一種固井水泥漿用自由液控制劑及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及油氣井固井領域的水泥漿用自由液控制劑，更進一步說，涉及一種固 井水泥漿用自由液控制劑及其制備方法與應用。
【背景技術】
[0002] 直徑段固井時，在環空水泥柱中，較大的顆粒在重力的作用下會發生沉降，可能有 聚集和橋塞的傾向，而橋塞下面的位置自由液聚集有時就可生成水槽或水帶，加壓時造成 水泥石破裂。除此以外，自由液聚集形成水囊還妨礙水泥對套管和地層的膠結。也可能過 早地膠凝，對地層產生較低的靜壓或不產生靜壓，而發生氣竄。水平井固井中，水平段形成 的自由液會逐漸上移，當達到一定量時，在環空水泥上部的自由液囊相互連通，構成自由液 槽或水帶，也易導致氣竄，影響固井質量。
[0003] 目前固井中控制自由液的外加劑主要有：膨潤土、綠坡縷石、偏硅酸鈉、硅藻土、水 玻璃、天然火山灰、粉煤灰、明礬或硫酸鋁、纖維素、堿式氯化鋁、超細水泥等，但其作用效果 有一定的局限性。如膨潤土、綠坡縷石、硅藻土等控制自由液效果不明顯且影響水泥石強 度；超細水泥水化速度過快，存在不確定性；偏硅酸鈉、水玻璃常作為早強劑使用，其加量 變化會影響水泥漿流變性質，控制自由液效果不明顯；明礬或硫酸鋁、纖維素、堿式氯化鋁 等易使水泥漿增稠。以上這些外加劑或外摻料單獨使用并沒有完全解決固井中自由液的控 制問題，均沒有形成穩定成熟的自由液控制劑。
[0004] 邱燮和等介紹了液硅能減少水泥漿的自由液。（邱燮和，王良才，郭廣 平.Microblock液硅的評價及在中國油田的應用[J].鉆井液與完井液.2010 (04).)其中 介紹液娃作為自由液控制劑，有明顯的效果，但該技術方案液娃的加量較大，一般加入10% 以上。
【發明內容】
[0005] 為了解決現有技術存在的上述技術問題，本發明提供了一種固井水泥漿用自由液 控制劑及其制備方法與應用，便于固井用零自由液水泥漿的制備，其制備方法簡單，成本低 廉，而且使用效果好，使用量少。
[0006] 本發明目的之一是提供一種固井水泥漿用自由液控制劑，為包含有共混的以下組 分的懸濁液：納米綠坡縷石（又名坡縷石或凹凸棒石）、納米二氧化硅、分散劑、漿體穩定劑 和水，組成懸濁液體；其中，以重量份數計，水的重量份數為100份；所述納米綠坡縷石，粒 徑5~200nm，用量為10~30份，優選20~30份；所述納米二氧化硅，粒徑10~260nm， 用量為20~40份，優選20~30份。所述分散劑的用量為0. 1~1份，優選0. 5~0. 7份， 具體可選自聚羧酸分散劑、硅烷共聚分散劑或聚磺酸分散劑中的至少一種；所述漿體穩定 劑的用量為〇. 5~1份（優選0. 5~0. 6份），選自羥乙基纖維素、羧甲基纖維素鈉、黃原 膠、硬葡聚糖、文萊膠中的至少一種。其中，納米綠坡縷石和納米二氧化硅主要起到控制自 由水的作用，而以分散劑將其制備成懸濁液體便于現場配漿使用，方便其應用。同時，加入 槳體穩定劑便于產品長期儲存，防止其沉淀，增加穩定性。
[0007] 其中，所述聚羧酸分散劑可選自聚丙烯酸、馬來酸-丙烯酸共聚物、丙烯酸-丙烯 酸羥丙酯共聚物、丙烯酸-丙烯酸酯-膦酸-磺酸鹽共聚物、丙烯酸-丙烯酸酯-磺酸鹽共 聚物、苯乙烯-馬來酸酐共聚物中的至少一種，其中，優選聚丙烯酸；所述硅烷共聚分散劑 可選自聚醚改性聚二甲基硅氧烷共聚體、端基帶有可水解的硅烷鍵-Si (-0-CH3)3的聚合物 中的至少一種，其中，優選聚醚改性聚二甲基硅氧烷共聚體；所述聚磺酸分散劑可選自丙烯 酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物、焦亞硫酸鈉-甲醛-丙酮共聚物中的至少一種，其 中，優選焦亞硫酸鈉-甲醛-丙酮共聚物。
[0008] 為了進一步增強產品長期儲存穩定性，防止其沉淀，本發明所述固井水泥漿用自 由液控制劑的pH值優選為9~11。
[0009] 本發明目的之二是提供一種固井水泥漿用自由液控制劑的制備方法，包括以下步 驟：
[0010] 將包含有以上所述組分在內的組分混合均勻成懸濁液，即得本發明所述的固井水 泥漿用自由液控制劑。其中，優選將所述懸濁液的pH值調至9~11。
[0011] 本發明目的之三是所述的固井水泥漿用自由液控制劑在水泥漿中的應用，尤其是 在固井水泥漿中的應用。
[0012] 所述固井水泥漿用自由液控制劑在水泥漿中的應用，包括將所述固井水泥漿用自 由液控制劑與水泥及水泥漿所加助劑等混合均勻后配成水泥漿；配成水泥漿的所加助劑， 比如消泡劑、降失水劑等，以及配成水泥漿的步驟和設備均為現有技術中已有的。
[0013] 其中所述固井水泥漿用自由液控制劑的用量為水泥重量的1~5%。
[0014] 以上所述混合可以是現有技術中的各種混合方式，比如攪拌等，所用設備可以為 現有技術中各種混合設備，比如攪拌機等。
[0015] 通過使用本發明的固井水泥漿用自由液控制劑，可改善固井水泥漿控制自由液的 性能，并能有效消除或降低固井水泥漿自由液，便于固井用零自由液水泥漿的制備，而且使 用效果好，使用量少，具有較好的推廣和應用價值。
【具體實施方式】
[0016] 下面結合實施例，進一步說明本發明。
[0017] 所用原料來源：
[0018] 納米綠坡縷石：江蘇玖川納米材料科技有限公司，高純納米級凹凸棒粘土；
[0019] 納米二氧化娃：南京海泰納米材料有限公司，納米氧化石圭；
[0020] 聚羧酸分散劑：德州大陸架石油工程技術有限公司，DZH-1 ;
[0021] 聚磺酸分散劑：德州大陸架石油工程技術有限公司，DZS ;
[0022] 硅烷共聚分散劑：赫斯邁功能材料（上海）有限公司，Hydispex P104S ;
[0023] 漿體穩定劑羥乙基纖維素：常州市凱杰化工有限公司，羥乙基纖維素；
[0024] 漿體穩定劑黃原膠：淄博中軒生化有限公司，BP9260 ;
[0025] 漿體穩定劑文萊膠：美國斯比凱可公司，KELC0- CRETE? DG-F定優膠；
[0026] 楽體穩定劑硬葡聚糖：法國Sanofi Industrie公司，Actigum CS-11 ;
[0027] NaOH:市售產品；
[0028] 油井水泥：四川嘉華企業（集團）股份有限公司，嘉華G級高抗油井水泥；
[0029] 水：通用自來水；
[0030] 消泡劑：德州大陸架石油工程技術有限公司，DZX ;
[0031] 降失水劑：德州大陸架石油工程技術有限公司，DZJY ;
[0032] 其它試劑均為市售產品。
[0033] -、自由液控制劑制備
[0034] 實施例1
[0035] 使用原料如下：
[0036] 水的用量為100g ;
[0037] 納米綠坡縷石，粒徑20~50nm，用量為20g ;
[0038] 納米二氧化硅，粒徑30~100nm，用量為30g ;
[0039] 聚羧酸分散劑用量為〇· 5g ;
[0040] 漿體穩定劑羥乙基纖維素用量為0. 5g ;
[0041] 制備方法：將上述組分混合，高速（12000 ± 500轉/分）攪拌均勻，NaOH調整懸濁 液pH = 9,即得本發明的固井水泥漿用自由液控制劑。
[0042] 實施例2
[0043] 使用原料如下：
[0044] 水的用量為100g ;
[0045] 納米綠坡縷石，粒徑10~20nm，用量為10g ;
[0046] 納米二氧化硅，粒徑20~50nm，用量為30g ;
[0047] 硅烷共聚分散劑用量為lg ;
[0048] 漿體穩定劑黃原膠用量為0· 5g ;
[0049] 制備方法：將上述組分混合，高速（12000 ± 500轉/分）攪拌均勻，NaOH調整懸濁 液pH = 10,即得本發明的固井水泥漿用自由液控制劑。
[0050] 實施例3
[0051] 使用原料如下：
[0052] 水的用量為100g ;
[0053] 納米綠坡縷石，粒徑30~lOOnm，用量為30g ;
[0054] 納米二氧化硅，粒徑100~200nm，用量為30g ;
[0055] 硅烷共聚分散劑用量為〇· 5g ;
[0056] 漿體穩定劑文萊膠用量為0. 5g ;
[0057] 制備方法：將上述組分混合，高速（12000 ±500轉/分）攪拌均勻，NaOH調整懸濁 液pH = 9,即得本發明的固井水泥漿用自由液控制劑。
[0058] 實施例4
[0059] 使用原料如下：
[0060] 水的用量為l〇〇g ;
[0061] 納米綠坡縷石，粒徑100~200nm，用量為30g ;
[0062] 納米二氧化硅，粒徑200~260nm，用量為30g ;
[0063] 硅烷共聚分散劑用量為〇· 2g ;
[0064] 漿體穩定劑硬葡聚糖用量為0. 6g ;
[006