彈性防竄水泥漿及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及固井用水泥漿技術領域，是一種彈性防竄水泥漿及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 油、氣、水竄是固井界面臨的重大難題之一，如果層間封隔不良，高壓層流體竄入 低壓層，導致油氣資源的流失和浪費，同時因流體竄流導致固井二界面膠結不良，對產能和 環境保護造成巨大威脅。由于水泥石具有脆性，在油氣井的后續射孔、大型壓裂等試采作業 過程中，水泥石發生破裂導致微裂紋產生，特別是目的層薄、底界水層活躍區塊，往往導致 水層與油層連通，嚴重影響開采效果。因此，水泥漿具有良好的防竄能力、水泥石具有彈性 (抵抗應力變形的能力)、微膨脹性能成為解決此固井難題的重要措施。
[0003] 現有水泥漿技術對同時出現油氣水竄、水泥環在射孔、壓裂過程中易于破裂問題 的解決途徑單一。膠乳水泥漿作為防竄的主要技術手段，在保證滿足固井技術要求的前提 下，雖然對油氣水竄的控制有一定效果，但水泥石抗裂性，保持井筒完整性難以解決，而改 善水泥石彈性的水泥漿體系應用較少，以往主要依靠加入纖維材料改善水泥石的抗沖擊 功，抵抗應力變形效果有限，水泥石硬脆性問題、油氣水竄問題得不到有效解決，特別在油、 氣、水活躍地層固井時油、氣、水易竄流引起固井二界面膠結不良，水泥石高脆性(高楊氏模 量)，已不能滿足射孔及大型壓裂開采的要求。
【發明內容】
[0004] 本發明提供了一種彈性防竄水泥漿及其制備方法，克服了上述現有技術之不足， 其能有效解決現有水泥漿在油、氣、水活躍地層固井時油、氣、水易竄流引起固井二界面膠 結不良，水泥石高脆性，已不能滿足射孔及大型壓裂開采要求的問題。
[0005] 本發明的技術方案之一是通過以下措施來實現的：一種彈性防竄水泥漿，原料按 重量份數含有水泥100份、彈性材料15份至40份、粗硅砂40份至65份、硅粉20份至30 份、細硅砂5份至10份、膨脹劑3份至6份、添加劑17. 7份至40. 5份、水30份至45份。
[0006]下面是對上述發明技術方案之一的進一步優化或/和改進： 上述彈性防竄水泥漿按下述方法得到：將所需量的水泥、彈性材料、粗硅砂、硅粉、細硅 砂、添加劑和水混合均勻后得到彈性防竄水泥漿。
[0007] 上述添加劑包括膠乳、減阻劑、緩凝劑、懸浮劑和消泡劑；膠乳、減阻劑、緩凝劑、懸 浮劑和消泡劑的質量比為15至30:2至5:0至4:0. 2至1. 0:0. 5。
[0008] 上述膠乳為適用于油井水泥漿中的非離子型或陽離子型膠乳或丁苯膠乳；或/ 和，減阻劑為甲醛丙酮縮聚物或胺基高分子衍生物；或/和，緩凝劑為葡萄糖酸鈣液體或葡 萄糖庚酸鹽液體或羧基膦酸鹽復合物或有機酸；或/和，懸浮劑為有機高分子材料聚合物； 或/和，消泡劑為二甲基硅烷、硅油、有機硅氧烷和磷酸酯混合物中的一種以上。
[0009] 上述彈性防竄水泥漿的密度為1. 60g/cm3至1. 90g/cm3;或/和，粗硅砂的粒徑為 480μm至655μm，粗硅砂中SiO2的質量百分含量為90%至98% ;或/和，硅粉的粒徑為 4μm至9μm，硅粉中Si02的質量百分含量為90%至98% ;或/和，細硅砂的粒徑為16μm至38μm，細硅砂中Si02的質量百分含量為90%至98%。
[0010] 上述膨脹劑為鈣鋁氧化物、鈣鎂氧化物及鈍化鋁復合物、無機鹽、堿金屬氧化物和 橡膠粉中的一種以上；或/和，彈性材料為樹脂、橡膠、脂肪類聚合物、纖維類、聚丙烯蠟、膠 乳和合成大分子中的一種以上。
[0011] 本發明的技術方案之二是通過以下措施來實現的：一種彈性防竄水泥漿的制備方 法，按下述步驟進行：將所需量的水泥、彈性材料、粗硅砂、硅粉、細硅砂、添加劑和水混合均 勻后得到彈性防竄水泥漿。
[0012] 下面是對上述發明技術方案之二的進一步優化或/和改進： 上述添加劑包括膠乳、減阻劑、緩凝劑、懸浮劑和消泡劑；膠乳、減阻劑、緩凝劑、懸浮劑 和消泡劑的質量比為15至30:2至5:0至4:0. 2至1. 0:0. 5。
[0013] 上述膠乳為適用于油井水泥漿中的非離子型或陽離子型膠乳或丁苯膠乳；或/ 和，減阻劑為甲醛丙酮縮聚物或胺基高分子衍生物；或/和，緩凝劑為葡萄糖酸鈣液體或葡 萄糖庚酸鹽液體或羧基膦酸鹽復合物或有機酸；或/和，懸浮劑為有機高分子材料聚合物； 或/和，消泡劑為二甲基硅烷、硅油、有機硅氧烷和磷酸酯混合物中的一種以上。
[0014] 上述彈性防竄水泥漿的密度為1. 60g/cm3至1. 90g/cm3;或/和，粗硅砂的粒徑為 480μm至655μm，粗硅砂中SiO2的質量百分含量為90%至98% ;或/和，硅粉的粒徑為 4μm至9μm，硅粉中Si02的質量百分含量為90%至98% ;或/和，細硅砂的粒徑為16μm 至38μm，細硅砂中Si02的質量百分含量為90%至98% ;或/和，膨脹劑為鈣鋁氧化物、鈣 鎂氧化物及鈍化鋁復合物、無機鹽、堿金屬氧化物和橡膠粉中的一種以上；或/和，彈性材 料為樹脂、橡膠、脂肪類聚合物、纖維類、聚丙烯蠟、膠乳和合成大分子中的一種以上。
[0015] 本發明得到的彈性防竄水泥漿性能穩定，失水量較低，有較強的防氣竄能力和抗 水侵能力，能夠有效的抑制高壓油氣層、活躍水層，避免油氣水竄，有效解決油、氣、水竄嚴 重的復雜井的固井技術難題；同時本發明得到的彈性防竄水泥漿楊氏模量低，抗拉強度高， 膠結強度大和體積微膨脹，能夠改善固井二界面膠結質量問題，滿足多次大型壓裂試采要 求，在油、氣、水活躍地層獲得高產油氣流。
【具體實施方式】
[0016] 實施例1，該彈性防竄水泥漿原料按重量份數含有水泥100份、彈性材料15份至 40份、粗硅砂40份至65份、硅粉20份至30份、細硅砂5份至10份、膨脹劑3份至6份、添 加劑17. 7份至40. 5份、水30份至45份。本發明得到的彈性防竄水泥漿中液灰比為45% 至75%，液灰比為添加劑與拌合水量占水泥質量的百分比。
[0017] 實施例2,該彈性防竄水泥漿原料按重量份數含有水泥100份、彈性材料15份或 40份、粗硅砂40份或65份、硅粉20份或30份、細硅砂5份或10份、膨脹劑3份或6份、添 加劑17. 7份或40. 5份、水30份或45份。
[0018] 實施例3,該彈性防竄水泥漿按下述制備方法得到：將所需量的水泥、彈性材料、 粗硅砂、硅粉、細硅砂、添加劑和水混合均勻后得到彈性防竄水泥漿。本發明通過加入膠乳 彈性材料、膨脹劑和不同粒徑的硅砂與硅粉，運用緊密堆積理論達到合理的顆粒級配；緊密 充填提高水泥石的致密度、抗腐蝕性、抗射孔沖擊能力和降低滲透率；膨脹劑使水泥體積膨 脹產生化學預應力，增強環空與套管、地層的膠結力，有效閉合微環隙；與膠乳共同作用達 到較好的防竄能力，同時提高固井二界面膠結能力；加入的彈性材料可降低水泥石的楊氏 模量，提高抗拉強度，能夠抵抗外力變形，達到滿足射孔及大型壓裂開采的要求。
[0019] 實施例4,作為上述實施例的優化，添加劑包括膠乳、減阻劑、緩凝劑、懸浮劑和消 泡劑；膠乳、減阻劑、緩凝劑、懸浮劑和消泡劑的質量比為15至30:2至5:0至4:0. 2至1. 0: 0. 5〇
[0020] 實施例5,作為上述實施例的優化，膠乳為適用于油井水泥漿中的非離子型或陽離 子型膠乳或丁苯膠乳；或/和，減阻劑為甲醛丙酮縮聚物或胺基高分子衍生物；或/和，緩 凝劑為葡萄糖酸鈣液體或葡萄糖庚酸鹽液體或羧基膦酸鹽復合物或有機酸；或/和，懸浮 劑為有機高分子材料聚合物；或/和，消泡劑為二甲基硅烷、硅油、有機硅氧烷和磷酸酯混 合物中的一種以上。
[0021] 實施例6,作為上述實施例的優化，彈性防竄水泥衆的密度為1. 60g/cm3至1. 90g/ cm3;或/和，粗娃砂的粒徑為480μπι至655μπι，粗娃砂中SiO2的質量百分含量為90%至 98% ;或/和，硅粉的粒徑為4μm至9μm，硅粉中SiO2的質量百分含量為90%至98% ;或 /和，細硅砂的粒徑為16μm至38μm，細硅砂中SiO2的質量百分含量為90%至98%。
[0022] 實施例7,作為上述實施例的優化，膨脹劑為鈣鋁氧化物、鈣鎂氧化物及鈍化鋁復 合物、無機鹽、堿金屬氧化物和橡膠粉中的一種以上；或/和，彈性材料為樹脂、橡膠、脂肪 類聚合物、纖維類、聚丙烯蠟、膠乳和合成大分子中的一種以上。
[0023] 實施例8,該彈性防竄水泥漿原料按重量份數