一种复合固井用中空减轻剂及其制备方法技术

本申请涉及油气田钻井固井技术领域，具体公开了一种复合固井用中空减轻剂及其制备方法。复合固井用中空减轻剂的原料包括改性氮化硅空心微球、粉煤灰、微硅粉、稳定剂、减阻剂和降失水剂。本申请的复合固井用中空减轻剂可用于井底压力大于40Mpa的深井固井施工要求，其具有能够提高固井浆料的抗压强度和密实度的优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
一种复合固井用中空减轻剂及其制备方法


[0001]本申请涉及油气田钻井固井技术的领域，更具体地说，它涉及一种复合固井用中空减轻剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]我国油气田类型较多，有低压渗透油气田、稠油油气田、裂缝形油气田等，这些油气田多数油层压力系数低，有的是原始压力低，有的因长期开采油井压力降低，钻井时会漏失，有时因封固较长而带来固井漏失，因此要保护好油气层还要固好井，为达到这个要求必须针对不同的油气藏特点采用不同的固井方法，有时需要采用低密度水泥固井、分级注固井等特殊的固井方法，因此必须在固井中采用特殊水泥浆，在水泥浆中加入低密度减轻剂是其中一种方法。
[0003]固井减轻剂是油井低密度水泥浆固井技术应用的主要外加剂，直接影响着水泥浆在油井中的密度、抗压强度等技术指标。高质量的固井减轻剂可以使水泥浆体系稳定，流变性能良好，抗压强度高，失水量低，游离液低，凝结成水泥石后体积不收缩，结构致密，渗透率低并有一定的防窜能力。
[0004]相关技术中，如申请号为200910310954.1的申请文件公开了一种高温低密度水泥及其应用，使用的减轻剂为粉煤灰、微珠、硅藻土、膨润土单剂或组合，通过采用上述的减轻剂制备得到的水泥浆具有有耐高温、密度低、强度高的优点，因此具有良好的固井施工性能。
[0005]针对上述中的相关技术，专利技术人认为相关技术中的微珠的抗压强度不佳，无法承受20Mpa以上的压力，并且固井水泥浆料在硬化过程中，水泥水化会产生碱性物质，随着固井水泥浆料的硬化，固井水泥浆料内的碱性物质浓度增加，高浓度的碱性物质容易对微珠造成腐蚀，从而导致微珠破裂或渗水，使得微珠的抗压强度大幅降低，进而会导致固井浆料抗压强度无法满足深井固井的要求。

技术实现思路

[0006]为了提高固井浆料的抗压强度，本申请提供一种复合固井用中空减轻剂及其制备方法。
[0007]第一方面，本申请提供一种复合固井用中空减轻剂，采用如下的技术方案：一种复合固井用中空减轻剂，其特征在于，所述减轻剂包括如下重量份数的原料：改性氮化硅空心微球50
‑
60份、粉煤灰15
‑
25份、微硅粉10
‑
20份、稳定剂2
‑
4份、减阻剂2
‑
5份、降失水剂1
‑
3份。
[0008]通过采用上述技术方案，减轻剂以改性氮化硅空心微球为主体，改性氮化硅空心微球具有较好的强度和耐腐蚀性，能够适用于井底压力大于40pa的固井施工要求，将粉煤灰和微硅粉作为配料使用，得到的减轻剂具有强度高、性能稳定的优点，粉煤灰和微硅粉能够填充改性氮化硅空心微球之间的空隙，从而减少固井浆料的用水量，进而有利于提高固
井浆料的密实度和抗压强度。
[0009]可选的，所述改性氮化硅空心微球由如下重量百分比的组分组成：改性氮化硅微粉40
‑
50％、磷酸盐50
‑
60％；所述改性氮化硅微粉由在氮化硅微粉表面包覆疏水膜得到。
[0010]通过采用上述技术方案，氮化硅微粉自身具有较好的强度和硬度，能够满足深井固井浆料对改性氮化硅空心微球的强度需要，通过在氮化硅微粉表面包覆疏水膜，最终在改性氮化硅空心微球表面形成一层疏水层，疏水层对固井浆料中产生的碱性物质进行阻隔，从而避免碱性物质对改性氮化硅空心微球造成腐蚀，能够使改性氮化硅空心微球保持较好的耐腐蚀性，有利于使氮化硅空心微球在固井浆料的碱性环境下长效保持较佳的强度，进而有利于提高水泥浆料的固井施工性能。
[0011]可选的，所述疏水膜为氧化铝膜，所述氧化铝膜由疏水氧化铝微粉制得。
[0012]通过采用上述技术方案，疏水氧化铝微粉具有良好的分散性，从而能够有效降低疏水氧化铝微粉在流动过程中形成的静电吸附包球现象，进而有利于使疏水氧化铝微粉在氮化硅微粉表面分布均匀，同时氧化铝膜具有良好的疏水性，从而避免碱性物质向氮化硅微球内部渗透，有效增强了改性氮化硅空心微球的耐腐蚀性。
[0013]可选的，所述改性氮化硅空心微球采用包括如下的方法制备得到：S1：对氮化硅微粉进行预处理；并制备疏水氧化铝微粉；S2：将预处理后的氮化硅微粉和疏水氧化铝微粉在饱和硫酸锂溶液中浸泡5
‑
6h，浸泡过程中缓慢升温至70
‑
80℃，保持1
‑
2h，干燥后得到改性氮化硅微粉，然后在70
‑
80℃温度下，将改性氮化硅微粉与磷酸盐混合均匀后得到液态混合料，其中氮化硅微粉与疏水氧化铝微粉的质量比为1:1；S3：液态混合料经造粒、烧结后得到改性氮化硅空心微球。
[0014]通过采用上述技术方案，对氮化硅微粉进行预处理后，使得疏水氧化铝微粉更容易包覆在氮化硅微粉上，将预处理后的氮化硅微粉和疏水氧化铝微粉浸泡在饱和硫酸锂溶液中，随着温度升高，饱和硫酸锂溶液由于温度升高导致溶解度降低，从而会析出结构稳定的硫酸锂晶体，析出的硫酸锂晶体附着在氮化硅微粉上并且以氮化硅微粉为附着点位进行生长，随着硫酸锂晶体的发展长大，能够将分散于氮化硅微粉表面的疏水氧化铝微粉与氮化硅微粉联结起来，通过硫酸锂晶体能够使氮化硅微粉与疏水氧化铝微粉之间形成稳定的单斜结晶联结结构，进而在氮化硅微粉表面形成稳定的氧化铝膜，最终在改性氮化硅空心微球表面形成一层疏水层，从而增强改性氮化硅空心微球的耐腐蚀性。
[0015]可选的，S1中所述疏水氧化铝微粉采用包括如下步骤制备得到：将氧化铝微粉分散于质量浓度为30
‑
35％β
‑
丙氨酸溶液中，然后加入质量浓度为0.2
‑
0.025％三氟氯溴乙烷溶液，在25℃下反应10
‑
12h，得到的产物用蒸馏水多次清洗后干燥，得到疏水氧化铝微粉；其中氧化铝微粉和三氟氯溴乙烷溶液的质量比为1：(0.02
‑
0.5)。
[0016]通过采用上述技术方案，将氧化铝微粉加入β
‑
丙氨酸溶液后，经搅拌反应后，形成稳定的Al2O3/PD复合核壳结构，由于氧化铝微粉表面的β
‑
丙氨酸含有丰富的氨基基团，因此有利于使低表面能的含氟物质能够更稳定的修饰在氧化铝微粉上，进而形成疏水性较佳的疏水氧化铝微粉。
[0017]可选的，S1中氮化硅微粉的预处理包括如下步骤：
将氮化硅微粉分散于氢氟酸溶液中浸泡0.5
‑
1h，接着用蒸馏水反复洗涤，直至洗涤水的pH为7
±
0.5，然后将氮化硅微粉干燥即可。
[0018]通过采用上述技术方案，预先用氢氟酸溶液对氮化硅微粉进行预处理，能够提高氮化硅表面的粗糙度，从而有利于后续对氮化硅微粉进行改性操作，有利于使疏水氧化铝微粉更稳定的附着在氮化硅表面。
[0019]可选的，所述磷酸盐为磷酸钾和磷酸钠中的至少一种。
[0020]通过采用上述技术方案，上述的磷酸盐有利于使液态混合料保持较佳的流动性和分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合固井用中空减轻剂，其特征在于，所述减轻剂包括如下重量份数的原料：改性氮化硅空心微球50
‑
60份、粉煤灰15
‑
25份、微硅粉10
‑
20份、稳定剂2
‑
4份、减阻剂2
‑
5份、降失水剂1
‑
3份。2.根据权利要求1所述的一种复合固井用中空减轻剂，其特征在于：所述改性氮化硅空心微球由如下重量百分比的组分组成：改性氮化硅微粉40
‑
50%、磷酸盐50
‑
60%；所述改性氮化硅微粉由在氮化硅微粉表面包覆疏水膜得到。3.根据权利要求2所述的一种复合固井用中空减轻剂，其特征在于：所述疏水膜为氧化铝膜，所述氧化铝膜由疏水氧化铝微粉制得。4.根据权利要求2所述的一种复合固井用中空减轻剂，其特征在于：所述改性氮化硅空心微球采用包括如下的方法制备得到：S1：对氮化硅微粉进行预处理；并制备疏水氧化铝微粉；S2：将预处理后的氮化硅微粉和疏水氧化铝微粉在饱和硫酸锂溶液中浸泡5
‑
6h，浸泡过程中缓慢升温至70
‑
80℃，保持1
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2h，干燥后得到改性氮化硅微粉，然后在70
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80℃温度下，将改性氮化硅微粉与磷酸盐混合均匀后得到液态...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕庆丰，李锋，刘博，
申请(专利权)人：西安寒武纪石油科技有限公司，
类型：发明
国别省市：