适用大斜度段和水平段打水泥塞的水泥浆体系及制备方法技术

本发明专利技术属于油田化学及油气井固井材料技术领域，具体涉及了一种适用大斜度段和水平段打水泥塞的水泥浆体系及制备方法，旨在解决现有的水泥浆体系无法同时满足低粘度、低体积收缩率和强触变的要求的问题。本发明专利技术提供了一种适用大斜度段和水平段打水泥塞的水泥浆体系包括胶凝体系、降失水剂、缓凝剂、球形吸水凝胶和水；水泥浆体系中的配浆水和球形吸水凝胶中的含有的水的总量使水灰比达到0.48以上。本发明专利技术中的水泥浆体系具有低粘度、低体积收缩率和强触变性能，满足大斜度段和水平段打水泥塞的要求。要求。要求。

【技术实现步骤摘要】
适用大斜度段和水平段打水泥塞的水泥浆体系及制备方法


[0001]本专利技术属于油田化学及油气井固井材料
，具体涉及了一种适用大斜度段和水平段打水泥塞的水泥浆体系及制备方法。

技术介绍

[0002]注水泥塞工艺是将一定量的水泥浆替到套管或井眼的某一部位，使其形成满足工程需要的新的人工井底或满足工艺要求的封闭某井段的工艺技术，钻井、完井施工及井下作业、修井中都会遇到注水泥塞工艺技术。注水泥塞是井下作业常见的施工工序，随着油田的开发，尤其是在油水井开发中后期，储层改造、增油增注等措施的实施都不离开注水泥塞施工。井下作业中注水泥塞的用途主要有以下几种：(1)封闭已试油层上返新层试油，或进行分层作业时的封堵非目的层；(2)封闭底部水层；(3)找堵漏、找封窜、上部套管试压等隔开封闭某一层段：(4)堵塞报废井及回填枯竭层位；(5)出于安全目的封闭层位(如封闭高压层、有毒有害流体层)等。
[0003]在井内密度较小的大量液体上面打密度大的用浆量较小的水泥塞难度较大。针对常规打水泥塞施工存在一次成功率低的问题，各研究机构和施工单位都在不断开发新的工艺技术和井下工具，以适应不同现场情况的需要。其中水泥浆体系是决定水泥塞质量的关键因素之一，由于大斜度段和水平段的特殊井型，对用于打水泥塞的水泥浆性能要求高。为了保证水泥塞有效密封性能，防止出现高边密封漏失通道，要求水泥浆体系析水为0、高沉降稳定性、水泥石体积不收缩；同时由于打水泥塞常采用细管注水泥浆，为了能够顺利实施打水泥塞施工，注水泥过程中摩阻要低，因此要求水泥浆体系粘度低；但低粘度水泥浆，在大斜度段和水平段侯凝过程中，会沿下井壁流延，请参考图2所示，影响水泥塞质量，因此还要求水泥浆具有较强的触变性能。
[0004]析水、沉降稳定性、流动度，归根结底是对水泥浆中水的控制，水加入量少，虽然降低了自由水，提升了沉降稳定性，但是水泥浆流动度受影响，需要加入大量的减阻剂；如果水加量多，改善了水泥浆流动度，但是水泥浆吸水量及沉降稳定性难以控制。通过对比可以发现，减少水泥浆用水量对析水和沉降稳定性都有利，损失的流动度则可以通过增加减阻剂加量进行补偿。但是降低水加量容易导致水泥石体积收缩。统计资料显示，当水灰比小于0.4时，水泥石体积就会出现明显的自收缩。以固井行业常用的0.44水灰比为例，失水量为50ml时，水泥浆中的剩余水灰比仅为0.35，此时水泥浆将发生严重的自收缩。只有水灰比达到0.48以上时，当失水量为50ml时，可以保证水泥浆中剩余水灰比达到0.4。但是在水平井中过高的水灰比又增加了析水和沉降的风险。
[0005]低粘度和触变是一对矛盾的性能，通常情况下触变性能的实现在一定程度要要增加水泥浆的粘度，但是注水泥塞通常采用小内径管柱施工，要求浆体粘度低，以降低摩阻，但是水泥浆粘度低，在井下容易与钻井液混浆且沿井壁流延，影响水泥塞封隔性能。
[0006]针对大斜度井段或水平井段水泥塞对水泥浆性能要求集合了低粘度、低体积收缩率和强触变的要求，现有的水泥浆体系几乎无法满足上述要求。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种适用大斜度段和水平段打水泥塞的水泥浆体系，以有效解决现有的水泥浆体系无法同时满足低粘度、低体积收缩率和强触变的要求的问题。为了缓解上述技术问题，本专利技术提供的技术方案在于：
[0008]一种适用大斜度段和水平段打水泥塞的水泥浆体系包括胶凝体系、降失水剂、缓凝剂、球形吸水凝胶和水；水泥浆体系中的配浆水和球形吸水凝胶中的含有的水的总量使水灰比达到0.48以上。
[0009]该水泥浆体系的水灰比在0.48以上，可以有效防止水泥石体积发生化学收缩，同时通过球形吸水凝胶将水泥浆中多余的水分进行调控，同时有效降低水泥浆粘度，防止水泥石收缩，防止出现析水和沉降等浆体不稳定的结果出现，并且由于“滚珠效应”，球形吸水凝胶可以显著降低水泥浆粘度，改善水泥浆流动度，球形吸水凝胶也可作为触变剂，可以使水泥浆系统实现较好的触变效果，因此，本专利技术中的水泥浆体系具有低粘度、低体积收缩率和强触变性能，满足大斜度段和水平段打水泥塞的要求。
[0010]更进一步地，胶凝体系由以下成分及其重量份组成：油井水泥100份，粉煤灰(沉珠)25～30份，微硅5～10份；优选地，油井水泥为D级油井水泥。
[0011]微硅和粉煤灰都是极细小的球形颗粒，水化作用显著，消耗大量的水，静置或者低剪切时，会因为吸附大量的水使水泥浆表现出宏观增粘的现象，高速剪切时，又能表现出滚珠效应，降粘，因而，粉煤灰(沉珠)和微硅的组合使水泥浆具有一定的触变性能，从而防止侯凝过程中水泥浆散落以及沿下井壁流延，对提升大斜度井段和水平井段水泥塞密封质量具有重要意义。
[0012]更进一步地，球形吸水凝胶的水凝胶含水量为22
±
5g/g。水凝胶球径为50～250μm。球形吸水凝胶采用反相悬浮聚合方法制成，具体按照中国专利CN111807747A中的制备方法制成，具体为丙烯酰胺和2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸(质量比7:3)共聚的球形吸水凝胶。
[0013]更进一步地，球形吸水凝胶的用量为水泥质量的10％
‑
25％。
[0014]球形吸水凝胶通过物理控水作用防止水泥石自身的收缩，该过程不发生化学反应，虽然对水泥浆中的水分进行了物理控释，但由于其加量低且控水量进行了合理设计，所以对水泥浆性能影响小。
[0015]更进一步地，降失水剂为1.5～5.0份磺酸基团和羧酸基团共聚型降失水剂。
[0016]更进一步地，缓凝剂为0.5～5.0份改性淀粉型或磺酸基团和羧酸基团共聚型缓凝剂。
[0017]更进一步地，90
‑
120℃时，采用改性淀粉型缓凝剂；120
‑
150℃时，采用磺酸基团和羧酸基团共聚型缓凝剂。
[0018]更进一步地，还包括磺化醛酮型分散剂，分散剂的用量为水泥质量的0.25％
‑
2.0％。
[0019]一种制备上述的适用大斜度段和水平段打水泥塞的水泥浆体系的制备方法，包括如下步骤：
[0020]将降失水剂与胶凝体系进行干混，得到固体混合料；
[0021]将球形吸水凝胶、缓凝剂加入水中进行混合，得到液体混合料；
[0022]将固体混合料和液体混合料进行搅拌混配，得到水泥浆体系。
[0023]更进一步地，制备固体混合料时，还加入分散剂。
[0024]综上，本专利技术中提供的适用大斜度段和水平段打水泥塞的水泥浆体系及制备方法的有益效果如下：
[0025]1、球形吸水凝胶在水泥浆中起到控水防缩的作用，水泥浆中配浆水和球形吸水凝胶中的含有的水加起来的总量可以使水灰比达到0.48以上，可以有效防止水泥石体积发生化学收缩；
[0026]2、通过吸水凝胶将水分进行控制，防止出现析水和沉降等浆体不稳定的结果出现，并且由于“滚珠效应”，球形吸水凝胶可以显著降低水泥浆粘度，改善水泥浆流动度；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用大斜度段和水平段打水泥塞的水泥浆体系，其特征在于：包括胶凝体系、降失水剂、缓凝剂、球形吸水凝胶和水；所述水泥浆体系中的配浆水和所述球形吸水凝胶中的含有的水的总量使水灰比达到0.48以上。2.根据权利要求1所述的适用大斜度段和水平段打水泥塞的水泥浆体系，其特征在于，所述胶凝体系由以下成分及其重量份组成：油井水泥100份，粉煤灰(沉珠)25～30份，微硅5～10份；优选地，所述油井水泥为D级油井水泥。3.根据权利要求1所述的适用大斜度段和水平段打水泥塞的水泥浆体系，其特征在于，所述球形吸水凝胶的水凝胶含水量为22
±
5g/g。水凝胶球径为50～250μm。4.根据权利要求2所述的适用大斜度段和水平段打水泥塞的水泥浆体系，其特征在于，所述球形吸水凝胶的用量为所述水泥质量的10％
‑
25％。5.根据权利要求1所述的适用大斜度段和水平段打水泥塞的水泥浆体系，其特征在于，所述降失水剂为1.5～5.0份磺酸基团和羧酸基团共聚型降失水剂。6.根据权利要求1所述的适用大斜度段和水平段打水泥塞的水泥浆体系，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：任勇强，张伟，陈小虎，朱其亮，魏志红，夏天宝，屈兴华，傅小勇，马越，李进，杨春华，杨小涛，钟世铭，宋立，
申请(专利权)人：中国石油集团渤海钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：