CN106701048A - 一种固井用防水窜材料及其制备方法 - Google Patents

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刘勇
张维滨
霍明江
汤少兵
宋伟宾
沙林浩
李立荣
侯薇
谭文礼
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Abstract

本发明公开一种固井用防水窜材料及其制备方法，其特征在于，所述防水窜材料的重量份组成包括：淡水100份、无机材料10～35份、表面活性剂10～25份、疏水性材料10～35。通过所述固井用防水窜材料提高水泥浆的抗水侵和防水窜能力，避免水窜的发生，从而提高易水窜井的固井质量，解决了现有技术中由于缺乏专门的防水窜材料，导致水窜入水泥浆后直接影响水泥浆的凝固过程，破坏水泥环的结构和胶结质量，给油气井开采带来不利影响的技术问题。

Description

一种固井用防水窜材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及石油开发固井领域技术领域，尤其涉及一种固井用防水窜材料及其制备方法。
背景技术
我国大部分陆上油田均已进入高含水开发后期，即使新开发的油藏也大多采用早期注水开发方式保持地层产能，这就使固井作业面临水窜的问题。目前油气井尤其是调整井固井的水窜问题是各油田尚未很好解决的技术难题，严重地制约了油田开发战略的实施和油气采收率的提高。地层水窜入水泥浆后会直接影响水泥浆的凝固过程,破坏水泥环的结构和胶结质量，给油气井开采带来不利影响。
国内各油田针对各自的地层特点对水窜的问题进行了大量的研究，也取得了一些研究成果，但由于受防水窜机理研究和水泥外加剂自身特性等的限制，防水窜总体技术水平仍不尽人意。防窜材料的研究多集中在防气窜材料的研究，缺乏专门的防水窜材料，导致水窜入水泥浆后会直接影响水泥浆的凝固过程。
发明内容
本申请提供一种固井用防水窜材料及其制备方法，解决了现有技术中由于缺乏专门的防水窜材料，导致水窜入水泥浆后直接影响水泥浆的凝固过程，破坏水泥环的结构和胶结质量，给油气井开采带来不利影响的技术问题。
本申请提供一种固井用防水窜材料，所述防水窜材料的重量份组成包括：淡水100份、无机材料10～35份、表面活性剂10～25份、疏水性材料10～35。
优选地，所述无机材料为水镁石、海泡石、高岭土、海泡石、锂皂石、蛭石无机粉体材料中的一种或者多种。
优选地，所述表面活性剂为苯乙烯磺酸-马来酸酐共聚物、苯乙烯磺酸-甲基丙烯酸酯共聚物合成的高分子类表面活性剂。
优选地，所述疏水性材料为疏水改性纳米二氧化硅、聚苯乙烯类可分散胶粉中的一种或者多种。
本申请还提供一种固井用防水窜材料的制备方法，用于制备所述的固井用防水窜材料，所述制备方法包括：
在反应容器中加入100份淡水；
向所述反应容器中加入10～35份的无机材料、10～25份的所述表面活性剂，在2000r/min转速下搅拌15-25min，保持温度在25℃～30℃；
再加入10～35份所述疏水性材料，在500r/min转速下搅拌25-35min，获得所述固井用防水窜材料。
优选地，所述在2000r/min转速下反应15～25min，具体为：在2000r/min转速下反应20min。
优选地，所述在500r/min转速下搅拌25-35min，具体为：在500r/min转速下反应20min。
本申请有益效果如下：
(1)将无机材料与有机高分子表面活性有机结合在一起，从而使体系形成立体的空间网络结构，再复配具有疏水性的材料，在增加水泥浆内聚力同时提高水侵入的阻力，从而避免水泥浆凝固前水对水泥浆的“溶解迁移”和侵蚀。
(2)不同材料的有机结合，明显缩短了静胶凝过渡时间，从而可避免水泥浆凝固过程中因失重造成的压力失稳，减少水窜的发生。
(3)无机材料与疏水性材料有机结合在一起，可保证水泥浆同时具有塑性体和硬化体膨胀，增加水渗阻力，从而有效防止水泥石凝固后发生的水窜。
(4)新型固井防水窜材料对失水、强度等性能无不良影响，综合性能良好。
通过所述固井用防水窜材料提高水泥浆的抗水侵和防水窜能力，避免水窜的发生，从而提高易水窜井的固井质量，解决了现有技术中由于缺乏专门的防水窜材料，导致水窜入水泥浆后直接影响水泥浆的凝固过程，破坏水泥环的结构和胶结质量，给油气井开采带来不利影响的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。
图1为本申请一较佳实施方式一种固井用防水窜材料的其制备方法的流程图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
为了解决现有技术中由于缺乏专门的防水窜材料，导致水窜入水泥浆后直接影响水泥浆的凝固过程，破坏水泥环的结构和胶结质量，给油气井开采带来不利影响的技术问题，本申请提供一种固井用防水窜材料及其制备方法。
所述固井用防水窜材料的重量份组成包括：淡水100份、无机材料10～35份、表面活性剂10～25份、疏水性材料10～35。
具体地，所述无机材料为水镁石、海泡石、高岭土、海泡石、锂皂石、蛭石无机粉体材料中的一种或者多种，所述表面活性剂为苯乙烯磺酸-马来酸酐共聚物、苯乙烯磺酸-甲基丙烯酸酯共聚物合成的高分子类表面活性剂，所述疏水性材料为疏水改性纳米二氧化硅、聚苯乙烯类可分散胶粉中的一种或者多种。
如图1所示，为所述固井用防水窜材料的制备方法流程图，所述制备方法包括：
步骤110；在反应容器中加入100份淡水。
步骤120；向所述反应容器中加入10～35份的无机材料、10～25份的所述表面活性剂，在2000r/min转速下搅拌15-25min，保持温度在25℃～30℃。
具体地，所述在2000r/min转速下反应15～25min，具体为：在2000r/min转速下反应20min。
步骤130；再加入10～35份所述疏水性材料，在500r/min转速下搅拌25-35min，获得所述固井用防水窜材料。
具体地，所述在500r/min转速下搅拌25-35min，具体为：在500r/min转速下反应20min。
本申请有益效果如下：
(1)将无机材料与有机高分子表面活性有机结合在一起，从而使体系形成立体的空间网络结构，再复配具有疏水性的材料，在增加水泥浆内聚力同时提高水侵入的阻力，从而避免水泥浆凝固前水对水泥浆的“溶解迁移”和侵蚀。
(2)不同材料的有机结合，明显缩短了静胶凝过渡时间，从而可避免水泥浆凝固过程中因失重造成的压力失稳，减少水窜的发生。
(3)无机材料与疏水性材料有机结合在一起，可保证水泥浆同时具有塑性体和硬化体膨胀，增加水渗阻力，从而有效防止水泥石凝固后发生的水窜。
通过所述固井用防水窜材料提高水泥浆的抗水侵和防水窜能力，避免水窜的发生，从而提高易水窜井的固井质量，解决了现有技术中由于缺乏专门的防水窜材料，导致水窜入水泥浆后直接影响水泥浆的凝固过程，破坏水泥环的结构和胶结质量，给油气井开采带来不利影响的技术问题。
以下通过实例进行举例说明：
实施例1：
称取淡水100份，放入带有搅拌器的容器内，再分别称取15份无机触变材料和20份表面活性剂，盖上容器盖子，开启搅拌器，保持温度在25℃～30℃，在2000r/min转速下反应20min；然后再加入25份具有疏水性的材料15份膨胀剂和15份无机盐，在500r/min转速下搅拌30min混合均匀，即可得到粘稠状液体防水窜材料，标记为1#样品。
实施例2：
称取淡水100份，放入带有搅拌器的容器内，再分别称取20份无机触变材料和15份表面活性剂，盖上容器盖子，开启搅拌器，保持温度在25℃～30℃，在2000r/min转速下反应20min；然后再加入20份具有疏水性的材料10份膨胀剂和15份无机盐，在500r/min转速下搅拌30min混合均匀，即可得到粘稠状液体防水窜材料，标记为2#样品。
实施例3：
称取淡水100份，放入带有搅拌器的容器内，再分别称取30份无机触变材料和15份表面活性剂，盖上容器盖子，开启搅拌器，保持温度在25℃～30℃，在2000r/min转速下反应20min；然后再加入具有疏水性的材料15份5份膨胀剂和10份无机盐，在500r/min转速下搅拌30min混合均匀，即可得到粘稠状液体防水窜材料，标记为3#样品。
按照GB/T 19139-2012《油井水泥试验方法》中12.5规定的胶凝强度测试方法对加入防水窜材料的水泥浆凝固前形成内部结构的强弱进行评价；采用美国千德乐5265型静胶凝强度分析仪对防水窜材料对水泥浆静胶凝过渡时间的影响进行评价；按照JC/T 313-2009《膨胀水泥膨胀率试验方法》对加入防水窜材料的水泥石膨胀率进行了测试；按照GB/T19139-2012《油井水泥试验方法》中规定的试验方法对水泥浆其他性能的进行了评价。表1为防水窜材料1#、2#、3#样品对水泥浆胶凝强度影响的评价，表2为防水窜材料1#、2#、3#样品对水泥浆胶凝过渡时间影响的评价，表3为加入防水窜材料1#、2#、3#样品水泥石膨胀率的测试结果，表4为加入防水窜材料1#、2#、3#样品的水泥浆综合性能评价结果。评价所用水泥浆基础配方(质量比)为：胜潍G级水泥+3.0％BXF-200L(AF)+防水窜材料样品(加量见表中所示)+41.0％水(加量见表中所示)(水泥浆密度1.90g/cm3)。
(1)测试不同温度下不加防水窜材料和加入防水窜材料1#、2#、3#样品的水泥浆的胶凝强度，测试结果见表1。
表1不同温度下水泥浆胶凝强度测试结果
由上述实验结果可知，加入少量1#、2#、3#防水窜材料样品后，水泥浆在不同温度下的10s、10min形成的胶凝强度都明显增加，且随着温度升高其胶凝结构破坏较小，在较宽温度范围内具有较强的内部结构，从而大大增加了水泥浆防止水侵的能力。
(2)测试1#、2#、3#防水窜材料样品对水泥浆静胶凝过渡时间的影响，测试温度分别为40℃、50℃，测试结果如表2。
表2不同温度下水泥浆静胶凝过渡时间测试结果
由上述实验结果可知，加入少量1#、2#、3#防水窜材料样品后，水泥浆的静胶凝过渡时间明显缩短，这就减少了水泥浆在侯凝过程中因失重造成压力失稳而引起水窜的几率。
(3)测试1#、2#、3#防水窜材料样品不同加量下对水泥石的膨胀率的影响，测试温度分别为50℃、75℃，测试结果如表3。
表3水泥石膨胀率测试结果
由上述实验结果可知，加有1#、2#、3#防水窜材料样品的水泥石会出现轻微的膨胀，且随着加量的增加膨胀量有所增加，这就可避免因水泥石收缩形成微间隙而造成的水窜。
(4)测试加有1#、2#、3#防水窜材料样品的水泥浆其他性能，测试温度为50℃，测试结果如表4。实验所用水泥浆基础配方为：胜潍G级水泥+3.0％降失水剂BXF-200L(AF)+防水窜材料样品(加量见表中所示)+缓凝剂BXR-200L(加量见表中所示)+41.0％水
表4水泥浆综合性能表
由上述实验可知，防水窜材料样品具有一定的促凝作用，可通过改变其加量或加入缓凝剂对稠化时间进行调节；加入1#、2#、3#防水窜材料样品对失水、抗压强度等性能无不良影响，综合性能良好，可满足施工要求。
实验证明，本发明的防水窜材料可明显增强水泥浆的内部结构，缩短静胶凝过渡时间，避免水泥石收缩，综合性能良好，从而为固井防水窜提供保障。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种固井用防水窜材料，其特征在于，所述防水窜材料的重量份组成包括：淡水100份、无机材料10～35份、表面活性剂10～25份、疏水性材料10～35。
2.如权利要求1所述的固井用防水窜材料，其特征在于，所述无机材料为水镁石、海泡石、高岭土、海泡石、锂皂石、蛭石无机粉体材料中的一种或者多种。
3.如权利要求1所述的固井用防水窜材料，其特征在于，所述表面活性剂为苯乙烯磺酸-马来酸酐共聚物、苯乙烯磺酸-甲基丙烯酸酯共聚物合成的高分子类表面活性剂。
4.如权利要求1所述的固井用防水窜材料，其特征在于，所述疏水性材料为疏水改性纳米二氧化硅、聚苯乙烯类可分散胶粉中的一种或者多种。
5.一种固井用防水窜材料的制备方法，用于制备如权利要求1-4中任一权利要求所述的固井用防水窜材料，其特征在于，所述制备方法包括：
在反应容器中加入100份淡水；
向所述反应容器中加入10～35份的无机材料、10～25份的所述表面活性剂，在2000r/min转速下搅拌15-25min，保持温度在25℃～30℃；
再加入10～35份所述疏水性材料，在500r/min转速下搅拌25-35min，获得所述固井用防水窜材料。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述在2000r/min转速下反应15～25min，具体为：
在2000r/min转速下反应20min。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述在500r/min转速下搅拌25-35min，具体为：
在500r/min转速下反应20min。
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