CN103320107B - 一种用于实体膨胀管固井的韧性防气窜水泥浆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于实体膨胀管固井的韧性防气窜水泥浆，其组成如下：100gG级油井水泥或G级水泥与硅粉的混合物（当井底静止温度大于110℃时），2.5g～4.2g延缓凝固剂，8g～11g降滤失剂，1g～1.2g分散剂，0.5g～0.8g增韧剂，3g～5g防气窜剂，0.1g～0.3g消泡剂，37.3g～41g自来水。所述增韧剂为长度为0.3～2mm的玻璃纤维与长度为3～5mm的锦纶纤维，按质量比2:1混合而成；其他物质均为市售。该水泥浆具有较强的封固能力，综合性能好，既能保证实体膨胀管安全可靠膨胀，又能改善实体膨胀管固井水泥环的封固质量，弥补了现有技术的缺陷和不足。
Description
技术领域
本发明涉及一种实体膨胀管固井用的水泥浆，属于油气井固井工程中使用的一种特殊水泥浆。
背景技术
我国陆上油井生产套管大多为Φ177.8mm及其以下尺寸套管，从老井眼侧钻小井眼时，井眼尺寸小，环空间隙小，难以下入合适的生产管柱，既影响射孔、测试、生产管理和修井等作业，又难以保证固井的有效封固质量。因此，可采用实体膨胀管注水泥固井，有效扩大生产套管内径，以利于射孔、测试、生产管理和修井等作业，但适应实体膨胀管固井的既易于调控延迟凝结且强度发展快，又能适应小间隙环空固井在候凝过程中具有强的防气窜和冲击能力的水泥浆仍未见报导。虽然关于固井过程中防止气窜，或延迟胶凝，以及增强水泥石韧性的固井水泥浆，迄今国内外已开发出了多种添加剂和相应水泥浆体系，如世界著名的Halliburton和Schlumberger等公司。但对于适应实体膨胀管小间隙环空固井由于有很高气窜潜力和薄水泥环易碎，同时要具有强度发展快的延迟凝结水泥浆却亟待进一步深入研究，以保证实体膨胀管固井的施工作业安全和水泥环长期封固质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于实体膨胀管固井的韧性防气窜水泥浆，该水泥浆具有较强的封固能力，综合性能好，既能保证实体膨胀管安全可靠膨胀，又能改善实体膨胀管固井水泥环的封固质量，弥补了现有技术的缺陷和不足。
为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。
一种用于实体膨胀管固井的韧性防气窜水泥浆，其组成如下：在100gG级油井水泥或G级水泥与硅粉的混合物（当井底静止温度大于110℃时）中，加入2.5g～4.2g延缓凝固剂，8g～11g降滤失剂，1g～1.2g分散剂，0.5g～0.8g增韧剂，3g～5g防气窜剂，0.1g～0.3g消泡剂，37.3g～41g自来水。
所述G级水泥与硅粉的混合物中，G级水泥与硅粉的质量比为100:35。
所述延缓凝固剂为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）和有机羧酸（TA）合成的油井水泥高温延迟凝固剂。
所述降滤失剂为丙烯酰胺（AM）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）和N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）三元共聚类的油井水泥降滤失剂。
所述分散剂为甲醛和丙酮缩聚物。
所述增韧剂为长度为0.3～2mm的玻璃纤维与长度为3～5mm的锦纶纤维，按质量比2:1混合而成。
所述防气窜剂为磺化聚乙烯醇微胶粒，呈棕红色凝胶状。微胶粒在高温下软化，能填塞封闭水泥颗粒间的空隙、间隙，使水泥浆基体防窜。
所述消泡剂能抑制气泡形成，如乳化硅油、聚氧丙烯甘油醚或聚氧丙烯聚醚改性硅。
上述物质除增韧剂外，在市场均有售。
本发明使用常规增压稠化仪试验，在稠化时间达到注水泥施工时间后，采用停55min转动5min的循环式间断启动稠化仪测定水泥浆稠化时间的方法模拟实体膨胀管安全施工作业时间，该水泥浆的稠化时间为22h～25h。
该水泥浆的综合工程性能好，防气窜性能系数SPN值小于3，满足实体膨胀管固井施工时间不大于20h，套管膨胀后水泥浆候凝120h～148h水泥石的抗冲击韧性大于3.0，抗压强度大于14MPa。
本发明与现有技术比较，具有以下有益效果：（1）延缓凝固剂能有效防止水泥浆在实体膨胀管未膨胀时提前凝固，保证实体膨胀管安全可靠膨胀；（2）水泥浆凝固后的水泥石强度发展快，强度高，抗冲击性能好；（3）气体侵入水泥浆的阻力大，防止固井候凝过程中发生气窜影响封固质量；（4）水泥浆配制和注浆施工与常规水泥浆相同，不需要特殊工艺。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1：适应井底静止温度低于110℃的水泥浆制备及性能
称取600gG级油井水泥，15.6g延缓凝固剂，54g降滤失剂，6g分散剂，3.6g增韧剂，24g胶粒防气窜剂，1.2g消泡剂，220g自来水。增韧剂与油井水泥混均匀，延缓凝固剂、降滤失剂、分散剂、胶粒防气窜剂和消泡剂加入自来水中混配均匀后，按API方法配制浆体，即得到密度1.90的延迟凝固高强防气窜水泥浆。该水泥浆用于井底静止温度90~110℃的实体膨胀管的固井，该水泥浆的稠化时间约为21h~22h，API滤失量小于30ml，自由水0，流变性能好，防气窜性能系数SPN值小于3，凝固120h~148h水泥石的抗冲击韧性大于3.0，抗压强度大于14MPa。
实施例2：适应井底静止温度大于110℃的水泥浆制备及性能
称取444gG级油井水泥与156g硅粉混合，25.2g延缓凝固剂，60g降滤失剂，6g分散剂，3.6g增韧剂，30g胶粒防气窜剂，1.2g消泡剂，241g自来水。增韧剂与油井水泥和硅粉干混均匀，延缓凝固剂、降滤失剂、分散剂、胶粒防气窜剂和消泡剂加入自来水中混配均匀后，按API方法配制浆体，即得到密度1.88的延迟凝固高强防气窜水泥浆。该水泥浆用于井底静止温度120~140℃的实体膨胀管的固井，该水泥浆的稠化时间约为21h~22h，API滤失量小于30ml，自由水为0，流变性能好，防气窜性能系数SPN值小于3，凝固120h~148h水泥石的抗冲击韧性大于3.5，抗压强度大于14MPa。
对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种用于实体膨胀管固井的韧性防气窜水泥浆，其组成如下：100gG级油井水泥或G级水泥与硅粉的混合物，2.5g～4.2g延缓凝固剂，8g～11g降滤失剂，1g～1.2g分散剂，0.5g～0.8g增韧剂，3g～5g防气窜剂，0.1g～0.3g消泡剂，37.3g～41g自来水；所述延缓凝固剂为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和有机羧酸合成的油井水泥高温延迟凝固剂；所述增韧剂为长度为0.3～2mm的玻璃纤维与长度为3～5mm的锦纶纤维，按质量比2:1混合而成；所述防气窜剂为磺化聚乙烯醇微胶粒。
2.如权利要求1所述的韧性防气窜水泥浆，其特征在于，所述G级水泥与硅粉的混合物中，G级水泥与硅粉的质量比为100:35，用于井底静止温度大于110℃时。
3.如权利要求1所述的韧性防气窜水泥浆，其特征在于，所述降滤失剂为丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和N-乙烯基吡咯烷酮三元共聚类的油井水泥降滤失剂。
4.如权利要求1所述的韧性防气窜水泥浆，其特征在于，所述分散剂为甲醛和丙酮缩聚物。
5.如权利要求1所述的韧性防气窜水泥浆，其特征在于，所述消泡剂为乳化硅油、聚氧丙烯甘油醚或聚氧丙烯聚醚改性硅。
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