韧性水泥浆及其制备方法、应用技术

本发明专利技术公开了一种韧性水泥浆及其制备方法、应用。其中以质量份计，该韧性水泥浆包括：油井水泥100份；强度稳定剂33～40份；分散剂0.3～0.5份；悬浮剂0.3～0.5份；调凝剂0.2～3份；降失水剂2～5份；消泡剂0.1～0.3份；水30～60份；热固性酚醛树脂1～3份；强度稳定剂包括微硅粉和石英砂，微硅粉和石英砂的质量比例为(3～7):(30～33)；热固性酚醛树脂为分子量300～1000的A阶液体酚醛树脂或者分子量为2000～5000的B阶局部固化酚醛树脂。该水泥浆稠化后形成的水泥石强度高、弹性模量低、渗透率低，能满足储气库井、注气驱采油井固井施工对水泥浆性能的要求，保障固井施工安全。

【技术实现步骤摘要】
韧性水泥浆及其制备方法、应用
本专利技术涉及石油钻采工程
，特别涉及一种韧性水泥浆及其制备方法、应用。
技术介绍
在油气井钻井过程中，需利用水泥浆进行固井，以支撑、悬挂以及保护井壁，封堵底层流体，防止层间窜流和套管腐蚀，同时起到封隔油、气、水，支撑套管和保护套管，延长油气井寿命的作用。对于储气库建设、利用注气驱提高采收率等方面的固井来说，水泥石需要承受交变载荷，对井筒密封完整性提出了更高的要求，要求水泥石不但要有较高的抗压强度(1.88g/cm3时抗压强度为40MPa～50MPa)以抵抗外力作用的破坏，还要有较强的韧性以抵抗弹性变形。相关技术中通常通过在水泥浆中掺入弹性材料、胶乳或者纤维等材料来提高水泥石的韧性以及抗变形能力。在实现本专利技术的过程中，本专利技术人发现相关技术中至少存在以下问题：相关技术提供通过掺入弹性材料、胶乳或者纤维等材料的方法虽然能提高水泥石的韧性，但是会导致水泥石的抗压强度降低。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术实施例提供一种韧性水泥浆及其制备方法、应用，该韧性水泥浆在具有良好韧性的同时，还具备良好的抗压性能。具体而言，包括以下的技术方案：第一方面，本专利技术实施例提供了一种韧性水泥浆，所述水泥浆包括以下质量份数的组分：油井水泥，100份；强度稳定剂，33～40份；分散剂，0.3～0.5份；悬浮剂，0.3～0.5份；调凝剂，0.2～3份；降失水剂，2～5份；消泡剂，0.1～0.3份；水，30～60份；热固性酚醛树脂，1～3份；所述强度稳定剂包括微硅粉和石英砂，所述微硅粉和石英砂的质量比例为(3～7):(30～33)；所述热固性酚醛树脂为A阶液体酚醛树脂或者B阶局部固化酚醛树脂；所述A阶液体酚醛树脂的分子量为300～1000；所述B阶局部固化酚醛树脂的分子量为2000～5000。可选地，所述分散剂为磺化丙酮甲醛缩合物。可选地，所述悬浮剂选自膨润土、纤维衍生物以及丙烯酰胺与丙烯酸盐多元共聚物中的至少一种。可选地，所述调凝剂为缓凝剂或者促凝剂；所述缓凝剂的质量份数为0.2～0.5份，所述促凝剂的质量份数为1～3份；所述缓凝剂为以丙烯酰胺为主链的聚合物或有机磷酸盐；所述促凝剂为复合盐类促凝剂。可选地，所述降失水剂为聚乙烯醇和/或聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。可选地，所述消泡剂为有机硅类消泡剂、聚醚类消泡剂以及聚醚改性聚硅氧烷类消泡剂中的至少一种。可选地，所述油井水泥为G级油井水泥，所述水为淡水。第二方面，本专利技术实施例提供了一种韧性水泥浆的制备方法，包括以下步骤：步骤a，将100质量份的油井水泥、33～40质量份的强度稳定剂，0.3～0.5质量份的分散剂，0.3～0.5质量份的悬浮剂以及1～3质量份的热固性酚醛树脂混合均匀得到第一混合物；步骤b，将2～5质量份的降失水剂、0.2～3质量份的调凝剂、0.1～0.3质量份的消泡剂和30～60质量份的水混合均匀得到第二混合物；步骤c，将所述第一混合物和所述第二混合物混合均匀得到所述韧性水泥浆；所述强度稳定剂包括微硅粉和石英砂，所述微硅粉和石英砂的质量比例为(3～7):(30～33)；所述热固性酚醛树脂为A阶液体酚醛树脂或者B阶局部固化酚醛树脂；所述A阶液体酚醛树脂的分子量为300～1000；所述B阶局部固化酚醛树脂的分子量为2000～5000。第三方面，本专利技术实施例提供了一种上述的韧性水泥浆在固井中的应用。具体地，当储层温度为40℃～80℃时，所述热固性酚醛树脂采用分子量300～1000的A阶液体酚醛树脂；当储层温度为81℃～120℃时，所述热固性酚醛树脂采用分子量2000～5000的B阶局部固化酚醛树脂。本专利技术实施例提供的技术方案的有益效果：本专利技术实施例提供的韧性水泥浆中，所用热固性酚醛树脂在硬化水泥浆体中形成薄膜，增加了水化产物之间的粘结力，降低微裂纹尺寸，而且成为离子渗透和扩散的阻挡层，因而明显提高力学性能。同时，热固性酚醛树脂固化产物与水泥水化产物相互交联，形成紧密的互穿网络结构，弥补了水泥浆硬化体自身存在的微裂隙与缺陷，既分散了水泥石的应力集中，又增加了形变能力，降低了水泥石的脆性，提高了其韧性。本专利技术实施例提供的韧性水泥浆固化形成的水泥石的弹性模量为5～9GPa，较常规浆降低20％～50％。并且，热固性酚醛树脂有较明显的促凝作用，能够提高早期抗压强度，减少水泥石中的孔洞，从而降低水泥石的渗透率，48h抗压强度超过40MPa，最高可达57MPa，较常规浆增加20％～60％。此外，热固性酚醛树脂与硅粉均可起到防止水泥石强度衰退的效果，将二者配合使用，具有防止水泥石高温衰退的作用，同时可防气窜，提高界面胶结强度。将本专利技术实施例提供的水泥浆应用于储气库井固井、注气驱采油井固井等固井作业中，能够有效提高固井质量，为油气井的长期、安全、有效运行提供技术支撑。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为实施例1制备的水泥浆在60℃下进行稠化实验的稠化曲线图；图2为实施例2制备的水泥浆在110℃下进行稠化实验的稠化曲线图；图3为实施例3制备的水泥浆在110℃下进行稠化实验的稠化曲线图。具体实施方式为使本专利技术的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。除非另有定义，本专利技术实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。第一方面，本专利技术实施例提供了一种韧性水泥浆，该水泥浆包括以下质量份数的组分：油井水泥，100份；强度稳定剂，33～40份；分散剂，0.3～0.5份；悬浮剂，0.3～0.5份；调凝剂，0.2～3份；降失水剂，2～5份；消泡剂，0.1～0.3份；水，30～60份；热固性酚醛树脂，1～3份。其中，强度稳定剂包括微硅粉和石英砂，微硅粉和石英砂的质量比例为(3～7):(30～33)；热固性酚醛树脂为A阶液体酚醛树脂或者B阶局部固化酚醛树脂；A阶液体酚醛树脂的分子量为300～1000；B阶局部固化酚醛树脂的分子量为2000～5000。本专利技术实施例提供的韧性水泥浆，通过各组分之间的相互配合、协同作用，使韧性水泥浆固化后形成的水泥石在具有良好韧性的同时，还具备良好的抗压性能。具体来说，热固性酚醛树脂在硬化水泥浆体中形成薄膜，增加了水化产物之间的粘结力，降低微裂纹尺寸，而且成为离子渗透和扩散的阻挡层，因而明显提高力学性能。同时，热固性酚醛树脂固化产物与水泥水化产物相互交联，形成紧密的互穿网络结构，弥补了水泥浆硬化体自身存在的微裂隙与缺陷，既分散了水泥石的应力集中，又增加了形变能力，降低了水泥石的脆性，提高了其韧性。本专利技术实施例提供的韧性水泥浆固化形成的水泥石的弹性模量为5～9GPa，较常规浆降低20％～50％。并且，热固性酚醛树脂有较明显的促凝作用，能够提高早期抗压强度，减少水泥石中的孔洞，从而降低水泥石的渗透率，48h抗压强度超过40MPa，最高可达57MPa，较常规浆增加20％～60％。热固性酚醛树脂与微硅粉均可起到防止水泥石强度衰退的效果，将二者配合使用，具有防止水泥石高温衰退的作用，同时可防气窜，提高界面胶结强度。此外，本专利技术实施例提供的韧性水泥浆中，以微硅粉和石英砂复配的强度稳定剂可有效改善水泥石的抗压强度。分散剂可使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种韧性水泥浆，其特征在于，所述水泥浆包括以下质量份数的组分：油井水泥，100份；强度稳定剂，33～40份；分散剂，0.3～0.5份；悬浮剂，0.3～0.5份；调凝剂，0.2～3份；降失水剂，2～5份；消泡剂，0.1～0.3份；水，30～60份；热固性酚醛树脂，1～3份；所述强度稳定剂包括微硅粉和石英砂，所述微硅粉和所述石英砂的质量比例为(3～7):(30～33)；所述热固性酚醛树脂为A阶液体酚醛树脂或者B阶局部固化酚醛树脂；所述A阶液体酚醛树脂的分子量为300～1000；所述B阶局部固化酚醛树脂的分子量为2000～5000。

【技术特征摘要】
1.一种韧性水泥浆，其特征在于，所述水泥浆包括以下质量份数的组分：油井水泥，100份；强度稳定剂，33～40份；分散剂，0.3～0.5份；悬浮剂，0.3～0.5份；调凝剂，0.2～3份；降失水剂，2～5份；消泡剂，0.1～0.3份；水，30～60份；热固性酚醛树脂，1～3份；所述强度稳定剂包括微硅粉和石英砂，所述微硅粉和所述石英砂的质量比例为(3～7):(30～33)；所述热固性酚醛树脂为A阶液体酚醛树脂或者B阶局部固化酚醛树脂；所述A阶液体酚醛树脂的分子量为300～1000；所述B阶局部固化酚醛树脂的分子量为2000～5000。2.根据权利要求1所述的水泥浆，其特征在于，所述分散剂为磺化丙酮甲醛缩合物。3.根据权利要求1所述的水泥浆，其特征在于，所述悬浮剂选自膨润土、纤维衍生物以及丙烯酰胺与丙烯酸盐多元共聚物中的至少一种。4.根据权利要求1所述的水泥浆，其特征在于，所述调凝剂为缓凝剂或者促凝剂；所述缓凝剂的质量份数为0.2～0.5份，所述促凝剂的质量份数为1～3份；所述缓凝剂为有机磷酸盐或丙烯酰胺为主链的聚合物；所述促凝剂为有机物和无机物复合的添加剂。5.根据权利要求1所述的水泥浆，其特征在于，所述降失水剂为聚乙烯醇和/或聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。6.根据权利要求1所述的水泥浆，其特征在于，所述消泡剂为有机硅类消...

【专利技术属性】
技术研发人员：王秀影，谢刚，胡书宝，闫海俊，张彬，王元庆，李冲，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11