纳米防窜剂及其制备方法、防窜水泥浆技术

技术编号:25747357 阅读:24 留言:0更新日期:2020-09-25 20:59
本发明专利技术提供了一种纳米防窜剂,由以下组分制备得到,包括:纳米二氧化硅20~40重量份;纳米硅5~10重量份;水100重量份;偶联剂5~15重量份;第一分散剂0.5~2重量份;第一消泡剂0.5~1重量份。与现有技术相比,本发明专利技术提供的纳米防窜剂为纳米级的乳浊液,将其加入水泥浆中,可有效弥补水泥浆固化过程中引起的体积收缩问题,增强水泥石的弹韧性及其与I、II界面的胶结强度,同时纳米级的颗粒能够改善水泥石的微观结构,提高水泥石的渗流阻力;并且该纳米防窜剂具有较高的比表面积,能够有效束缚水泥固体颗粒孔隙间的自由水,使水泥浆保持较好的稳定性,降低水泥石的渗透率,提高水泥石的强度。

【技术实现步骤摘要】
纳米防窜剂及其制备方法、防窜水泥浆
本专利技术属于石油钻井
,尤其涉及一种纳米防窜剂及其制备方法、防窜水泥浆。
技术介绍
油井固井的主要目的是封隔油、气、水层,保护生产层以及加固井壁,固井后套管-水泥环-地层形成的胶结体,作为固井屏障保障油井井筒完整性。随着石油钻井技术的发展,采用大位移水平井进行油气开采得到了广泛的应用,大位移水平井固井由于封固段较长,在固井段顶部和底部会出现一定的温差,不同温度下水泥浆候凝期间的稠化时间和强度发展不一致,导致固井质量不好。特别是在气井固井过程中,水泥浆候凝期间的稠化时间不一致,出现超缓凝现象,很容易发生气窜,从而使井筒完整性失效,造成环空带压影响固井质量。目前国外开发的泡沫水泥浆体系、膨胀水泥浆体系、聚合物胶乳水泥浆体系都已经在固井及隧道工程中得到应用,特别是聚合物胶乳水泥浆体系自1958年应用以来,被称为最佳防气窜水泥浆体系,能有效的控制气窜。但现有的水泥浆体系通常采用胶乳作为防窜主要手段,胶乳防窜水泥浆敏感性强导致胶乳加量不够,不能很好的解决气窜问题,无法满足现场实际生产的需求。公开号为CN105238376的中国专利公开了一种弹性防窜水泥浆,其性能稳定,主要是在胶乳防窜水泥浆体系的基础上,引入了一种弹性材料,从而避免水泥石具有脆性,在油气井的后续射孔、大型压裂等试采作业过程中,水泥石发生破裂产生微裂纹导致防窜能力不足引起气窜。该弹性防窜水泥浆体系失水量较低,有较强的防气窜能力和抗水侵能力,杨氏模量低,抗拉强度高,胶结强度大,体积微膨胀,能够改善固井二界面胶结质量问题,能够有效的抑制高压油气层、活跃水层,避免油气水窜,有效解决油、气、水窜严重的复杂井的固井技术难题。公开号为CN102618231的中国专利公开了一种低温浅层防窜水泥浆,该防窜水泥浆由下列组分组成,各组分按质量百分比配比:三异丙醇胺0.05%~1%;氯化钙1%~5%;醋酸乙烯乳液1%~8%;丁苯乳液2%~20%;有机硅油消泡剂1%-5%;余量是水。该水泥浆使用温度为10℃~60℃,能够加快油井水泥水化速度、缩短过渡时间、改善界面过度层结构、改善泥饼质量、提高界面胶结强度和水泥环弹性形变能力,解决了低温浅井固井后管外冒等复杂事故的不断发生,保证低温浅井的顺利开发,提高油气产能,延长油气井使用寿命。公开号为CN105038745的中国专利公开了一种新型固井用液硅防窜水泥浆,该水泥浆体系使用的液硅使水泥浆低失水、稳定性好、静胶凝过度时间短、防气窜能力强;水泥浆低温下早期强度发展快,同时耐酸性介质腐蚀,水泥浆干结后微膨胀、孔隙度小、致密性高、渗透率低。公开号为CN107129796的中国专利公开了一种复合防窜剂、固井用防窜水泥浆及其制备方法,指出在超高温条件下,温度远远超过胶乳的玻璃化温度,胶乳在二界面上形成的膜的物性差,水泥浆“失重”时,不能有效地抑制气窜,胶乳水泥浆体系的固井质量往往都不理想。该专利技术提供一种用于固井水泥浆的复合防窜剂,所述复合防窜剂包括纳米二氧化硅防窜乳液和固井用胶乳,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,其中的纳米级的硬球“纳米二氧化硅颗粒”与可变形的软球“胶乳颗粒”可填充于水泥颗粒间,从而提高水泥浆在超高温条件下的防窜能力。但现有防窜水泥浆中使用的液态胶乳其固含量仅能做到50%左右,聚合物胶乳粉的固含量往往达到95%以上,如果胶乳防窜剂加量不够,不能很好的解决气窜问题,若需达到相应的防窜效果,液态胶乳的加量还要增加,这就会降低水泥石的抗压强度,对水泥浆的密度,流动度以及稠化时间都会造成波动,无法满足现场实际生产的需求。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术要解决的技术问题在于提供一种纳米防窜剂及其制备方法、防窜水泥浆,该纳米防窜剂为乳浊液且具有较高的比表面积。本专利技术提供了一种纳米防窜剂,由以下组分制备得到,包括:优选的,所述纳米二氧化硅的粒径为100~300nm;所述纳米硅的粒径为150~350nm。优选的,所述偶联剂选自络合物类偶联剂、硅烷偶联剂与钛酸酯偶联剂中的一种或多种;所述第一分散剂选自醛酮缩合物类分散剂和/或萘系分散剂;所述第一消泡剂选自乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧丙烯甘油醚与聚二甲基硅氧烷中一种或多种。本专利技术还提供了一种上述纳米防窜剂的制备方法,其特征在于,包括:S1)将水与第一分散剂混合搅拌,然后加入纳米二氧化硅与纳米硅,分散搅拌,得到混合浆料;S2)将所述混合浆料、偶联剂与第一消泡剂混合搅拌,得到纳米防窜剂。优选的,所述步骤S1)中混合搅拌的转速为500~1500r/min;混合搅拌的时间为5~15min;所述分散搅拌的转速为1500~2500r/min;分散搅拌的时间为10~20min。优选的,所述步骤S2)中先将所述混合浆料与偶联剂混合搅拌,然后在加入消泡剂进行搅拌,得到纳米防窜剂;所述混合搅拌的转速为1500~2500r/min;混合搅拌的时间为5~15min;所述搅拌的转速为1500~2500r/min;搅拌的时间为5~15min。本专利技术还提供了一种防窜水泥浆,包括:优选的,所述缓凝剂选自柠檬酸、硼酸与木质磺酸盐中的一种或多种;所述第二消泡剂选自乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧丙烯甘油醚与聚二甲基硅氧烷中一种或多种;所述填充剂选自粉煤灰、矿渣与微硅粉中的一种或多种;所述第二分散剂选自醛酮缩合物类分散剂和/或萘系分散剂;所述降失水剂选自丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物和/或丙烯酰胺-AMPS共聚物;所述减轻剂选自漂珠和/或硅灰;所述加重剂选自铁矿粉、重晶石与锰矿粉中的一种或多种。优选的,所述防窜水泥浆的密度为1.50~2.50g/cm3。优选的,包括:本专利技术提供了一种纳米防窜剂,由以下组分制备得到,包括:纳米二氧化硅20~40重量份;纳米硅5~10重量份;水100重量份;偶联剂5~15重量份;第一分散剂0.5~2重量份;第一消泡剂0.5~1重量份。与现有技术相比,本专利技术提供的纳米防窜剂为纳米级的乳浊液,将其加入水泥浆中,可有效弥补水泥浆固化过程中引起的体积收缩问题,增强水泥石的弹韧性及其与I、II界面的胶结强度,同时纳米级的颗粒能够改善水泥石的微观结构,提高水泥石的渗流阻力,可以有效解决水泥浆防窜效果差、密封失效等问题;并且该纳米防窜剂具有较高的比表面积,能够有效束缚水泥固体颗粒孔隙间的自由水,使水泥浆保持较好的稳定性,降低水泥石的渗透率,提高水泥石的强度;再者该纳米防窜剂中纳米级别的晶体颗粒在碱性环境中具有较高的活性,能够促进水泥颗粒水化,改善水泥石凝胶强度发展速率,促进C-S-H凝胶的快速形成,进而显著提升水泥石起强度的时间,有效提高水泥石早期强度的发展,增加水泥石早期强度,进而实现水泥浆的早强与防窜作用。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种纳米防窜剂,其特征在于,由以下组分制备得到,包括:/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米防窜剂,其特征在于,由以下组分制备得到,包括:





2.根据权利要求1所述的纳米防窜剂,其特征在于,所述纳米二氧化硅的粒径为100~300nm;所述纳米硅的粒径为150~350nm。


3.根据权利要求1所述的纳米防窜剂,其特征在于,所述偶联剂选自络合物类偶联剂、硅烷偶联剂与钛酸酯偶联剂中的一种或多种;所述第一分散剂选自醛酮缩合物类分散剂和/或萘系分散剂;所述第一消泡剂选自乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧丙烯甘油醚与聚二甲基硅氧烷中一种或多种。


4.一种权利要求1所述的纳米防窜剂的制备方法,其特征在于,包括:
S1)将水与第一分散剂混合搅拌,然后加入纳米二氧化硅与纳米硅,分散搅拌,得到混合浆料;
S2)将所述混合浆料、偶联剂与第一消泡剂混合搅拌,得到纳米防窜剂。


5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S1)中混合搅拌的转速为500~1500r/min;混合搅拌的时间为5~15min;所述分散搅拌的转速为1500~2500r/min;分散搅拌的时间为10~20min。


6.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员:张红杰夏忠跃李斌张林强解健程孙泽宁亓银波姜磊王鹏杨程王易忠江智勋刘强
申请(专利权)人:中国海洋石油集团有限公司中联煤层气有限责任公司中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司
类型:发明
国别省市:北京;11

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