石膏微球及低彈性模量膨脹固井水泥體系的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種石膏微球及包含它的可W長期保證固井質量的低彈性模量膨脹 固井水泥體系，屬于油氣井固井材料領域。
【背景技術】
[0002] 固井水泥環具有支撐套管和封隔地層的作用，其中后一種是主要作用。水泥環提 供層間封隔，防止層間竄流，避免層間污染，保證油氣安全生產。為了實現該一功能，水泥環 必須連續且非滲透。水泥硬化后環空水泥石體積的收縮是影響水泥環密封性能的主要因素 之一。水泥石體積收縮主要包括化學收縮和干縮。化學收縮是水泥自身的缺陷；干縮與水 灰比正相關，固井工程中，為了保證水泥漿可累性，水灰比較高，所W其干縮較嚴重。解決水 泥石體積收縮的最有效方法是在水泥中加入膨脹劑。晶格膨脹劑和發氣膨脹劑是油井水泥 常用膨脹劑類型。
[0003] 對于晶格膨脹劑（石膏和氧化儀），研究表明（步玉環，柳華杰，宋文宇.晶格膨脹 劑對水泥一套管界面膠結性能的影響實驗[J].石油學報，2011，32化）：1067-1071.)，晶格 膨脹劑的加入雖然可W彌補水泥石體積的收縮，但是并不能有效改善固井質量，使水泥環 抵抗溫度和壓力變化引起的應力應變的能力下降，導致水泥環與套管的膠結強度在溫度和 壓力變化后大幅度下降。該是由于石膏和氧化儀類晶格膨脹劑的加入，會在水泥環中生成 大量的晶體。大量晶體的存在增加了水泥石的彈性模量，降低了水泥石抵抗溫度和壓力變 化的能力。
[0004] 對于發氣膨脹劑，通過研究發現（柳華杰，步玉環，王雪英，郭辛陽.氣孔對發氣膨 脹固井水泥石強度影響[J].中國石油大學學報（自然科學版）2014,38(2):75-81.)，發氣 膨脹劑產生的氣孔具有補償水泥石體積收縮及降低水泥石彈性模量的雙重作用，但是發氣 膨脹過程較難控制，氣孔分布不均勻反而影響水泥石的強度性能，所W在應用發氣膨脹劑 時應采取特殊工藝或發氣膨脹劑應用技術，使氣孔直徑分布范圍較集中，而該些措施實施 起來是十分困難的。
[0005] 體積收縮是水泥石自身缺陷，同時油氣井各種井下作業必然對水泥環施加壓力和 熱應力，因此要求水泥環具有一定的膨脹性能，并且具有較低的彈性模量，可W在受到加 載-卸載過程中，防止發生脆性破壞。所W開發一種低彈性模量膨脹固井水泥體系，可W保 證水泥環長期完整性，對保證固井質量及油氣井長期安全生產具有重要的工程意義。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于為了解決上述現有技術中存在問題之一，提供一種石膏微球及 低彈性模量膨脹固井水泥體系。
[0007] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：
[000引本發明一方面提供一種石膏微球的制備方法，將無水石膏、半水石膏混合均勻后 加入到水中攬拌得到石膏懸濁液，再將石膏懸濁液加入到油相分散介質中繼續攬拌，過 濾得石膏微球；其中所述無水石膏、半水石膏和水的質量百分比為（10~30% ) : (30~ 50% ) : (30~50% )，所述石膏懸濁液占所述油相分散介質體積的5%~25%。
[0009] 本發明的石膏微球是一定比例的無水石膏、a型半水石膏和水通過反相凝結硬化 得到的產物。
[0010] 優選的，所述半水石膏為a型半水石膏。
[0011] 優選的，所述無水石膏目數為500~1000目。
[0012] 優選的，所述a型半水石膏目數為500~1000目。
[0013] 優選的，所述石膏懸濁液的攬拌時間為不超過5min。
[0014] 優選的，所述石膏懸濁液加入到油相分散介質中攬拌速度為200~7(K)r/min，攬 拌時間為1~化。
[0015] 優選的，所述油相分散介質為藍麻油或菜巧油或豆油或玉米油或花生油。
[0016] 采用上述石膏微球的制備方法制備的石膏微球。
[0017] 優選的，所述石膏微球的粒徑范圍為50~200ym。
[001引本發明另一方面提供一種低彈性模量膨脹固井水泥體系，包括W下組分W及其各 組分重量份比組成為：油井水泥100份，石膏微球10份~40份，微娃5份~10份，水65 份~75份。
[0019] 優選的，所述各組份及其各組分的重量份比組成為：油井水泥100份，石膏微球 25-30份，微娃8-10份，水65-70份。
[0020] 優選的，所述各組份及其各組分的重量份比組成為：油井水泥100份，石膏微球25 份，微娃8份，水65份。
[0021] 優選的，所述各組份及其各組分的重量份比組成為：油井水泥100份，石膏微球30 份，微娃10份，水70份。
[0022] 上述低彈性模量膨脹固井水泥體系的制備方法，首先將油井水泥，石膏微球及微 娃進行干混，然后將干混后的體系與水按照標準進行配漿。
[0023] 本發明的低彈性模量膨脹固井水泥體系在中低溫條件下具有微膨脹性能，且水泥 漿在凝固硬化后具有低的彈性模量，即可W解決水泥環體積收縮導致的封固質量差的問 題，又可W有效抵抗應力應變作用，保證水泥環長期完整性，更好的滿足固井工程需要。
[0024] 本發明采用特殊的組分和工藝開發出具有一定強度的石膏微球，然后將石膏微球 加入水泥中，同時在水泥中引入微娃，W防止石膏微球沉降。石膏是油井水泥常用的晶格膨 脹劑，因此石膏微球可W使水泥石膨脹；同時由于開發石膏微球的過程中引入了較多的水 分，微球具有很多孔隙結構，使其彈性模量較低，因此石膏微球同時可W降低水泥石整體的 彈性模量。但是石膏作為油井水泥的晶格膨脹劑，使用溫度理論上不超過85°C，所W本發明 并不適用于高溫井固井。
[0025] 本發明的石膏微球的加入同時實現了使水泥石體積膨脹和降低水泥石彈性模量 的功能。本發明的低彈性模量膨脹固井水泥體系有利于水泥環封隔完整性的長期需求，對 保證固井質量及油氣井長期安全生產具有重要的工程意義。
[0026]本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0027]本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中：
[002引圖1是本發明石膏微球（G1)的顯微圖；
[0029] 圖2是本發明石膏微球佑2)的顯微圖；
[0030] 圖3是水泥石體積變化圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不