8GPa，具有较好的岩石力学性能；(5)水泥石抗压强度恢复率＞50％，界面胶结强度恢复率＞60％，对井筒环空具有较好的二次密封效果。本专利技术遇油气响应的活性自修复水泥浆体系具有流变性好、自修复能力强、弹韧性好、稠化时间任意可调且性能稳定、配方组成及现场施工简单等特性，可在井筒水泥环出现微裂缝和微环隙时无需地面人工干预，自动封堵油气窜通道，恢复水泥环的完整性和界面胶结能力，达到预防套管环空带压的目的。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是活性自修复水泥浆稠化曲线图(稠化时间185min)；图2是活性自修复水泥石修复微裂缝的电镜微观图(SEM*5000X)。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施方式。本专利技术一种遇油气响应的活性自修复水泥浆体系，按照水泥浆密度1.88g/cm3进行配制，其包括嘉华G级油井水泥800g、淡水360mL、改性聚乙烯醇聚合物自修复剂20g，羧丙基甲基纤维素降失水剂18g、聚羧酸分散剂4g，葡萄糖酸钠缓凝剂6mL和聚乙烯醚消泡剂4mL。上述遇油气响应的活性自修复水泥浆体系的制备方法：在样品袋中称取800g嘉华G级油井水泥，加入20g改性聚乙烯醇聚合物自修复剂，混拌均匀；然后加入18g羧丙基甲基纤维素降失水剂混拌均匀；再加入4g聚羧酸分散剂，混拌均匀形成配浆灰；浆杯量取360mL淡水，在低速搅拌(500r/min)的情况下，加入6mL葡萄糖酸钠缓凝剂，搅拌5s；再加入4mL聚乙烯醚消泡剂，搅拌5s；混拌均匀后将样品袋中配浆灰在15s内加入浆杯内，搅拌速度4000RPM；再高速搅拌35s，搅拌速度12000RPM，得到遇油气响应的自修复水泥浆体系。本实施例所配制的遇油气响应的自修复水泥浆体系性能如表1所示，各参数均是在室内测定，其中，抗压强度测试是配制完水泥浆后，水泥浆倒入50.4mm×50.4mm×50.4mm的四方模具内，在高温高压强度养护釜内21MPa×75℃条本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种遇油气响应的活性自修复水泥浆体系，其特征在于，包括油井水泥、淡水、自修复剂、降失水剂、分散剂、缓凝剂和消泡剂，其配比以油井水泥重量为基准计为：油井水泥计100份，淡水43.0‑47.0份，自修复剂2.0‑4.0份，降失水剂1.0‑2.0份，分散剂0.2‑0.5份，缓凝剂0.2‑1.0份，消泡剂0.2‑0.5份。

【技术特征摘要】
1.一种遇油气响应的活性自修复水泥浆体系，其特征在于，包括油井水泥、淡水、自修复剂、降失水剂、分散剂、缓凝剂和消泡剂，其配比以油井水泥重量为基准计为：油井水泥计100份，淡水43.0-47.0份，自修复剂2.0-4.0份，降失水剂1.0-2.0份，分散剂0.2-0.5份，缓凝剂0.2-1.0份，消泡剂0.2-0.5份。2.根据权利要求1所述的遇油气响应的活性自修复水泥浆体系，其特征在于，所述水泥浆密度为1.87g/cm3-1.90g/cm3。3.根据权利要求1所述的遇油气响应的活性自修复水泥浆体系，其特征在于，所述自修复剂为改性聚乙烯醇聚合物、反丁烯二酸-乙酸乙烯共聚物和苯乙烯-丁二烯共聚物中的一种或两种按任意比例的混合物。4.根据权利要求2所述的遇油气响应的活性自修复水泥浆体系，其特征在于，所述改性聚乙烯醇聚合物由聚乙烯醇、十二烷基醇和十二烷基硫酸钠按照0.5-0.8:1:0.1-0.3的摩尔比进行高分子聚合反应得到。5.根据权利要求1所述的遇...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊君，张良万，彭小平，何吉标，屈勇，张家瑞，卞江，梁文利，尚琼，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，中石化江汉石油工程有限公司，中石化江汉石油工程有限公司页岩气开采技术服务公司，
类型：发明
国别省市：北京,11