CN105255463B - 弹塑性微膨胀固井水泥浆及其制备方法 - Google Patents

弹塑性微膨胀固井水泥浆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种弹塑性微膨胀固井水泥浆及其制备方法，其中弹塑性微膨胀固井水泥浆由以下各组分按重量份配比组成：油井水泥100份，高温稳定剂3‑10份，密度调节剂0‑50份，降失水剂2‑5份，分散剂0.5‑2份，缓凝剂0‑3份，水35‑110份，消泡剂0.2份，悬浮稳定剂0.5‑2份，弹塑剂2‑8份，膨胀剂2‑5份，硅粉35‑45份。本发明的固井水泥浆能提高水泥石的抗折强度和抗冲击韧性。

Description

弹塑性微膨胀固井水泥浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及固井水泥浆技术领域，尤其涉及一种弹塑性微膨胀固井水泥浆及其制备方法。
背景技术
随着石油天然气的开采，为了更大程度的开采石油天然气，需要对一些已完钻井进行压裂酸化等二次开采，要求水泥石有较高的抗压强度、高韧性、高胶结强度、高抗腐蚀性等。所以，油井水泥形成水泥石的韧性、抗阻裂性和抗腐蚀性更是固井工作者关注的焦点。而弹塑性微膨胀水泥正是利用弹性颗粒材料止裂增韧提高油井水泥石抗冲击破坏能力，利用纤维材料在水泥石内拉筋搭桥作用传递应力提高水泥石抗冲击能力。
目前，国内外广泛应用粉末橡胶粉、硬沥青等材料来提高水泥石的弹性，特别是合成橡胶、苯乙烯/丁二烯聚合物材料可明显提高水泥环的韧性。但是，苯乙烯/丁二烯聚合物在现场运用效果时好时坏，且与其他体系的配伍性较差，发生事故的例子也较多；粉末橡胶粉虽然操作方便但对水泥石的抗压强度有明显降低。另外，现有的水泥浆存在水泥浆拌浆困难，流动性差，悬浮稳定性和沉降稳定性较差，大样实验与小样实验符合率较低等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种弹塑性微膨胀固井水泥浆，主要目的是提高水泥石的抗折强度和抗冲击韧性。
为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供了一种弹塑性微膨胀固井水泥浆，由以下各组分按重量份配比组成：油井水泥100份，高温稳定剂3-10份，密度调节剂0-50份，降失水剂1-5份，分散剂0.5-2份，缓凝剂0-3份，水35-110份，消泡剂0.2份，悬浮稳定剂0.5-2份，弹塑剂2-8份，膨胀剂2-5份，硅粉35-45份。
作为优选，所述油井水泥是满足API规范的油井G级高抗硫水泥。
作为优选，所述高温稳定剂为纯度大于98％的二氧化硅粉末。所述二氧化硅粉末的粒径为0.1μm-0.3μm。
作为优选，所述悬浮剂为微生物多糖合成胶类悬浮剂。
作为优选，所述降失水剂为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)高分子聚合物。
作为优选，所述分散剂为醛酮缩型分散剂。
作为优选，所述缓凝剂选自高分子聚合物类缓凝剂、木质素磺酸盐类缓凝剂及有机磷酸盐类缓凝剂中的至少一种。
作为优选，所述消泡剂选自聚醚类消泡剂、有机硅类消泡剂及聚醚改性类消泡剂中的一种。
作为优选，所述弹塑剂为聚丙烯颗粒。
作为优选，所述密度调节剂为铁矿粉。
作为优选，所述膨胀剂为氧化钙和氧化镁的混合物，所述膨胀剂中氧化镁质量百分含量为55-65％，氧化钙的质量百分含量为35-45％。
作为优选，所述膨胀剂中氧化镁的质量百分含量为60％，氧化钙的质量百分含量为40％。
另一方面，本发明实施例提供了一种上述弹塑性微膨胀固井水泥浆的制备方法，包括如下步骤：
将油井水泥、密度调节剂、降失水剂、分散剂、悬浮稳定剂、弹塑剂、膨胀剂和硅粉按比例混合搅拌均匀，得到干混材料；
将缓凝剂和消泡剂溶解于水中搅拌均匀，得到湿混材料；
在低速搅拌下将干混材料匀速地加入湿混材料中，高速搅拌均匀并消泡，得到弹塑性微膨胀水泥浆。
作为优选，在4000转/min的转速下将所述干混材料加入湿混材料中，加入时长为15s。
作为优选，干混材料加入湿混材料中后以12000转/min的转速搅拌35s并消泡，得到弹塑性微膨胀水泥浆。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明实施例的弹塑性微膨胀固井水泥浆中添加了缓凝剂、降失水剂和弹塑剂等油井水泥外加剂，得到的固井水泥浆抗高温(150℃)能力强、顶部强度发展迅速(35℃，24h以内起强度)、API滤失量小(＜50ml)、高温稳定性好，且配方简单方便现场操作，节约成本。本发明实施例的固井水泥浆在储气库、页岩气深井固井作业中具有流动性好、高温滤失量低、浆体沉降稳定性好、弹性模量低等优点，同时可有效提高水泥石的抗折强度和抗冲击韧性，提高二界面胶结强度，保护油气层，延长油气井的开采寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
本发明实施例中的份数如无特殊说明均指重量份。
实施例1
将G级水泥100份、2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸聚合物1份、二氧化硅粉末(纯度≥98％，粒径为0.1μm-0.3μm)3份、微生物多糖合成胶类悬浮稳定剂0.5份、聚丙烯类弹塑剂2份、氧化镁类膨胀剂2份和硅粉35份混合搅拌均匀，得到干混材料；
将2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸聚合物缓凝剂1份和聚醚类消泡剂0.2份溶解于44％的水中搅拌均匀，得到湿混材料；
在4000转/min转速的搅拌条件下将干混材料匀速地加入湿混材料中(用时15s)，然后以12000转/min的转速搅拌35s均匀并消泡，配制出的水泥浆即是弹塑性微膨胀水泥浆。测量上述水泥浆的性能，结果见表2和表3。
实施例2
将G级水泥100份、铁矿粉50份、2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸聚合物5份、二氧化硅粉末(纯度≥98％，粒径为0.1μm-0.3μm)10份、脂肪族羟基磺酸盐缩合物2份、微生物多糖合成胶类悬浮稳定剂2份、聚丙烯类弹塑剂8份、氧化镁类膨胀剂5份和硅粉45份混合搅拌均匀，得到干混材料；
将2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸聚合物缓凝剂3份和聚醚类消泡剂0.2份溶解于110份的水中搅拌均匀，得到湿混材料；
在4000转/min的转速的搅拌下将干混材料匀速地加入湿混材料中(15s)，然后以12000转/min的转速搅拌35s均匀并消泡，配制出的水泥浆即是弹塑性微膨胀水泥浆。测量上述水泥浆的性能，结果见表2和表3。
实施例3
将100份的G级水泥、1.8份2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸聚合物、3份二氧化硅粉末(纯度≥98％，粒径为0.1μm-0.3μm)、0.8份脂肪族羟基磺酸盐缩合物、0.8份微生物多糖合成胶类悬浮稳定剂、3份聚丙烯类弹塑剂、3份氧化镁类膨胀剂和35份硅粉混合搅拌均匀，得到干混材料；
将1.2份的2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸聚合物缓凝剂和0.2份聚醚类消泡剂溶解于55份的水中搅拌均匀，得到湿混材料；
在4000转/min的转速的搅拌下将干混材料匀速地加入湿混材料中(15s)，然后以12000转/min的转速搅拌35s均匀并消泡，配制出的水泥浆即是弹塑性微膨胀水泥浆。测量上述水泥浆的性能，结果见表2和表3。
实施例4
将100份G级水泥、10份铁矿粉、2.0份2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸聚合物、5份二氧化硅粉末(纯度≥98％，粒径为0.1μm-0.3μm)、1.5份脂肪族羟基磺酸盐缩合物、1.2份微生物多糖合成胶类悬浮稳定剂、5份聚丙烯类弹塑剂、3份氧化镁类膨胀剂和40份硅粉混合搅拌均匀，得到干混材料；
将1.8份的2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸聚合物缓凝剂和0.2份聚醚类消泡剂溶解于60份的水中搅拌均匀，得到湿混材料；
在4000转/min的转速的搅拌下将干混材料匀速地加入湿混材料中(15s)，然后以12000转/min的转速搅拌35s均匀并消泡，配制出的水泥浆即是弹塑性微膨胀水泥浆。测量上述水泥浆的性能，结果见表2和表3。
实施例5
将100份G级水泥、20份铁矿粉、1.9份2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸聚合物、8份二氧化硅粉末(纯度≥98％，粒径为0.1μm-0.3μm)、1.0份脂肪族羟基磺酸盐缩合物、1.0份微生物多糖合成胶类悬浮稳定剂、4份聚丙烯类弹塑剂、2份氧化镁类膨胀剂和40份硅粉混合搅拌均匀，得到干混材料；
将1.6份的2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸聚合物缓凝剂和0.2份聚醚类消泡剂溶解于58份的水中搅拌均匀，得到湿混材料；
在4000转/min的转速的搅拌下将干混材料匀速地加入湿混材料中(15s)，然后以12000转/min的转速搅拌35s均匀并消泡，配制出的水泥浆即是弹塑性微膨胀水泥浆。测量上述水泥浆的性能，结果见表2和表3。
实施例6
将100份G级水泥、30份铁矿粉、2.0份2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸聚合物、10份二氧化硅粉末(纯度≥98％，粒径为0.1μm-0.3μm)、1.5份脂肪族羟基磺酸盐缩合物、1.2份微生物多糖合成胶类悬浮稳定剂、6份聚丙烯类弹塑剂、3份氧化镁类膨胀剂和40份硅粉混合搅拌均匀，得到干混材料；
将1.8份的2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸聚合物缓凝剂和0.2份聚醚类消泡剂溶解于60份的水中搅拌均匀，得到湿混材料；
在4000转/min的转速的搅拌下将干混材料匀速地加入湿混材料中(15s)，然后以12000转/min的转速搅拌35s均匀并消泡，配制出的水泥浆即是弹塑性微膨胀水泥浆。测量上述水泥浆的性能，结果见表2和表3。
实施例7
将100份G级水泥、40份铁矿粉、2.0份2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸聚合物、8份二氧化硅粉末(纯度≥98％，粒径为0.1μm-0.3μm)、1.5份脂肪族羟基磺酸盐缩合物、1.5份微生物多糖合成胶类悬浮稳定剂、5份聚丙烯类弹塑剂、3份氧化镁类膨胀剂和40份硅粉混合搅拌均匀，得到干混材料；
将1.8份的2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸聚合物缓凝剂和0.2份聚醚类消泡剂溶解于60份的水中搅拌均匀，得到湿混材料；
在4000转/min的转速的搅拌下将干混材料匀速地加入湿混材料中(15s)，然后以12000转/min的转速搅拌35s均匀并消泡，配制出的水泥浆即是弹塑性微膨胀水泥浆。测量上述水泥浆的性能，结果见表2和表3。
实施例8
将100份G级水泥、50份铁矿粉、2.0份2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸聚合物、8份二氧化硅粉末(纯度≥98％，粒径为0.1μm-0.3μm)、1.5份脂肪族羟基磺酸盐缩合物、1.2份微生物多糖合成胶类悬浮稳定剂、5份聚丙烯类弹塑剂、3份氧化镁类膨胀剂和40份硅粉混合搅拌均匀，得到干混材料；
将1.8份的2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸聚合物缓凝剂和0.2份聚醚类消泡剂溶解于60份的水中搅拌均匀，得到湿混材料；
在4000转/min的转速的搅拌下将干混材料匀速地加入湿混材料中(15s)，然后以12000转/min的转速搅拌35s均匀并消泡，配制出的水泥浆即是弹塑性微膨胀水泥浆。测量上述水泥浆的性能，结果见表2和表3。
对比例1
将100份G级水泥、40份重晶石粉、2.0份2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸聚合物、10份二氧化硅粉末(纯度≥98％，粒径为0.1μm-0.3μm)、1.5份脂肪族羟基磺酸盐缩合物、1.2份微生物多糖合成胶类悬浮稳定剂、6份弹塑剂、3份氧化镁类膨胀剂和40份硅粉混合搅拌均匀，得到干混材料；
将1.8份的2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸聚合物缓凝剂和0.2份聚醚类消泡剂溶解于60份的水中搅拌均匀，得到湿混材料；
在4000转/min的转速的搅拌下将干混材料匀速地加入湿混材料中(15s)，然后以12000转/min的转速搅拌35s均匀并消泡，配制出的水泥浆即是弹塑性微膨胀水泥浆。测量上述水泥浆的性能，结果见表2和表3。
对比例2
将100份G级水泥、40份铁矿粉、2.0份2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸聚合物、10份二氧化硅粉末(纯度≥98％，粒径为0.1μm-0.3μm)、1.5份脂肪族羟基磺酸盐缩合物、1.2份微生物多糖合成胶类悬浮稳定剂、6份橡胶粉类弹塑剂、3份氧化镁类膨胀剂和40份硅粉混合搅拌均匀，得到干混材料；
将1.8份的2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸聚合物缓凝剂和0.2份聚醚类消泡剂溶解于60份的水中搅拌均匀，得到湿混材料；
在4000转/min的转速的搅拌下将干混材料匀速地加入湿混材料中(15s)，然后以12000转/min的转速搅拌35s均匀并消泡，配制出的水泥浆即是弹塑性微膨胀水泥浆。测量上述水泥浆的性能，结果见表2和表3。
本发明实施例的水泥浆的性能要求见下表1。
表1
项目 水泥浆
密度，g/cm3 1.88-2.20
流动度，cm 21-23
API失水量，ml(6.9MPa*30min) ≤50
游离液，％ ≤0.8
BP沉降密度差，g/cm3 ≤0.02
初始稠度，Bc ≤25
100Bc稠化时间，min 200-300
72h弹性模量(80℃)，MPa 4000-8000
48h线性膨胀率(60℃)，％ 0.08-0.15
48小时60℃抗压强度,MPa ≥12.0
48小时36℃抗压强度,MPa ≥7.0
稠化时间：水与水泥混合后稠度达到100Bc所需的时间。
表2实施例1-8及对比例1-2的水泥浆的性能测量结果
表3实施例1-8及对比例1-2的水泥浆的抗压强度测量结果
各外加剂在弹塑性微膨胀水泥浆中的配比关系对该水泥浆综合性能的影响如下：
实施例1-4所制备的四种水泥浆的外加剂均相同，但各外加剂在水泥浆中的重量比例不同。通过测量实施例1-4水泥浆的几种性能，可以看出实施例1-4，随着各组分配比的调整，水泥浆的性能发生改变。其中，实施例3的水泥浆综合性能最优，常温下该浆体流动性好，流动度为22cm，现场易操作；高温下该浆体稳定性好，上下密度差为零且游离水为零；API失水量为30ml，稠化时间可调；同时水泥石抗压强度高且发展迅速，该水泥浆在温度为60℃条件下养护48h后测其抗压强度为15MPa，弹性模量为5679MPa，水泥石弹性形变大且抗压强度高，是4个实施例中抗压强度和弹性模量最适宜的，在温度60℃条件下养护48h后测其线性膨胀率为0.12％，也是最适宜的。通过上述测量结果和对比，可以看出采用实施例3中各外加剂在水泥浆中的重量配比，可以实现水泥浆的综合性能最优的目的。
同理，通过实施例5-8可以看出：实施例8的水泥浆综合性能最优，常温下该浆体流动性好，流动度为22cm，现场易操作；高温下该浆体稳定性好，上下密度差为零且游离水为零；API失水量为36ml，稠化时间可调；同时水泥石抗压强度高且发展迅速，该水泥浆在温度为60℃条件下养护48h后测其抗压强度为15.8MPa，弹性模量为5273MPa，水泥石弹性形变大且抗压强度高，是4个实施例中抗压强度和弹性模量最适宜的，在温度60℃条件下养护48h后测其线性膨胀率为0.12％，也是最适宜的。通过上述测量结果和对比，可以看出采用实施例8中各外加剂在水泥浆中的重量配比，可以实现水泥浆的综合性能最优的目的。
通过对比实施例8和对比例1，实施例8和对比例1中各外加剂的重量配比相同，不同之处在于，实施例8与对比例1相比，加重剂采用了重晶石粉，而铁矿粉加重剂，通过观察实施例8和对比例1的测量结果，发现对比例1所制备的水泥浆的密度偏低、弹性模量增大、抗压强度降低，稠化时间缩短，失水量增加。因为铁矿粉加重剂密度更高，颗粒更均匀，可提高水浆体的稳定性，降低水泥浆高温失水量，从而提高水泥石的抗压强度，而重晶石粉颗粒不均匀，影响水泥浆流动性，抗压强度更低。
通过对比实施例8和对比例2，实施例8和对比例1中各外加剂所选物质均相同，不同之处在于，对比例2中弹塑剂为橡胶分类，通过观察实施例8和对比例2的测量结果，发现对比例2所制备的水泥浆的流动性变差，沉降密度差升高、失水量增大、稠化时间延长，由于橡胶粉密度轻易漂浮于水泥浆表面，所以导致拌浆困难，浆体流动性差，而且抗压强度下降较明显，其综合性能远远差于实施例8所制备的水泥浆。
以上说明，水泥浆中各外加剂的重量配比对水泥浆的性能起着非常重要的作用，外加剂在水泥浆中重量配比不同，制备出的水泥浆的性能也千差万别，故要想获得理想的弹塑性微膨胀水泥浆，除了选择合适的抗高温弹塑剂和膨胀剂外，还需对水泥浆中各外加剂的重量配比进行调整优化。
本发明实施例中各组分的选用及制备过程中各参数等未尽之处均可参照现有技术或相关标准，在此不再赘述。各外加剂在弹塑性微膨胀水泥浆中的作用如下：
缓凝剂：用于延长水泥凝结时间和降低水泥浆粘度，调节水泥浆的稠化时间，直接影响着水泥浆的抗高温抗盐性能；缓凝剂一般使用高分子聚合物、木质素磺酸盐类及有机磷酸盐类物质中的一种、两种或两种以上；根据实际应用效果及外加剂发展趋势，上述实施中优选抗高温抗盐的2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸聚合物作为上述水泥浆的缓凝剂，即AMPS聚合物缓凝剂。
加重剂铁矿粉：用于提高水泥浆体系密度，从而使固井水泥浆柱的静压力上升，有助于防止由于高压气层引起的井涌，保证了固井质量；加重剂可分为重晶石粉和铁矿粉以及锰矿粉等；其中，通过实施例8和对比例1的测试结果，优选铁矿粉作为上述水泥浆的加重剂。
分散剂：用于降低了水泥浆的水灰比，改善了水泥浆的流变性，使水泥浆凝固后的孔径变小，分布均匀，从而提高了水泥石的后期强度，直接影响着水泥浆的流动度；分散剂一般选择丙酮和甲醛缩合物、萘系物质、磺酸盐类或羟基聚多糖类物质；根据实际应用效果，上述实施例优选脂肪族羟基磺酸盐缩合物类的物质作为上述水泥浆的分散剂。
降失水剂：用于控制水泥浆水相向底层漏失，增加向底层滤失的阻力，增大水泥浆滤液的粘度，降低水泥浆失水量，直接影响着水泥浆的抗高温抗盐性能；降失水剂一般选择高分子聚合物、微粒材料或纤维素类物质，对于高温深井固井则采用聚合物类物质作为降失水剂；一般通过滤失量API来衡量水泥浆的失水率；根据实际应用效果，上述实施例优选聚丙烯酸钠与2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸的共聚物作为上述水泥浆的降失水剂。
弹塑剂：随着石油天然气的开采，为了更大程度的开采石油天然气，需要对一些已完钻井进行压裂酸化等二次开采，要求水泥石有较高的抗压强度、高韧性、高胶结强度、高抗腐蚀性等，因此对水泥石的的韧性、抗阻裂性和井筒长期完整性提出了更高的要求。国内外广泛应用粉末橡胶粉、硬沥青等材料来提高水泥石的弹性，特别是合成橡胶、苯乙烯/丁二烯聚合物材料可明显提高水泥环的韧性。但是，苯乙烯/丁二烯聚合物在现场运用效果时好时坏，且与其他体系的配伍性较差，发生事故的例子也较多；粉末橡胶粉虽然操作方便但对水泥石的抗压强度有明显降低，即实施例与对比例2的实验结果，所以优选具有具有较高的耐冲击性，机械性质强韧，抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀的聚丙烯类物质作为弹塑剂。
膨胀剂：由于从水泥浆变成固态的水泥石存在体积收缩，凝固之后易在环空形成微间隙，导致井下层间流体互窜，影响固井质量。膨胀剂份发气型膨胀剂和晶格膨胀剂，通过多方面筛选，优选氧化镁类晶格膨胀剂。
消泡剂：用于消除或抑制水泥浆中的泡沫，主要为聚醚类、有机硅类或聚醚改性类物质；根据实际应用效果，上述实施例优选聚醚类作为上述水泥浆的消泡剂。
高温稳定剂：用于提高水泥浆的稳定性、强度和降失水率，可调节水泥浆的沉降密度；通常选择微硅粉作为水泥浆的高温稳定剂；根据实际应用效果，上述实施例优选纯度≥98％的二氧化硅且平均粒径在0.1-0.3μm的粉末作为上述水泥浆的高温稳定剂。
悬浮稳定剂：用于提高水泥浆的热稳定性，可调节水泥浆的沉降密度差；一般选择膨润土、纤维素及高分子聚合物中的一种、两种或两种以上；上述实施例中优选微生物多糖合成胶作为上述水泥浆的悬浮稳定剂。
通过加重剂调节水泥浆密度，若加重剂加量偏大，水泥石抗压强度降低，而加量太少，水泥浆水灰比增加，浆体稳定性难以保证；通过缓凝剂调节水泥浆稠化时间，若缓凝剂加量偏大，高温下水泥浆稳定性和水泥石顶部强度难以保证，若加量太少水泥浆稠化时间太短，则不能满足施工要求；通过降失水剂调节水泥浆API失水量，若降失水剂加量偏大，则水泥浆拌浆困难，浆体流动性差，若加量太少则难以保证失水量，影响施工安全；通过分散剂调节水泥浆的流动性，加量偏大，水泥浆拌浆容易，浆体流动性好，但水泥浆沉降稳定性难以保证，若加量太少则水泥浆拌浆困难，浆体流动性差，不能满足现场施工要求；通过高温稳定剂和悬浮稳定剂调节水泥浆高稳定性，加量偏大将导致水泥浆拌浆困难，浆体流动性差，但加量太少则水泥浆沉降稳定性难以保证；通过硅粉和弹塑剂调节水泥石抗压强度及韧性强度，若加量偏大将导致水泥浆拌浆困难，浆体流动性差，若加量太少则不能提高水泥石的抗压强度和韧性强度，水泥石性能不能满足施工要求。
本发明通过在水泥浆中添加抗高温缓凝剂、抗高温降失水剂、膨胀剂和弹塑剂等油井水泥外加剂并调整优化各外加剂在水泥浆中的配比，使整个水泥浆体系具有较佳的综合性能，尤其适用于后期需要压裂酸化和开采周期长的井固井；这种水泥浆在应用于页岩气井和储气库井时充分发挥了其较好的综合性能，具有微膨胀、弹塑性能良好，高温滤失量低、浆体沉降稳定性好以及水泥石早期抗压强度高的优点，采用本发明的水泥浆可有效提高页岩气和储气库固井质量，保护油气层，延长油气井的开采寿命，同时该水泥浆配方简单，现场应用可操作性强，可在页岩气、储气库井和复杂区块井推广应用。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.弹塑性微膨胀固井水泥浆，由以下各组分按重量份配比组成：油井水泥100份，高温稳定剂3-10份，密度调节剂0-50份，降失水剂2-5份，分散剂0.5-2份，缓凝剂0-3份，水35-110份，消泡剂0.2份，悬浮稳定剂0.5-2份，弹塑剂2-8份，膨胀剂2-5份，硅粉35-45份；
所述弹塑剂为聚丙烯颗粒。
2.根据权利要求1所述的弹塑性微膨胀固井水泥浆，其特征在于，所述油井水泥是满足API规范的油井G级高抗硫水泥。
3.根据权利要求1所述的弹塑性微膨胀固井水泥浆，其特征在于，所述高温稳定剂为二氧化硅粉末，所述二氧化硅粉末中二氧化硅的质量百分含量大于98％，所述二氧化硅粉末的粒径为0.1μm-0.3μm。
4.根据权利要求1所述的弹塑性微膨胀固井水泥浆，其特征在于，所述悬浮剂为微生物多糖合成胶类悬浮剂。
5.根据权利要求1所述的弹塑性微膨胀固井水泥浆，其特征在于，所述降失水剂为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸高分子聚合物。
6.根据权利要求1所述的弹塑性微膨胀固井水泥浆，其特征在于，所述分散剂为醛酮缩型分散剂。
7.根据权利要求1所述的弹塑性微膨胀固井水泥浆，其特征在于，所述缓凝剂选自高分子聚合物类缓凝剂、木质素磺酸盐类缓凝剂及有机磷酸盐类缓凝剂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的弹塑性微膨胀固井水泥浆，其特征在于，所述消泡剂选自聚醚类消泡剂、有机硅类消泡剂及聚醚改性类消泡剂中的一种。
9.根据权利要求1所述的弹塑性微膨胀固井水泥浆，其特征在于，所述密度调节剂为铁矿粉。
10.根据权利要求1所述的弹塑性微膨胀固井水泥浆，其特征在于，所述膨胀剂为氧化钙和氧化镁的混合物，所述膨胀剂中氧化镁质量百分含量为55-65％，氧化钙的质量百分含量为35-45％。
11.权利要求1所述的弹塑性微膨胀固井水泥浆的制备方法，包括如下步骤：
将油井水泥、密度调节剂、降失水剂、分散剂、悬浮稳定剂、弹塑剂、膨胀剂和硅粉按比例混合搅拌均匀，得到干混材料；
将缓凝剂和消泡剂溶解于水中搅拌均匀，得到湿混材料；
在低速搅拌下将干混材料匀速地加入湿混材料中，高速搅拌均匀并消泡，得到弹塑性微膨胀水泥浆。
12.根据权利要求11所述的弹塑性微膨胀固井水泥浆的制备方法，其特征在于，在4000转/min的转速下将所述干混材料加入湿混材料中，加入时长为15s。
13.根据权利要求11所述的弹塑性微膨胀固井水泥浆的制备方法，其特征在于，干混材料加入湿混材料中后以12000转/min的转速搅拌35s并消泡，得到弹塑性微膨胀水泥浆。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106520083A (zh) * 2016-09-30 2017-03-22 中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆固井公司 一种中高温型油井水泥降失水剂及其制备方法
CN107555861B (zh) * 2017-08-23 2019-12-31 西南石油大学 一种固井吸油型水泥浆及其制备方法
CN107418536A (zh) * 2017-09-13 2017-12-01 中国石油化工股份有限公司 一种抗高温、防气窜、高密度固井水泥浆及其制备方法
CN107935440A (zh) * 2017-12-13 2018-04-20 安东石油技术（集团）有限公司 一种新型油井水泥弹塑剂及其制备方法
CN109210367B (zh) * 2018-08-07 2021-09-21 华南理工大学 一种用于气体储存的耐压密封材料及方法
CN109233766B (zh) * 2018-10-15 2020-12-08 中国石油大学(华东) 一种抗高温耐腐蚀低密度固井液及其添加剂组合物和应用
CN109652037B (zh) * 2019-01-15 2021-11-16 中国海洋石油集团有限公司 一种高温稳定水泥浆及其制备方法
CN111978028B (zh) * 2019-05-21 2022-08-19 中国石油化工股份有限公司 一种固井水泥浆体系及其应用
CN113955979B (zh) * 2020-07-21 2022-12-16 中国石油化工股份有限公司 井下水环境不分散耐高温水泥基固结材料及制备方法
CN114075925A (zh) * 2021-03-01 2022-02-22 李泓胜 一种地质石油配方及其制作方法
CN116023051A (zh) * 2021-10-25 2023-04-28 中石化石油工程技术服务有限公司 一种水泥添加剂、水泥组合物和水泥浆
CN116023052A (zh) * 2021-10-25 2023-04-28 中石化石油工程技术服务有限公司 一种水泥添加剂、水泥组合物和水泥浆
CN114395383B (zh) * 2021-12-29 2023-09-19 安东石油技术（集团）有限公司 储气库老井封堵水泥浆及其制备方法
CN116409965A (zh) * 2021-12-31 2023-07-11 中国石油天然气集团有限公司 水泥浆和相关产品及其在油气井固井中的应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101870862A (zh) * 2010-07-07 2010-10-27 中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆固井公司 用于封固漏失产层的低密高强防漏水泥浆方法
CN102492404A (zh) * 2011-12-13 2012-06-13 四川嘉华企业（集团）股份有限公司 一种防窜用水泥浆
CN102585788A (zh) * 2012-01-20 2012-07-18 长江大学 一种过饱和氯化钠固井水泥浆体系
CN103361041A (zh) * 2013-08-09 2013-10-23 卫辉市化工有限公司 一种高密度防气窜固井水泥浆的制备方法
CN103666420A (zh) * 2013-11-29 2014-03-26 中石化江汉石油工程有限公司钻井一公司 用于页岩气开发油基钻井液固井工艺的水泥浆
CN104099071A (zh) * 2013-04-03 2014-10-15 中国石油天然气股份有限公司 一种水平井固井膨胀水泥浆及其制备方法
CN104371678A (zh) * 2014-11-06 2015-02-25 中国石油天然气集团公司 一种膨胀韧性固井水泥浆及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101870862A (zh) * 2010-07-07 2010-10-27 中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆固井公司 用于封固漏失产层的低密高强防漏水泥浆方法
CN102492404A (zh) * 2011-12-13 2012-06-13 四川嘉华企业（集团）股份有限公司 一种防窜用水泥浆
CN102585788A (zh) * 2012-01-20 2012-07-18 长江大学 一种过饱和氯化钠固井水泥浆体系
CN104099071A (zh) * 2013-04-03 2014-10-15 中国石油天然气股份有限公司 一种水平井固井膨胀水泥浆及其制备方法
CN103361041A (zh) * 2013-08-09 2013-10-23 卫辉市化工有限公司 一种高密度防气窜固井水泥浆的制备方法
CN103666420A (zh) * 2013-11-29 2014-03-26 中石化江汉石油工程有限公司钻井一公司 用于页岩气开发油基钻井液固井工艺的水泥浆
CN104371678A (zh) * 2014-11-06 2015-02-25 中国石油天然气集团公司 一种膨胀韧性固井水泥浆及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
页岩气水平井固井水泥浆体系研究;黄海鸿;《西南石油大学硕士学位论文》;20150331;1.2节、3.1节 *

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