CN105254226A - 弹性水泥浆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
<b>本发明涉及油井水泥浆技术领域，是一种弹性水泥浆及其制备方法；该弹性水泥浆原料包括油井水泥浆和弹性材料；其中：弹性材料为油井水泥浆中水泥质量的3%至40%。本发明得到的弹性水泥浆较相应油井水泥浆的杨氏模量有很大幅度降低，抗拉强度有很大幅度提高，通过本发明得到的弹性水泥浆进行固井作业，有效解决了由于水泥石固有的脆性在油气井的后续射孔和多级大型压裂等试采作业过程中导致水泥石内部出现微裂缝和/或固井二界面上出现微环空间隙；说明本发明中弹性材料能够显著提高水泥石抵抗外力变形的能力,降低了水泥石的杨氏模量，提高了其抗拉强度，减少了环空窜流，能够满足射孔及多级大型压裂开采的要求。</b>
Description
技术领域
本发明涉及油井水泥浆技术领域，是一种弹性水泥浆及其制备方法。
背景技术
油、气、水窜是固井界面临的重大难题之一，如果层间封隔不良，高压层流体窜入低压层，导致油气资源的流失和浪费，同时因流体窜流导致固井二界面胶结不良，对产能和环境保护造成巨大威胁。由于水泥石具有脆性，在油气井的后续射孔、多级大型压裂等试采作业过程中，水泥石发生破裂导致微裂纹产生，特别是目的层薄、底界水层活跃区块，往往导致水层与油层连通，严重影响开采效果。
发明内容
本发明提供了一种弹性水泥浆及其制备方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决在油气井的后续射孔和多级大型压裂等试采作业过程中，水泥石易发生破裂导致微裂纹产生，导致水层与油层连通而严重影响开采的问题。
本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种弹性水泥浆，原料包括油井水泥浆和弹性材料；其中：弹性材料为油井水泥浆中水泥质量的3%至40%。
下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：
上述弹性水泥浆按下述方法得到：在油井水泥浆中加入所需量的弹性材料混合均匀后得到弹性水泥浆。
上述弹性材料为脂肪类聚合物、纤维类、树脂、聚丙烯蜡、橡胶、胶乳和合成大分中的一种以上。
上述弹性水泥浆的杨氏模量小于等于6000MPa，抗拉强度为2.2MPa至5MPa。
上述油井水泥浆按下述方法得到：按800g水泥、3g微硅粉、144g胶乳、24g降失水剂、8g减阻剂、3.2g缓凝剂和184g水混合均匀后得到油井水泥浆；其中：胶乳为适用于油井水泥浆中的非离子型或阳离子型胶乳或丁苯胶乳；降失水剂为四元高分子共聚物、聚乙烯醇和丙烯酰胺基甲基丙磺酸共聚物中的一种以上；减阻剂为甲醛丙酮缩聚物或胺基高分子衍生物；缓凝剂为葡萄糖酸钙液体或葡萄糖庚酸盐液体或羧基膦酸盐复合物或有机酸。
上述油井水泥浆按下述方法得到：按500g水泥、50g微珠、50g微硅粉、20g早强剂、20g膨胀剂、10g交联剂、40g降失水剂、3.5g减阻剂、2.25g缓凝剂和375g水混合均匀后得到油井水泥浆。其中：早强剂为硫酸钙、有机酸盐和硅铝酸盐中的一种以上；膨胀剂为钙铝氧化物、钙镁氧化物及钝化铝复合物、无机盐、碱金属氧化物和橡胶粉中的一种以上；交联剂为无机盐和低分子聚合物中的一种以上；降失水剂为四元高分子共聚物、聚乙烯醇和丙烯酰胺基甲基丙磺酸共聚物中的一种以上；减阻剂为甲醛丙酮缩聚物或胺基高分子衍生物；缓凝剂为葡萄糖酸钙液体或葡萄糖庚酸盐液体或羧基膦酸盐复合物或有机酸。
上述油井水泥浆按下述方法得到：按800g水泥、920gFe
2
O
3
、24g微硅粉、32g降失水剂、6.4g减阻剂、4.8g缓凝剂和368g水混合均匀后得到油井水泥浆；其中：降失水剂为四元高分子共聚物、聚乙烯醇和丙烯酰胺基甲基丙磺酸共聚物中的一种以上；减阻剂为甲醛丙酮缩聚物或胺基高分子衍生物；缓凝剂为葡萄糖酸钙液体或葡萄糖庚酸盐液体或羧基膦酸盐复合物或有机酸。
本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种弹性水泥浆的制备方法，按下述步骤进行：在油井水泥浆中加入所需量的弹性材料混合均匀后得到弹性水泥浆。
下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：
上述弹性材料为脂肪类聚合物、纤维类、树脂、聚丙烯蜡、橡胶、胶乳和合成大分中的一种以上。
上述弹性水泥浆的杨氏模量小于等于6000MPa，抗拉强度为2.2MPa至5MPa。
上述油井水泥浆按下述方法得到：按800g水泥、3g微硅粉、144g胶乳、24g降失水剂、8g减阻剂、3.2g缓凝剂和184g水混合均匀后得到油井水泥浆；其中：胶乳为适用于油井水泥浆中的非离子型或阳离子型胶乳或丁苯胶乳；降失水剂为四元高分子共聚物、聚乙烯醇和丙烯酰胺基甲基丙磺酸共聚物中的一种以上；减阻剂为甲醛丙酮缩聚物或胺基高分子衍生物；缓凝剂为葡萄糖酸钙液体或葡萄糖庚酸盐液体或羧基膦酸盐复合物或有机酸。
上述油井水泥浆按下述方法得到：按500g水泥、50g微珠、50g微硅粉、20g早强剂、20g膨胀剂、10g交联剂、40g降失水剂、3.5g减阻剂、2.25g缓凝剂和375g水混合均匀后得到油井水泥浆。其中：早强剂为硫酸钙、有机酸盐和硅铝酸盐中的一种以上；膨胀剂为钙铝氧化物、钙镁氧化物及钝化铝复合物、无机盐、碱金属氧化物和橡胶粉中的一种以上；交联剂为无机盐和低分子聚合物中的一种以上；降失水剂为四元高分子共聚物、聚乙烯醇和丙烯酰胺基甲基丙磺酸共聚物中的一种以上；减阻剂为甲醛丙酮缩聚物或胺基高分子衍生物；缓凝剂为葡萄糖酸钙液体或葡萄糖庚酸盐液体或羧基膦酸盐复合物或有机酸。
上述油井水泥浆按下述方法得到：按800g水泥、920gFe
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、24g微硅粉、32g降失水剂、6.4g减阻剂、4.8g缓凝剂和368g水混合均匀后得到油井水泥浆；其中：降失水剂为四元高分子共聚物、聚乙烯醇和丙烯酰胺基甲基丙磺酸共聚物中的一种以上；减阻剂为甲醛丙酮缩聚物或胺基高分子衍生物；缓凝剂为葡萄糖酸钙液体或葡萄糖庚酸盐液体或羧基膦酸盐复合物或有机酸。
本发明得到的弹性水泥浆较相应油井水泥浆的杨氏模量有很大幅度降低，抗拉强度有很大幅度提高，通过本发明得到的弹性水泥浆进行固井作业，有效解决了由于水泥石固有的脆性在油气井的后续射孔和多级大型压裂等试采作业过程中导致水泥石内部出现微裂缝和/或固井二界面上出现微环空间隙；说明本发明中弹性材料能够显著提高水泥石抵抗外力变形的能力,降低了水泥石的杨氏模量，提高了其抗拉强度，减少了环空窜流，能够满足射孔及多级大型压裂开采的要求。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
实施例1，该弹性水泥浆，原料包括油井水泥浆和弹性材料；其中：弹性材料为油井水泥浆中水泥质量的3%至40%。
实施例2，该弹性水泥浆，原料包括油井水泥浆和弹性材料；其中：弹性材料为油井水泥浆中水泥质量的3%或40%。
实施例3，该弹性水泥浆按下述制备方法得到：在油井水泥浆中加入所需量的弹性材料混合均匀后得到弹性水泥浆。本发明方法简单、无需额外设备、利于现场实施,且原料来源广，成本低,通过在油井水泥浆中加入降低水泥石的杨氏模量的弹性材料，能够有效解决由于水泥石固有的脆性，在油气井的后续射孔、大型压裂等试采作业过程中，导致水泥石内部出现微裂缝和/或固井二界面上出现微环空间隙,油气水在地下层间窜流，严重影响原油采收率。
实施例4，作为上述实施例的优化，弹性材料为脂肪类聚合物、纤维类、树脂、聚丙烯蜡、橡胶、胶乳和合成大分中的一种以上。本发明利用其大分子对水泥微粒之间连接作用和颗粒填充作用而增加水泥石弹性；纤维类可为长短纤维，如木质纤维、尼龙纤维、合成纤维、玻璃纤维等，利用纤维对负荷的传递，使水泥石应力集中的点分散、应力集中的程度减小，即增加水泥石的抗冲击能力来降低水泥石杨氏模量。
实施例5，作为上述实施例的优化，弹性水泥浆的杨氏模量小于等于6000MPa，抗拉强度为2.2MPa至5MPa。
实施例6，作为上述实施例的优化，油井水泥浆按下述方法得到：按800g水泥、3g微硅粉、144g胶乳、24g降失水剂、8g减阻剂、3.2g缓凝剂和184g水混合均匀后得到油井水泥浆；其中：胶乳为适用于油井水泥浆中的非离子型或阳离子型胶乳或丁苯胶乳；降失水剂为四元高分子共聚物、聚乙烯醇和丙烯酰胺基甲基丙磺酸共聚物中的一种以上；减阻剂为甲醛丙酮缩聚物或胺基高分子衍生物；缓凝剂为葡萄糖酸钙液体或葡萄糖庚酸盐液体或羧基膦酸盐复合物或有机酸。按实施例6得到的油井水泥浆中加入24g弹性材料得到本发明弹性水泥浆的密度为1.90g/cm
3
；按实施例6得到的本发明弹性水泥浆中液灰比为44%，液灰比为添加剂与拌合水量占水泥质量的百分比；其中：外加剂为微硅粉、胶乳、降失水剂、减阻剂和缓凝剂。
实施例7，作为上述实施例的优化，油井水泥浆按下述方法得到：按500g水泥、50g微珠、50g微硅粉、20g早强剂、20g膨胀剂、10g交联剂、40g降失水剂、3.5g减阻剂、2.25g缓凝剂和375g水混合均匀后得到油井水泥浆；其中：早强剂为硫酸钙、有机酸盐和硅铝酸盐中的一种以上；膨胀剂为钙铝氧化物、钙镁氧化物及钝化铝复合物、无机盐、碱金属氧化物和橡胶粉中的一种以上；交联剂为无机盐和低分子聚合物中的一种以上；降失水剂为四元高分子共聚物、聚乙烯醇和丙烯酰胺基甲基丙磺酸共聚物中的一种以上；减阻剂为甲醛丙酮缩聚物或胺基高分子衍生物；缓凝剂为葡萄糖酸钙液体或葡萄糖庚酸盐液体或羧基膦酸盐复合物或有机酸。按实施例7得到的油井水泥浆中加入200g弹性材料得到本发明弹性水泥浆的密度为1.50g/cm
3
；按实施例7得到的本发明弹性水泥浆中液灰比为85%，液灰比为添加剂与拌合水量占水泥质量的百分比；其中：外加剂为微硅粉、早强剂、膨胀剂、交联剂、降失水剂、减阻剂和缓凝剂。
实施例8，作为上述实施例的优化，油井水泥浆按下述方法得到：按800g水泥、920gFe
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、24g微硅粉、32g降失水剂、6.4g减阻剂、4.8g缓凝剂和368g水混合均匀后得到油井水泥浆；其中：降失水剂为四元高分子共聚物、聚乙烯醇和丙烯酰胺基甲基丙磺酸共聚物中的一种以上；减阻剂为甲醛丙酮缩聚物或胺基高分子衍生物；缓凝剂为葡萄糖酸钙液体或葡萄糖庚酸盐液体或羧基膦酸盐复合物或有机酸。按实施例8得到的油井水泥浆中加入120g弹性材料得到本发明弹性水泥浆的密度为2.30g/cm
3
；按实施例8得到的本发明弹性水泥浆中液灰比为50%，液灰比为添加剂与拌合水量占水泥质量的百分比；其中：外加剂为微硅粉、降失水剂、减阻剂和缓凝剂。
通过在上述实施例的油井水泥浆中分别加入弹性材料得到本发明弹性水泥浆，将本发明弹性水泥浆制成φ25.4mm×55.0mm高的圆柱形水泥石块,然后通过三轴应力实验仪器对岩样进行岩石压缩形变的方法，绘制轴向应变和径向应变曲线，测出水泥石弹性参数（杨氏模量和泊松比）。
实施例6得到的油井水泥浆和实施例6得到的油井水泥浆中加入弹性材料得到本发明弹性水泥浆的性能参数见表1所示；实施例7得到的油井水泥浆和实施例7得到的油井水泥浆中加入弹性材料得到本发明弹性水泥浆的性能参数见表2所示；实施例8得到的油井水泥浆和实施例8得到的油井水泥浆中加入弹性材料得到本发明弹性水泥浆的性能参数见表3所示；从表1、表2和表3可以看出，本发明得到的弹性水泥浆较相应油井水泥浆的杨氏模量有很大幅度降低，抗拉强度有很大幅度提高。
综上所述，本发明得到的弹性水泥浆较相应油井水泥浆的杨氏模量有很大幅度降低，抗拉强度有很大幅度提高，通过本发明得到的弹性水泥浆进行固井作业，有效解决了由于水泥石固有的脆性在油气井的后续射孔和多级大型压裂等试采作业过程中导致水泥石内部出现微裂缝和/或固井二界面上出现微环空间隙；说明本发明中弹性材料能够显著提高水泥石抵抗外力变形的能力,降低了水泥石的杨氏模量，提高了其抗拉强度，减少了环空窜流，能够满足射孔及多级大型压裂开采的要求。
以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
Claims (8)
1.一种弹性水泥浆，其特征在于原料包括油井水泥浆和弹性材料；其中：弹性材料为油井水泥浆中水泥质量的3%至40%。
2.根据权利要求1所述的弹性水泥浆，其特征在于弹性水泥浆按下述方法得到：在油井水泥浆中加入所需量的弹性材料混合均匀后得到弹性水泥浆。
3.根据权利要求1或2所述的弹性水泥浆，其特征在于弹性材料为脂肪类聚合物、纤维类、树脂、聚丙烯蜡、橡胶、胶乳和合成大分中的一种以上。
4.根据权利要求1或2或3所述的弹性水泥浆，其特征在于弹性水泥浆的杨氏模量小于等于6000MPa，抗拉强度为2.2MPa至5MPa。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的弹性水泥浆，其特征在于油井水泥浆按下述方法得到：按800g水泥、3g微硅粉、144g胶乳、24g降失水剂、8g减阻剂、3.2g缓凝剂和184g水混合均匀后得到油井水泥浆；其中：胶乳为适用于油井水泥浆中的非离子型或阳离子型胶乳或丁苯胶乳；降失水剂为四元高分子共聚物、聚乙烯醇和丙烯酰胺基甲基丙磺酸共聚物中的一种以上；减阻剂为甲醛丙酮缩聚物或胺基高分子衍生物；缓凝剂为葡萄糖酸钙液体或葡萄糖庚酸盐液体或羧基膦酸盐复合物或有机酸。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的弹性水泥浆，其特征在于油井水泥浆按下述方法得到：按500g水泥、50g微珠、50g微硅粉、20g早强剂、20g膨胀剂、10g交联剂、40g降失水剂、3.5g减阻剂、2.25g缓凝剂和375g水混合均匀后得到油井水泥浆；其中：早强剂为硫酸钙、有机酸盐和硅铝酸盐中的一种以上；膨胀剂为钙铝氧化物、钙镁氧化物及钝化铝复合物、无机盐、碱金属氧化物和橡胶粉中的一种以上；交联剂为无机盐和低分子聚合物中的一种以上；降失水剂为四元高分子共聚物、聚乙烯醇和丙烯酰胺基甲基丙磺酸共聚物中的一种以上；减阻剂为甲醛丙酮缩聚物或胺基高分子衍生物；缓凝剂为葡萄糖酸钙液体或葡萄糖庚酸盐液体或羧基膦酸盐复合物或有机酸。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的弹性水泥浆，其特征在于油井水泥浆按下述方法得到：按800g水泥、920gFe2O3、24g微硅粉、32g降失水剂、6.4g减阻剂、4.8g缓凝剂和368g水混合均匀后得到油井水泥浆；其中：降失水剂为四元高分子共聚物、聚乙烯醇和丙烯酰胺基甲基丙磺酸共聚物中的一种以上；减阻剂为甲醛丙酮缩聚物或胺基高分子衍生物；缓凝剂为葡萄糖酸钙液体或葡萄糖庚酸盐液体或羧基膦酸盐复合物或有机酸。
8.一种根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的弹性水泥浆的制备方法，其特征在于按下述步骤进行：在油井水泥浆中加入所需量的弹性材料混合均匀后得到弹性水泥浆。
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