一种水泥浆及其应用、泡沫水泥体系及其制备制造技术

本发明专利技术提供了一种水泥浆，包括：水泥、降失水剂、分散剂、发泡剂、稳泡剂、早强剂和水，其中，所述发泡剂包含蛋白质类发泡剂。本发明专利技术还提供基于所述水泥浆的泡沫水泥浆体系和所述水泥浆的应用方法。基于本发明专利技术提供的所述水泥浆填充气泡，引入的气泡稳定性更强，凝固后形成的泡沫水泥石强度更高、弹塑性更好。

A cement slurry and its application, foam cement system and its preparation

The invention provides a cement slurry, which comprises cement, water loss reducer, dispersant, foaming agent, foaming stabilizer, early strength agent and water, wherein the foaming agent comprises protein foaming agent. The invention also provides a foam cement slurry system based on the cement slurry and an application method of the cement slurry. Based on the bubble filled by the cement slurry provided by the invention, the bubbles introduced are more stable, and the foam cement paste formed after solidification has higher strength and better elastoplasticity.

【技术实现步骤摘要】
一种水泥浆及其应用、泡沫水泥体系及其制备
本专利技术涉及泡沫水泥
，具体涉及一种适用于油田固井的水泥浆、基于该水泥浆的泡沫水泥体系及其制备方法和应用，还涉及由该水泥浆体系制备的泡沫水泥制品。
技术介绍
泡沫水泥浆具有良好的防漏、防窜的能力，可压缩性强，有利于保持泡沫水泥环的完整性。泡沫水泥浆以气体(如空气或氮气等)作为减轻剂，通过在水泥浆中引入气体，在发泡剂或稳泡剂的作用下，形成泡沫水泥浆。根据气体产生方式不同，水泥浆的发泡可分为化学发泡与充气发泡。充气发泡，亦称机械充气法，指在普通水泥浆内通过机械方法充入任意设计量的气体，并加入稳定剂，可通过在泡沫发生器中在水泥浆内形成均匀细小的泡沫。化学发泡，亦称化学发气法，即是在干水泥中掺入一定量的发泡剂，当水泥和水混合搅拌后，发泡剂与水泥中的某些化学成分起反应产生气体，分布在水泥浆中，从而形成泡沫水泥。分析两种方法各自特点可知，机械充气法可实现任意设计量的气体充入，形成的泡沫均匀细小。化学发气法施工简便，但是发气量较少，尤其是在液柱压力超过10.0MPa的井内，这种泡沫水泥浆在井下很难大幅度降低水泥浆的密度。现在国内各个油田主要集中在对化学发气泡沫水泥浆固井技术进行了充分的研究，但是化学发气方法发气量小，形成的泡沫水泥浆可调密度范围小(>1.45g/cm3)，发气物质会影响泡沫水泥浆凝固时间，固井质量得不到保证。机械充气泡沫水泥浆固井技术由于设备复杂、对水泥浆性能要求高，在国内除了新疆火烧山油田曾经展开过研究以外，其他油田还未曾做过相关研究，至今还没有形成一整套系列的机械充气泡沫水泥固井工艺及施工配套技术。针对充气发泡水泥，已有文献报道的充气发泡水泥体系的稠化时间较长，泡沫水泥石强度较低；同时，泡沫水泥浆的稳定性不能完全保证。在此背景下，进一步深入研究机械充气泡沫水泥浆体系，以优化泡沫水泥浆的发泡性能和改进泡沫水泥石的性能将具有重要的工业开发意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种水泥浆，该水泥浆经过充气后用于油田固井施工中，可提高泡沫水泥凝结物的强度，改善水泥石的弹塑性。该水泥浆在经过充气后可降低其密度，但不导致其泡沫水泥凝结物的强度或弹塑性的显著下降。本专利技术进一步的目的是提供所述水泥浆充气后得到的泡沫水泥浆体系以及该体系经过凝固后产生的充气泡沫水泥浆制品。本专利技术的目的还在于提供所述水泥浆的应用方法，将该水泥浆在优化的条件下进行充气，然后施用于例如油井中。通过将所述水泥浆进行所述充气后，所述水泥浆密度下降，凝固后产生的充气泡沫水泥凝结物具有良好的强度和弹塑性。根据本专利技术的一个方面，提供一种水泥浆，包括：水泥、降失水剂、分散剂、发泡剂、稳泡剂、早强剂和水，其中，所述发泡剂包括蛋白质类发泡剂。在本专利技术的水泥浆中，使用包含蛋白质类起泡剂的起泡剂。试验发现，采用蛋白质类起泡剂对浆体的性能影响小，浆体的稳定性更高，且更易于浆体中形成细小而均匀的气泡。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述蛋白质类发泡剂的含量基于所述水泥的重量计为1-3重量％，优选1.5-2.5重量％。具体地，在所述水泥浆中，所述蛋白质类发泡剂的含量基于所述水泥的重量计例如为1.5重量％、2重量％、2.5重量％或3重量％。上述含量范围中的蛋白质类发泡剂既能够使水泥浆产生合适量的气泡，减小水泥浆密度，又能使固化后产生的水泥凝固物保持良好的抗压强度，同时具备良好的弹塑性。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述稳泡剂的含量基于所述水泥的重量计为0.01-0.2重量％，优选0.05-0.1重量％。具体地，所述稳泡剂的含量基于所述水泥的重量计例如为0.02重量％、0.2重量％、0.04重量％、0.08重量％、0.10重量％、0.12重量％、0.14重量％、0.16重量％、0.18重量％或0.20重量％。添加上述含量范围的稳泡剂能够很大程度地保持水泥浆经过充气后其中产生泡沫的含量，同时对水泥浆本身的性能影响非常小。在本专利技术的一些优选实施方式中，所述水泥浆包括以下组分：100重量份的水泥、3-9重量份的降失水剂、0.5-2重量份的分散剂、0.5-3重量份的早强剂和40-50重量份的水，以及基于所述水泥的重量计为1-3重量％的发泡剂和0.01-0.2重量％的稳泡剂。其中，所述降失水剂可优选为3-7重量份，例如3-6重量份，还可优选为4-6重量份。所述分散剂可优选为0.6-1.5重量份，例如0.6-1.2重量份，还可优选为0.7-1重量份。所述早强剂可优选为0.5-2.5重量份，例如0.8-2重量份，还可优选为1-2重量份。水可优选为40-50重量份，还可优选为42-48重量份，更优选为44-46重量份。对于多组分组成的水泥浆体系，调整各组分的比例可优化整个水泥浆体系的性能，使其更加适于应用。在前述配方下的水泥浆具有合适的密度和粘稠性，在后续的填充气泡处理中能够有效引入适量的气泡；并在养护、固化处理中，保持气泡占有量；并且使充气水泥浆在凝固后仍然具备合格的耐压性和弹塑性。在更优选的一些实施方式中，所述水泥浆包括以下组分：100重量份的水泥、3-6重量份的降失水剂、0.6-1重量份的分散剂、1-2重量份的早强剂和42-48重量份的水，以及基于所述水泥的重量计为1.5-2.5重量％的发泡剂和0.05-0.15重量％的稳泡剂。在进一步优选的一些实施方式中，所述水泥浆包括以下组分：100重量份的水泥、3-6重量份的降失水剂、0.6-1重量份的分散剂、1-2重量份的早强剂和44-46重量份的水，以及基于所述水泥的重量计为1.5-2.5重量％的发泡剂和0.05-0.15重量％的稳泡剂。根据本专利技术，优选地，所述蛋白质类发泡剂与所述稳泡剂的重量比在15-50:1的范围，进一步优选在16-40:1的范围，更优选在16-35:1的范围。在本专利技术中，使用了蛋白质类发泡剂，同时配合使用增粘类稳泡剂，通过蛋白质类发泡剂和稳泡剂的复配作用，增强泡沫水泥浆的稳定性，减少形成的泡沫在泡沫水泥浆的后续处理中的丢失。在前述用量比例范围内，蛋白质类发泡剂和稳泡剂之间可形成较好的复配作用，从而使水泥浆在充气时更加均匀地引入气泡，并在加工中高度保持气泡量。根据本专利技术，所述发泡剂优选为蛋白质类发泡剂或蛋白质类发泡剂与离子型表面活性剂的复配物。即，本专利技术中使用的发泡剂可以是单独的蛋白质类发泡剂，还可以是蛋白质类发泡剂与离子型表面活性剂复配形成的混合物。试验发现，单独使用表面活性剂，会在一定程度上延长发泡水泥的稠化时间，降低泡沫水泥石强度；同时，泡沫水泥浆的稳定性不能得到保证。而相比于单一组分的蛋白质类发泡剂，其与离子型表面活性剂的复配可以起到相互协同增效的作用，使产生的泡沫更多、更稳定。优选地，所述蛋白质类发泡剂与离子型表面活性剂的复配物中，蛋白质类发泡剂的重量百分含量为60-97％，优选70-95％，更优选80-95％。在本专利技术中，适合的蛋白质类发泡剂可以是植物蛋白质类发泡剂和/或动物蛋白质类发泡剂。具体地，所述蛋白质类发泡剂可以选自茶皂素型发泡剂、皂角苷型发泡剂、水解动物蹄角型发泡剂、水解毛发型发泡剂和水解血胶型发泡剂中的任意一种或多种，更优选为HTW-1蛋白质复合发泡剂、HTQ蛋白质复合发泡剂中的任意一种或两种。在本专利技术中，适用的离子型表面活性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水泥浆，包括：水泥、降失水剂、分散剂、发泡剂、稳泡剂、早强剂和水，其中，所述发泡剂包含蛋白质类发泡剂。

【技术特征摘要】
1.一种水泥浆，包括：水泥、降失水剂、分散剂、发泡剂、稳泡剂、早强剂和水，其中，所述发泡剂包含蛋白质类发泡剂。2.根据权利要求1所述的水泥浆，其特征在于，所述蛋白质类发泡剂的含量基于所述水泥的重量计为1-3重量％，优选1.5-2.5重量％；优选地，所述稳泡剂的含量基于所述水泥的重量计为0.01-0.2重量％，更优选0.05-0.1重量％。3.根据权利要求1所述的水泥浆，其特征在于，所述水泥浆包括以下组分：100重量份的水泥、3-9重量份的降失水剂、0.5-2重量份的分散剂、0.5-3重量份的早强剂和40-50重量份的水，以及基于所述水泥的重量计为1-3重量％的发泡剂和0.01-0.2重量％的稳泡剂。4.根据权利要求3所述的水泥浆，其特征在于，所述水泥浆包括以下组分：100重量份的水泥、3-6重量份的降失水剂、0.6-1重量份的分散剂、1-2重量份的早强剂和42-48重量份的水，以及基于所述水泥的重量计为1.5-2.5重量％的发泡剂和0.05-0.15重量％的稳泡剂。5.根据权利要求1-4中任一项所述的水泥浆，其特征在于，所述蛋白质类发泡剂与所述稳泡剂的重量比在15-50:1的范围，更优选在16-35:1的范围。6.根据权利要求1-5中任一项所述的水泥浆，其特征在于，所述发泡剂为蛋白质类发泡剂或蛋白质类发泡剂与离子型表面活性剂的复配物，优选所述蛋白质类发泡剂与离子型表面活性剂的复配物中，蛋白质类发泡剂的重量百分含量为60-97％；优选所述蛋白质类发泡剂选自茶皂素型发泡剂、皂角苷型发泡剂、水解动物蹄角型发泡剂、水解毛发型发泡剂和水解血胶型发泡剂中的任意一种或多种，更优选HTW-1蛋白质复合发泡剂、HTQ蛋白质复合发泡剂或者两者组合；优选所述离子型表面活性剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、椰油酰胺丙基甜菜碱和α-烯基磺酸钠中的任意一种或多种。7.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾义金，肖京男，周仕明，丁士东，桑来玉，刘建，
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