泡沫水泥浆体系及组成制造技术

本发明专利技术提供了一种新型化学充氮泡沫水泥浆，主要解决现有的化学充氮泡沫水泥浆密度高和稳定性差的问题，适用于油气井固井领域。该新型化学充氮泡沫水泥浆体系各组份以及重量比例为：油井水泥100份、发气剂Ⅰ0.5～2.0份、发气剂Ⅱ0.5～2.0份、稳泡剂0.7～2.5份、降失水剂1.0～10份、散剂0.1～0.5份、缓凝剂0.3～1.0份、早强剂1.0～4.0份、水48～70份。本发明专利技术的化学充氮泡沫水泥浆密度在0.80～1.50g/cm3可调，可用于10～95℃范围油气井固井作业，具有现场施工简单和降低泡沫水泥成本的优势，可有效解决低压易漏地层固井漏失问题，减少水泥浆对油气产层的污染，应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种新型化学充氮泡沫水泥浆，主要解决现有的化学充氮泡沫水泥浆密度高和稳定性差的问题，适用于油气井固井领域。该新型化学充氮泡沫水泥浆体系各组份以及重量比例为：油井水泥100份、发气剂Ⅰ0.5～2.0份、发气剂Ⅱ0.5～2.0份、稳泡剂0.7～2.5份、降失水剂1.0～10份、散剂0.1～0.5份、缓凝剂0.3～1.0份、早强剂1.0～4.0份、水48～70份。本专利技术的化学充氮泡沫水泥浆密度在0.80～1.50g/cm3可调，可用于10～95℃范围油气井固井作业，具有现场施工简单和降低泡沫水泥成本的优势，可有效解决低压易漏地层固井漏失问题，减少水泥浆对油气产层的污染，应用前景广阔。【专利说明】泡沬水泥浆体系及组成
本专利技术涉及化学充氮泡沫水泥固井技术，尤其涉及一种新型化学充氮泡沫水泥浆体系及其组成。具体地说，本专利技术是通过化学法在水泥浆中直接产生氮气从而制备性能稳定的泡沫低密度水泥浆。
技术介绍
泡沫水泥浆是通过在水泥浆中充入气体，以表面活性剂或高分子物质等来提高泡沫稳定性，从而制备出稳定的、均匀的低密度三相粘稠流体，具有密度低、低渗透率、低失水、低导热率、可压缩性、独特的流变性能、适当的触变性和强度高等特点，能够有效地解决低压易漏地层、裂缝地层、高渗透性地层和溶洞地层的固井漏失问题，以及解决深水表层段固井窜流问题，提高 热采井、水力压裂井的水泥环封隔完整性，其使用范围越来越广泛。从1979年第一次泡沫水泥现场固井应用以来，泡沫水泥固井技术应用越来越广泛。上世纪八十年代，通过改进了泡沫发生器，并严格选择表面活性剂作为稳泡剂，使气体以互相分离的均匀气泡形式稳定地分散于整个体系中，制造出性能优良的泡沫水泥浆。1987~1988年，国内在新疆火烧山油田进行了 4 口技术套管固井和12 口油层套管泡沫固井试验，行之有效地解决了低压易漏油气层尤其是地层压力系数小于1.0的油气井固井难题。经过多年的研究和应用，泡沫水泥技术不断发展和完善，在低压易漏地层固井、裂缝性漏失地层固井和深水防窜固井中应用非常广泛。现场制备泡沫水泥主要有两种方法:一种是机械充气法，另一种是化学充气法。机械充气法所需设备较多、工艺复杂，并且需要精心设计和计算机自动控制，现场实施难度较大，费用较高。而化学充气法则不需要繁多的设备和复杂的工艺流程，可将能产生氮气的发气剂直接加入油井水泥材料或水中，具有操作简单和成本低廉的优势，是泡沫水泥制备技术的发展趋势。通过化学反应产生氮气的物质较多，如亚硝酸钠与氯化铵反应能产生氮气，该反应在产生氮气的同时，还伴随着较大的热量放出，在自生热压裂液、热化学驱油、油井井筒清蜡、油井地层解堵和地面设备清洗方面都有广泛的应用。但是，亚硝酸钠与氯化铵的反应只能在酸性或较高温度条件下才能发生，而化学充氮泡沫水泥浆的制备是在较低的环境温度或室温条件下，并且水泥浆是碱性介质环境，这两点都不利于亚硝酸钠与氯化铵反应。在高分子材料泡沫塑料的制备过程中也要用到发气剂物质，如偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、二亚硝基五亚甲基四胺、4，4'_氧代双苯磺酰肼、对甲苯磺酰肼、5-苯基四唑和三肼基三嗪等，但这些物质都必须在加热条件下，当温度达到其分解温度才分解产生氮气，不适合化学充氮泡沫水泥浆的制备是在较低环境温度或室温的条件，同时这些物质主要是偶氮类物质，其成本高，并且还具有毒性和易燃易爆等安全隐患，无法满足现场固井应用的经济、安全要求。文章“适用于长庆油田固井的超低密度泡沫水泥浆”(《钻井液与完井液》1997年第14卷第4期第27-28页)开展了化学充气法制备泡沫水泥浆技术研究，开发出化学发气剂FCA与FCB，FCA与FCB在水泥浆中发生化学反应产生氮气，同时加入稳泡剂FCF圈闭气体，从而形成互不连通的泡沫水泥浆，其泡沫水泥浆体系的配方为:G级油井水泥+40%漂珠+88%水+2.5%FCA+1%FCB+4%FCF,能够使水泥浆在地面的密度降低至0.86g/cm3。该化学充氮制备泡沫水泥浆技术首先是利用漂珠减轻材料将水泥浆密度降至一定范围，然后利用化学充氮的方法进一步将水泥浆密度降至1.0g/cm3以下。如果能提高发气剂的单位质量氮气产生率，研究出一种高效发气剂，即可在水泥浆中充入更多氮气，使水泥浆密度降至更低，通过在水泥浆中通过直接加入化学发气剂，就能够将常规水泥浆密度从1.90g/cm3降低至1.0g/cm3以下，这样不仅可以减少了漂珠用量，而且可大幅度降低泡沫水泥浆的成本，另一方面也避免了采用机械充气制备泡沫水泥浆的高成本，具有使用方便和成本低廉的优势。泡沫体系在生成时，体系总面积增大，体系的能量也相应升高，属于热力学不稳定体系，会自发地向能量降低、总面积减少的方向进行，即泡沫发生破灭。为制备稳定的泡沫水泥浆体系，常需要在水泥浆中加入稳泡剂。稳泡剂大都是一些表面活性剂或表面活性物质。表面活性剂是指分子中同时含有极性亲水基团、非极性疏水基团的两亲分子，能在溶液表面(一般为水)形成定向排列，从而显著降低溶剂的表面张力(或界面张力)，并改变泡沫膜的机械强度和粘度，提高泡沫水泥浆的稳定性。根据表面活性剂水溶液的电离性质，可将表面活性剂分为阴离子、阳离子、非离子、两性离子四大类。目前，泡沫水泥浆的稳泡剂主要为磺酸盐阴离子表面活性剂类型，它具有耐盐、抗高温等性能，其中最常用、成本最低、最易得的是烷基苯磺酸盐类，特别是十二烷基苯磺酸钠。但是烷基磺酸钠发泡容易却稳泡难，泡沫稳定性较差，从而无法制备出更低密度的泡沫水泥浆，并且制备的泡沫水泥石具有孔隙结构大小不均、渗透性高和抗压强度低等不足。另外，烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠类稳泡剂的生物降解性差，会对环境造成严重污染。近年来，人们更加重视表面活性剂的生物效应、毒理作用和安全性，对环境友好的稳泡剂的研究与应用越来越受到青睐。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服现有化学充氮泡沫水泥技术存在的上述缺点和不足，提供了一种新型的化学充氮 泡沫水泥浆，该水泥浆中通过掺入高效的化学发气剂、稳泡剂以及其它固井外加剂，如分散剂、降失水剂、早强剂和缓凝剂等，能够制备出密度为0.SOg/cm3~1.50g/cm3的泡沫水泥衆体系,适用温度范围为10°C~95°C。该新型泡沫水泥衆体系的流动性好，API失水量小，低温下可加入早强剂缩短水泥浆稠化时间，温度较高时可加入缓凝剂延长水泥浆稠化时间，泡沫水泥石具有渗透率低和抗压强度高的特点，各项性能指标都满足现场固井要求，具有现场施工简单和大幅度降低泡沫水泥固井成本的优势。为实现上述专利技术目的，本申请的新型固井用化学充氮泡沫水泥浆，按照质量份数其组成为:油井水泥100份；发气剂I0.5~2.0份；发气剂II0.5~2.0份；稳泡剂0.7~2.5份；降失水剂1.0~10份；分散剂0.1~0.5份；缓凝剂0.3~1.0份；早强剂1.0~4.0份；水48 ~70 份。所述的油井水泥可以是API油井G级水泥、H级水泥和A级水泥。所述发气剂I是由含有氯、氧、溴或氮的阴离子基团与含有钾、钠、铵、锂、镁、钙或铝的阳离子基团所组成的易溶于水固体化合物，可以是氯酸钾、氯酸镁、氯酸钠、高氯酸钠、高氯酸铵、氯酸钙、硝酸钙、硝酸钠、硝酸钾、硝酸铝、氯酸锂、溴酸钾、高氯酸钾、高氯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型的化学充氮泡沫水泥浆体系，其特征在于各组份以及重量比例如下：FDA0000389869300000011.jpg

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王成文，王瑞和，周卫东，张慧，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：