CN105154041A - 一种油井水泥增韧剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油井水泥增韧剂，可作为外加剂用于油气井固井油井水泥。包括如下质量份数的组分：15～50份抗温橡胶材料、0～20份表面改性纤维、10～20份稳定剂、10～50份流变性调节剂。本发明的增韧剂，降低环空水泥石的弹性模量，提高水泥石抗冲击性能，同时与其它水泥外加剂具有良好的配伍性。在常温和高温性能稳定，能够改善水泥浆流变性，解决了油气井中环空水泥石抗应变能力差、无法适应油气开采过程中大型压裂的问题，能够延长油气井的使用期限。

Description

一种油井水泥增韧剂
技术领域
本发明涉及石油天然气固井的油井水泥外加剂，尤其是一种油井水泥增韧剂。
背景技术
固井就是用某种手段把裸眼井段内下入的套管串与地层之间进行有效封固。近些年随着页岩气开发力度的不断加大，对固井水泥浆体系的要求越来越高，尤其是增加水泥石韧性，降低水泥石弹性模量，已经逐渐被列入页岩气固井的重要指标。
目前增加水泥石韧性，最常用的水泥浆外加剂有三类，胶乳、纤维和橡胶。在页岩气开发过程中，最常用的是胶乳水泥浆体系，其优点是有效防止气窜和防腐，但缺点是敏感性强、难以配伍、易絮凝成团。纤维则存在分散性差，密度差会导致纤维上浮、混拌不均匀，现场泵送困难。橡胶材料在混拌过程中也存在密度差的问题，容易浮在水泥浆上层，导致水泥浆性能不稳定。专利201410504903.3使用了改性蛭石作为增韧剂主剂，辅以改性沥青和分散剂，但是蛭石密度较低，无法配制常规密度乃至高密度水泥浆，且蛭石的加量超过25％后会严重影响抗压强度。专利201410047943.X使用了改性沥青作为油井水泥增韧剂，但该种材料抗温性能比较差，无法满足高温超高温的固井需求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有储气库井固井水泥抗应变能力差，储气库井使用寿命短的问题。
为实现上述的发明目的，本发明提出一种油井水泥增韧剂，与水泥浆配伍性良好，能够满足现场施工需求，同时低弹性模量的环空水泥石抗冲击性能力强，能够适应大型压裂等井下作业施工。包括如下质量份数的组分：15～50份抗温橡胶材料、0～20份表面改性纤维、10～20份稳定剂、10～50份流变性调节剂。
所述抗温橡胶材料是三元乙丙橡胶、丁晴胶、硅橡胶、氟橡胶、氢化丁晴胶硅、硅氟橡胶、氯丁胶中的至少一种。所述抗温橡胶材料粒径范围为50～250目。
所述表面改性纤维是聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙燃腈纤维、聚氯乙烯纤维中的至少一种。所述表面改性纤维长度为3～30mm。所述表面改性纤维的拉伸强度为800～2000MPa。经硅烷偶联剂进行表面处理。
所述稳定剂是超细碳酸钙、白炭黑、微硅粉、硅灰石粉、纳米二氧化硅中的至少一种。
所述流变性调节剂是聚丙烯酰胺、生物聚合物XC、羟乙基纤维素钠、膨润土、凹凸棒土中的至少一种。
本发明的有益效果是：可明显改善油井环空水泥石的韧性、降低其弹性模量；在掺量范围内，对水泥浆稳定性有促进效果，稠化时间可调，自由水为零，水泥石高温高压(180℃、50MPa)下力学性能稳定；能有效提高水泥环韧性，提高固井质量和延长油气井生产寿命。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
按以下质量配比称取原料，混拌均匀后，即得本发明的产品，检测结果见表1。
氟橡胶粉30g，棕色粉末，粒径80目，天津明基金泰橡胶。
聚乙烯醇纤维10g，REC15×12型，长度12mm，直径40μm，拉伸强度1600MPa，日本可乐丽。
碳酸钙20g，白色粉末，AR，天津化学试剂厂。
聚丙烯酰胺40g，分子量300万，固含量大于85.0％，北京中环化学试剂厂。
实施例2
按以下质量配比称取原料，混拌均匀后，即得本发明的产品，检测结果见表1。
硅橡胶粉50g，棕色粉末，粒径60目，天津明基金泰橡胶。
聚乙烯醇纤维15g，REC15×12型，长度12mm，直径40μm，拉伸强度1600MPa，日本可乐丽。
白炭黑25g，白色粉末，天津隆化试剂厂。
凹凸棒土，10g，江苏盱眙。
实施例3
按以下质量配比称取原料，混拌均匀后，即得本发明的产品，检测结果见表1。
硅橡胶粉50g，棕色粉末，粒径60目，河北枣强橡胶制品有限公司。
聚乙烯醇纤维15g，REC15×12型，长度12mm，直径40μm，拉伸强度1600MPa，日本可乐丽。
白炭黑25g，白色粉末，天津隆化试剂厂。
膨润土，10g，新疆夏子街。
实施例4
按以下质量配比称取原料，混拌均匀后，即得本发明的产品，检测结果见表1。
三元乙丙胶粉30g，棕色粉末，粒径80目，河北枣强橡胶制品有限公司。
聚乙烯醇纤维25g，REC15×12型，长度12mm，直径40μm，拉伸强度1600MPa，日本可乐丽。
白炭黑5g，白色粉末，天津隆化试剂厂。
凹凸棒土，20g，江苏盱眙。
表1本发明的油井水泥高温增韧剂性能指标
普通试样 实例1 实例2 实例3 实例4
48h抗压强度/MPa 24.5 21.9 19.0 21.7 25.0
48h杨氏弹性模量/GPa 8.745 6.075 5.97 5.55 6.53
API失水量/mL 44 32 42 30 48
稠化时间/min 164 158 179 167 155
实验条件为：水泥石养护温度180℃，养护压力50MPa；普通试样采用600g夹江G级水泥，180g硅粉，30g微硅，1％降失水剂，0.5％分散剂，水灰比42％；实例中增韧剂掺量占水泥重量的1％。
加入油井水泥增韧剂后的水泥浆养护在180℃，50MPa的环境下养护48h，水泥石抗压强度变化不大，杨氏弹性模量降低超过30％，抗温性能良好，与水泥浆体系的配伍性良好，实验过程中未发现包芯、鼓包等不良现象。
本发明是在保证水泥石抗压强度的前提下降低水泥石的弹性模量，以保证环空水泥石能够承受大型压裂以及储气库井井筒交变应力变化带来的影响，延长油气井寿命。
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种油井水泥增韧剂，其特征在于，包括如下质量份数的组分：15～50份抗温橡胶材料、0～20份表面改性纤维、10～20份稳定剂、10～50份流变性调节剂。
2.根据权利要求1所述的油井水泥增韧剂，其特征在于，所述抗温橡胶材料是三元乙丙橡胶、丁晴胶、硅橡胶、氟橡胶、氢化丁晴胶硅、硅氟橡胶、氯丁胶中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的油井水泥增韧剂，其特征在于，所述抗温橡胶材料粒径范围为50～250目。
4.根据权利要求1所述的油井水泥增韧剂，其特征在于，所述表面改性纤维是聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙燃腈纤维、聚氯乙烯纤维中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的油井水泥增韧剂，其特征在于，所述表面改性纤维长度为3～30mm。
6.根据权利要求4所述的油井水泥增韧剂，其特征在于，所述表面改性纤维的拉伸强度为800～2000MPa。
7.根据权利要求1所述的油井水泥增韧剂，其特征在于，所述稳定剂是超细碳酸钙、白炭黑、微硅粉、硅灰石粉、纳米二氧化硅中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的油井水泥增韧剂，其特征在于，所述流变性调节剂是聚丙烯酰胺、生物聚合物XC、羟乙基纤维素钠、膨润土、凹凸棒土中的至少一种。
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