水泥浆组合物、固井用水泥浆及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种水泥浆组合物、包括所述水泥浆组合物的固井水泥浆体系及其制备方法。所述水泥浆组合物包括水泥、抗高温弹性材料、抗高温降失水剂、抗高温无机防窜乳液、高温强度稳定剂、加重剂和水。使用该水泥浆体系在高温高压环境以及后期的大型压裂施工过程中形成的水泥环具有较好的弹性性能并且具有良好的抗压强度，可以长久地保持自身完整性，有效地保证了层间密封，降低了页岩气井环空带压风险。险。

【技术实现步骤摘要】
水泥浆组合物、固井用水泥浆及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于页岩气固井领域，具体涉及一种水泥浆组合物，一种包括所述水泥浆组合物的固井用水泥浆及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]射孔完井时水泥环受到较大的冲击荷载，为了稳产、增产，各油田都相继进行注水、压裂、酸化等增产措施，不同的作业过程必然会引起井下套管和水泥环受力状态的改变。常规油井水泥浆体系形成的水泥石是脆性材料，形变能力较差，韧性低，容易导致水泥环受损，在油井后期生产或作业过程出现裂纹或者微环隙，从而使得水泥环失去密封能力，影响后期生产。同时生产过程中井下温度压力的变化也会引起水泥环盈利状态的变化，因常规水泥石的缺点易导致水泥环受损而产生裂纹及其进一步的扩展，造成地下油气水层之间的窜流和套管的腐蚀破坏，严重时导致油气井报废。现有弹韧性水泥浆体系能够有效改善水泥石脆性特性，有效降低水泥石的弹性模量，同时水泥石的抗压强度损失较大。弹性模量和抗压强度二者矛盾关系，使得水泥环的弹性模量不能达到最佳状态。因此，本领域急需开发一种具有较高韧性同时强度不会大幅降低的新型的弹韧性固井水泥浆体系。

技术实现思路

[0003]为了解决上述现有技术存在的问题，在保证水泥浆体系基本性能满足要求的前提下，本专利技术在水泥浆中添加一种新型弹性材料，提供一种弹韧性水泥浆体系，并使相应的水泥石具有较低的弹性模量和足够的抗压强度，满足页岩气固井施工要求，在后期大型压裂施工过程中，水泥环保持完整性，保证页岩气层间封固能力。
[0004]本专利技术一方面提供了一种水泥浆组合物，所述水泥浆组合物包括水泥、抗高温弹性材料、抗高温降失水剂、抗高温无机防窜乳液、高温强度稳定剂、加重剂和水。
[0005]根据本专利技术的一些实施方式，所述水泥浆组合物还包括分散剂、浆体调节剂和缓凝剂。
[0006]根据本专利技术的一些实施方式，以水泥的质量计，所述抗高温弹性材料为 3-10wt％，优选为4-8wt％，例如4％、5％、6％、7％和8％以及它们之间的任意值。
[0007]根据本专利技术的一些实施方式，以水泥的质量计，所述抗高温降失水剂为 4-8wt％，优选为4-6wt％，例如4％、4.5％、5％、5.5％和6％以及它们之间的任意值。
[0008]根据本专利技术的一些实施方式，以水泥的质量计，所述抗高温无机防窜乳液为 5-10wt％，例如5％、6％、7％、8％、9％和10％以及它们之间的任意值。
[0009]根据本专利技术的一些实施方式，以水泥的质量计，所述高温强度稳定剂为 30-60wt％，例如30％、40％、50％和60％以及它们之间的任意值。
[0010]根据本专利技术的一些实施方式，以水泥的质量计，所述加重剂为60-90wt％，例如60％、70％、78％、80％、85％和90％以及它们之间的任意值。
[0011]根据本专利技术的一些实施方式，以水泥的质量计，所述水为55-59wt％，例如 55％、
56％、57％、58％和59％以及它们之间的任意值。
[0012]根据本专利技术的一些实施方式，以水泥的质量计，所述分散剂为0.8-1wt％，例如0.8％、0.85％、0.9％、0.95％和1.0％以及它们之间的任意值。
[0013]根据本专利技术的一些实施方式，以水泥的质量计，所述浆体调节剂0.8-1wt％，例如0.8％、0.85％、0.9％、0.95％和1.0％以及它们之间的任意值。
[0014]根据本专利技术的一些实施方式，以水泥的质量计，所述缓凝剂为1-2wt％，例如1.0％、1.2％、1.5％和2.0％以及它们之间的任意值。
[0015]根据本专利技术的一些实施方式，以G级油井水泥100质量份计，所述抗高温弹性材料4至8份，所述抗高温降失水剂4至6份，所述抗高温无机防窜乳液5 至10份，所述加重剂60至90份，所述高温强度稳定剂30至60份，所述分散剂0.8至1份，所述浆体调节剂0.8至1份，所述缓凝剂1至2份，所述水55至 59份。
[0016]根据本专利技术的一些实施方式，所述抗高温弹性材料为纳米硅-聚对苯二酰胺。
[0017]根据本专利技术的一些实施方式，所述抗高温弹性材料以纳米硅为壳，以聚对苯二酰胺为核的纳米硅-聚对苯二酰胺。
[0018]根据本专利技术的一些实施方式，所述纳米硅的平均粒径为100-300nm，所述聚对苯二酰胺的平均粒径为140-180目。
[0019]根据本专利技术的一些实施方式，所述纳米硅-聚对苯二酰胺复合颗粒使用颗粒复合系统包裹工艺技术制备而成。
[0020]根据本专利技术的一些实施方式，所述纳米硅-聚对苯二酰胺复合颗粒的制备方法包括如下步骤：将聚对苯二酰胺颗粒与纳米硅按比例加入到颗粒复合化系统的混合机，调整定量计量系统的实验工艺参数，使纳米硅与聚对苯二酰胺颗粒在主机中充分的接触、混合，在控制系统的控制下，最后在收集装置中获得粉体，形成一种纳米硅包覆聚对苯二酰胺颗粒的核壳结构。
[0021]根据本专利技术的一些实施方式，所述水泥为油井水泥，优选为G级油井水泥。
[0022]根据本专利技术的一些实施方式，所述抗高温降失水剂包括2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚物。
[0023]根据本专利技术的一些实施方式，所述抗高温降失水剂为AMPS(2-丙烯酰胺基
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2-甲基丙磺酸)多元共聚物，其中，制备所述AMPS多元共聚物的原料包括如下：100质量份的水，40至80质量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，1至30质量份的3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸，30至70质量份的N
’
N-二甲基丙烯酰胺， 1至20质量份的丙烯酸，1至20质量份的丙烯腈。
[0024]在一个具体实施方式中，制备所述AMPS多元共聚物的步骤如下：将40至 80质量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，1至30质量份的3-烯丙氧基-2-羟基-1
-ꢀ
丙磺酸，30至70质量份的N
’
N-二甲基丙烯酰胺，1至20质量份的丙烯酸，1 至20质量份的丙烯腈加入到100质量份的水中，搅拌溶解，然后调节溶液pH 值到6至7，接着在惰性氛围下，于60至75℃下保持1至1.5小时；然后在搅拌状态下加入引发剂，继续于60至75℃下搅拌状态下反应，冷却至室温(例如自然冷却至25
±
5℃)，得到所述抗高温降失水剂；其中所述引发剂包含氧化剂和还原剂；以所述水为100质量份计，所述氧化剂的用量为0.1至0.3质量份；所述还原剂的用量为0.1至0.3质量份；所述氧化剂为过硫酸铵，所述还原剂为亚硫酸氢钠。
[0025]根据本专利技术的一些实施方式，所述抗高温无机防窜乳液包括纳米二氧化硅乳液。
[0026]根据本专利技术的一些实施方式，所述高温强度稳定剂包括硅粉，优选为粒径为 60-100目的硅粉。
[0027]根据本专利技术的一些实施方式，所述分散剂包括选自醛酮缩聚物、磺酸盐类中的一种或多种，优选包括醛酮缩聚物。
[0028]根据本专利技术的一些实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水泥浆组合物，其包括水泥、抗高温弹性材料、抗高温降失水剂、抗高温无机防窜乳液、高温强度稳定剂、加重剂和水。2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，还包括分散剂、浆体调节剂和缓凝剂。3.根据权利1或2所述的组合物，其特征在于，以水泥的质量计，所述抗高温弹性材料为3-10wt％，优选为4-8wt％；抗高温降失水剂为4-8wt％，优选为4-6wt％；抗高温无机防窜乳液为5-10wt％；高温强度稳定剂为30-60wt％；加重剂为60-90wt％，水为55-59wt％；分散剂为0.8-1wt％；浆体调节剂0.8-1wt％；缓凝剂为1-2wt％。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的组合物，其特征在于，所述抗高温弹性材料为纳米硅-聚对苯二酰胺，优选为以纳米硅为壳，以聚对苯二酰胺为核的纳米硅-聚对苯二酰胺，更优选地所述纳米硅的平均粒径为100-300nm，所述聚对苯二酰胺的平均粒径为140-180目。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的组合物，其特征在于，所述水泥为油井水泥，优选为G级油井水泥；和/或，所述抗高温降失水剂包括2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚物；和/或，所述抗高温无机防窜乳液包括纳米二氧化硅乳液；和/或，所述高温强度稳定剂包括硅粉，优选粒径为60-...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶谦，杜晓雨，苗霞，曾敏，陆沛青，李小江，
申请(专利权)人：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：