CN103820090A - 一种改性沥青增韧的油井水泥浆体系 - Google Patents

一种改性沥青增韧的油井水泥浆体系 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改性沥青增韧的油井水泥浆体系，由以下各组分按重量份配比组成：油井水泥100份，增韧剂A0.5～3份，增韧剂B0～0.5份，分散剂0.5～3份，降失水剂1～3份，早强剂0.5～3份，消泡剂0.01～0.5份，水40～50份。所述油井水泥为G级油井水泥，所述增韧剂A为磺化沥青，所述增韧剂B为阳离子乳化沥青粉。该水泥浆体系性能稳定，能承受井下温度压力的作用，满足固井工况，其硬化后的水泥石韧性大幅度提高，既很好解决了增韧剂与水泥浆的相容性和分散性问题，又保证了水泥浆的沉降稳定性，克服了现有技术的缺陷和不足。

Description

一种改性沥青增韧的油井水泥浆体系
技术领域
本发明涉及一种用于降低固井水泥石脆性的改性沥青增韧的水泥浆体系。
背景技术
固井工程，指钻井作业达到一定井深后，在井眼中下入套管，把水泥浆从中空的套管内注入套管外环形空间某预定位置，在预定时间内迅速凝结、硬化并形成优质完整的水泥环。水泥环与套管及井壁之间的良好充填与胶结，能够使地层和套管之间的第二界面生成有效的封固介质，保证孔隙压力不同的油气水层互不窜通。
水泥环的另一个重要作用是悬挂和保护套管，减少和延缓地层岩石蠕变对套管的挤压效应和地层流体对套管的腐蚀，延长套管的使用年限；它和套管之间的第一界面共同起到层间封隔的作用。如果水泥环的完整性不好，将影响油井的使用寿命，严重的可能会使油气井报废，还可能产生严重的工程事故。
油井水泥石先天具有硬脆特性，其抗拉强度远小于抗压强度。固井水泥环在油气井整个使用寿命周期内将遭受复杂、恶劣、持续的环境作用，这些环境作用包括自然的和人为的。如：套管在井下高温高压环境作用时，由于地层、套管和水泥环变形能力不一致，会导致水泥环密封失效；套管试压，大规模强化开采措施，如射孔、酸化、压裂等后期作业均会对水泥环带来严重的应力冲击，应力波在水泥环局部形成拉伸的高应力区，当水泥环的周向拉应力超过其强度极限时，水泥环就会破裂，失去层间封固的能力。因此必须提高水泥环的韧性，使其在整个油气井正常生产寿命期保持完整性，才能提高固井质量，满足油气井长期安全开采的生产要求。
目前，固井水泥石降脆增韧的主要途径是通过添加外加剂和外掺料优化油井水泥浆体系工程性能，增强水泥石的形变能力。常用于固井水泥石降脆增韧的外掺料有三类：胶乳、纤维（或晶须）、橡胶颗粒，或以上材料的复合使用。当前的增韧水泥浆体系主要存在如下问题：（1）胶乳难以化学配伍，易絮凝成团和塑化剂加量敏感；（2）纤维水泥浆存在与水泥密度差过大，表面侵润特性不佳，混拌不均匀，难以泵送，现场施工困难的问题；（3）橡胶粉与水泥浆相容性差，易浮在水泥浆上层，导致水泥浆体系性能不稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性沥青增韧的油井水泥浆体系，该水泥浆体系性能稳定，能承受井下温度压力的作用，满足固井工况，其硬化后的水泥石韧性大幅度提高，既很好解决了增韧剂与水泥浆的相容性和分散性问题，又保证了水泥浆的沉降稳定性，克服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。
一种改性沥青增韧的油井水泥浆体系，由以下各组分按重量份配比组成：
Figure BDA0000465138040000021
所述油井水泥为G级油井水泥。
所述增韧剂A为磺化沥青FT-1，产品技术指标符合标准Q/CNPC95-2003。
所述增韧剂B为阳离子乳化沥青粉YK-H，产品技术指标符合标准Q/SYTZ0107-2005。
所述分散剂为聚苯乙烯磺酸钠。
所述降失水剂为羟乙基纤维素或2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。
所述早强剂为三异醇胺、氯化钙、草酸钠或其混合物。
所述消泡剂为二甲基硅油或磷酸三丁酯。
该改性沥青增韧的油井水泥浆体系的制备方法如下：
称取100重量份油井水泥、0.5～3重量份增韧剂A、0～0.5重量份增韧剂B、0.5～3重量份分散剂、1～3重量份降失水剂、0.5～3重量份早强剂干混为干粉混合物。量取40～50重量份水、0.01～0.5重量份消泡剂混于水中，将水溶液放在高速搅拌器中，搅拌器以低速（4000±200转/分）转动，并在15秒内加完称取的干粉混合物，盖上搅拌器的盖子，高速（12000±500转/分）下继续搅拌35秒，即得本发明改性沥青增韧的油井水泥浆体系。
本发明技术可靠，现场施工方便，成本低，既能满足固井所需的各项工程性能指标，又能改善水泥石固有脆性。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）该水泥浆体系失水量小、稳定性好、流动性好、能延长安全注水泥时间，各项性能均能完全满足现场注水泥施工要求；
（2）该水泥浆体硬化后形成的水泥石同未加改性沥青增韧剂的水泥石相比，抗压强度变化不大，抗拉强度提高约35%，静态弹性模量降低约40%，极限应变增大1倍左右，水泥石脆性改善，韧性得到很大提高。
附图说明
图1是实施例1水泥石60℃，水浴养护14天的三轴力学测试结果。
图2是实施例5水泥石60℃，水浴养护14天的三轴力学测试结果。
具体实施方式
下面通过实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例1
称取100重量份油井水泥、1重量份聚苯乙烯磺酸钠、2重量份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、0.5重量份氯化钙干混为干粉混合物。量取46重量份水、0.05重量份磷酸三丁酯混于水中，将水溶液放在高速搅拌器中，搅拌器以低速（4000±200转/分）转动，并在15秒内加完称取的干粉混合物，盖上搅拌器的盖子，高速（12000±500转/分）下继续搅拌35秒，即得空白对比样水泥浆体系。
实施例2
称取100重量份油井水泥、0.5重量份的乳化沥青粉YK-H、0.5重量份的磺化沥青FT-1、1重量份聚苯乙烯磺酸钠、1.5重量份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、0.5重量份氯化钙、0.5重量份草酸钠干混为干粉混合物。量取46重量份水、0.1重量份二甲基硅油混于水中，将水溶液放在高速搅拌器中，搅拌器以低速（4000±200转/分）转动，并在15秒内加完称取的干粉混合物，盖上搅拌器的盖子，高速（12000±500转/分）下继续搅拌35秒，即得改性沥青增韧的油井水泥浆体系。
实施例3
称取100重量份油井水泥、0.5重量份的乳化沥青粉YK-H、1重量份的磺化沥青FT-1、1重量份聚苯乙烯磺酸钠、1.5重量份羟乙基纤维素、0.5重量份氯化钙、0.5重量份三乙醇胺、0.5重量份草酸钠干混为干粉混合物。量取47重量份水、0.2重量份磷酸三丁酯混于水中，将水溶液放在高速搅拌器中，搅拌器以低速（4000±200转/分）转动，并在15秒内加完称取的干粉混合物，盖上搅拌器的盖子，高速（12000±500转/分）下继续搅拌35秒，即得改性沥青增韧的油井水泥浆体系。
实施例4
称取100重量份油井水泥、0.5重量份的乳化沥青粉YK-H、1.5重量份的磺化沥青FT-1、2重量份聚苯乙烯磺酸钠、1重量份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、0.5重量份氯化钙、0.5重量份三异醇胺、0.5重量份草酸钠干混为干粉混合物。量取47重量份水、0.3重量份磷酸三丁酯混于水中，将水溶液放在高速搅拌器中，搅拌器以低速（4000±200转/分）转动，并在15秒内加完称取的干粉混合物，盖上搅拌器的盖子，高速（12000±500转/分）下继续搅拌35秒，即得改性沥青增韧的油井水泥浆体系。
实施例5
称取100重量份油井水泥、3重量份的磺化沥青FT-1、2重量份聚苯乙烯磺酸钠、1重量份羟乙基纤维素、0.5重量份氯化钙、0.5重量份三异醇胺、1重量份草酸钠干混为干粉混合物。量取47重量份水、0.5重量份二甲基硅油混于水中，将水溶液放在高速搅拌器中，搅拌器以低速（4000±200转/分）转动，并在15秒内加完称取的干粉混合物，盖上搅拌器的盖子，高速（12000±500转/分）下继续搅拌35秒，即得改性沥青增韧的油井水泥浆体系。
表1为实施例水泥浆性能测试结果，通过与空白样对比（实施例1-实施例5），可以看出，改性沥青增韧的油井水泥浆失水量小、稳定性好、流动性好、能延长安全注水泥时间，各项性能满足现场注水泥施工要求。
表1实施例水泥浆性能测试结果
Figure BDA0000465138040000041
表2为实施例水泥石60℃，水浴养护7天的力学性能测试结果，通过与空白样对比（实施例1-实施例5），可以看出，改性沥青增韧的水泥石抗压强度变化不大，抗拉强度最大可以提高35%，静态杨氏模量最大降低约40%。
表2实施例水泥石力学性能测试结果
Figure BDA0000465138040000051
对添加改性沥青前后的水泥石进行三轴应力测试，结果见图1和图2。从图1和图2的测试结果可以看出，未加改性沥青增韧剂的水泥石的极限应变为1.6%，添加改性沥青增韧剂的水泥石的极限应变为3.4%，极限应变提高约1倍，韧性得到很大提高，脆性得到较大改善。

Claims (5)

1.一种改性沥青增韧的油井水泥浆体系，由以下各组分按重量份配比组成：
Figure FDA0000465138030000011
所述增韧剂A为磺化沥青，所述增韧剂B为阳离子乳化沥青粉。
2.如权权利要求1所述的改性沥青增韧的油井水泥浆体系，其特征在于，所述分散剂为聚苯乙烯磺酸钠。
3.如权权利要求1所述的改性沥青增韧的油井水泥浆体系，其特征在于，所述降失水剂为羟乙基纤维素或2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。
4.如权权利要求1所述的改性沥青增韧的油井水泥浆体系，其特征在于，所述早强剂为三异醇胺、氯化钙、草酸钠或其混合物。
5.如权权利要求1所述的改性沥青增韧的油井水泥浆体系，其特征在于，所述消泡剂为二甲基硅油或磷酸三丁酯。
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