CN106747018B - 一种固井胶乳水泥浆体系及其制备方法 - Google Patents

一种固井胶乳水泥浆体系及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种固井胶乳水泥浆体系及其制备方法，该胶乳水泥浆按重量份数计，包括以下组分：膨胀剂1.5～2.5份、塑性剂0.5～1.5份、降滤失剂1～3份、胶乳5～20份、消泡剂0.1～1.5份、缓凝剂1.0～2.5份、分散剂0.2～1.5份、水30～40份、水泥100份。本发明能解决普通固井水泥浆脆性大、柔韧性差以及抗渗能力差的技术问题。

Description

一种固井胶乳水泥浆体系及其制备方法
技术领域
本发明涉及油田固井技术领域，更具体地，涉及一种固井胶乳水泥浆体系及其制备方法。
背景技术
普通水泥石为高度非均质性的多相体系，其内部结构中含有大量孔隙和微裂缝，特别是水泥在凝结时往往伴随着体积收缩更使空隙增大，导致在水泥石内部结构及其与井筒、地层间出现渗流通道，渗透率也随之增高，主要表现为脆性和多孔道。在水泥浆体系中加入胶乳后，随着水泥水化的进行，胶乳颗粒凭借其分子结构中的吸附基团，部分附着在水泥颗粒的表面。在压差及水泥水化作用下，乳液中的水量逐渐减少，胶乳颗粒相互靠近，并通过氢键、范德华力与毛细管力的作用，相互挤压联结，直至形成连续的聚合物薄膜，并与水泥水化产物相互缠绕，构成胶乳聚合物与水泥水化产物相互穿插交联的复合网状结构，改善了水泥石的微观缺陷，既分散了水泥石的应力集中，又可增加后者的弹性形变能力，且堵塞水泥石中的渗流通道，进而大幅提高水泥石的抗渗与防气窜性能。同时由于胶乳水泥浆中具有较多的稳定剂(表面活性剂)，可降低水泥颗粒的表面张力，提高界面间的亲和力，使界面胶结强度增加，胶乳的胶粒填充在水泥水化产物之间，可以降低水泥水化时的体积收缩，提高界面胶结质量。胶乳水泥浆还可较好地黏结油润和水润界面，改善水泥石与套管及井壁间的固结质量，且可有效抑制水泥浆在泵送过程中的失水，进而减少水泥石的表观与内部体积由于失水而引发的收缩，并降低储层因水泥浆失水而受到的损害。
胶乳水泥所具备的弹性变形能力、优异的防水性能以及其与各种基质间的良好胶结能力，已被广泛应用于各种防水工程、界面处理剂、修补工程、粘结材料与防腐涂层等，而通过有针对性的优化胶乳水泥性能，其亦可用于深井、超深井以及高压油气井固井。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种固井胶乳水泥浆体系及其制备方法，以解决普通固井水泥浆脆性大、柔韧性差以及抗渗能力差的技术问题。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种固井胶乳水泥浆体系，按重量份数计，包括以下组份：膨胀剂1.5～2.5份、塑性剂0.5～1.5份、降滤失剂1～3份、胶乳5～20份、消泡剂0.1～1.5份、缓凝剂1.0～2.5份、分散剂0.2～1.5份、水30～40份、水泥100份。
本发明还提供了一种上述固井胶乳水泥浆体系的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：将水、降失水剂、胶乳、缓凝剂、消泡剂、分散剂于2000～2500r/min搅拌速率下湿混搅拌均匀；
步骤(2)：将膨胀剂、塑性剂与水泥干混混合均匀；
步骤(3)：于4000～4500r/min的搅拌速率下将干混料加入湿混料中，再于10000～12000r/min速率下搅拌混合均匀。
本发明的有益效果在于：
本发明的胶乳水泥浆具有良好的流变性能，且静置达10小时以上不影响其使用性能，同时，胶乳水泥浆可降低水泥石弹性模量达40％以上，有效地提高了水泥石的抗冲击性和韧性，解决普通固井水泥浆脆性大、柔韧性差等问题，在封固井作业中随着应力的发展能减少产生的裂缝，胶乳水泥浆内部结构的孔隙和微裂缝比普通水泥少，抗渗能力强，避免造成油气层的窜槽。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
本发明的一种固井胶乳水泥浆体系，按重量份数计，包括以下组分：膨胀剂1.5～2.5份、塑性剂0.5～1.5份、降滤失剂1～3份、胶乳5～20份、消泡剂0.1～1.5份、缓凝剂1.0～2.5份、分散剂0.2～1.5份、水30～40份、水泥100份。
作为进一步优选的方案，按重量份数计，包括以下组分：膨胀剂2份、塑性剂1～1.3份、降滤失剂1.5份、胶乳10～15份、消泡剂0.8～1.2份、缓凝剂1.5份、分散剂0.8～1份、水34份、水泥100份。
优选的，所述消泡剂为有机硅类化合物。
优选的，所述塑性剂AK600为脂肪族二元酸酯类化合物。
优选的，所述胶乳和缓凝剂均为以AMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)为功能单体的共聚物。
优选的，分散剂为磺化三聚氰胺甲醛树脂。
优选的，水泥为嘉华G级水泥，粒径分布为2～80μm，平均粒径约为15μm。
一种如上述所述的固井胶乳水泥浆体系的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：将水、降失水剂、胶乳、缓凝剂、消泡剂、分散剂于2000～2500r/min搅拌速率下湿混搅拌均匀；
步骤(2)：将膨胀剂、塑性剂与水泥干混混合均匀；
步骤(3)：于4000～4500r/min的搅拌速率下将干混料加入湿混料中，再于10000～12000r/min速率下搅拌混合均匀。
实施例1
一种固井胶乳水泥浆体系，按重量份数计，包括以下组分：膨胀剂2份、塑性剂1份、降滤失剂1.5份、胶乳15份、消泡剂0.8份、缓凝剂1.5份、分散剂0.8份、水34份、水泥100份(嘉华G级水泥)。其中，消泡剂为有机硅类化合物，塑性剂为脂肪族二元酸酯类化合物，胶乳和缓凝剂均为以(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)为功能单体的共聚物，分散剂为磺化三聚氰胺甲醛树脂。
制备方法：(1)将水、降失水剂、胶乳、缓凝剂、消泡剂、分散剂于2000r/min搅拌速率下湿混搅拌均匀；(2)将膨胀剂、塑性剂与水泥干混混合均匀；(3)于4000r/min搅拌速率下将干混料分批加入湿混料中，再于12000r/min速率下搅拌混合均匀即可得到固井胶乳水泥浆体系。通过测试得到的弹性模量及抗压强度如表1所示。将制备得到的固井胶乳水泥浆体系静置不同的时间，测试其流变性能的变化，其结果如表2所示。
表1
Figure BDA0001213465110000051
表2
Figure BDA0001213465110000052
实施例2
一种固井胶乳水泥浆体系，按重量份数计，包括以下组分：膨胀剂1.5份、塑性剂1.3份(生产型号：AK600)、降滤失剂1.5份、胶乳20份(生产型号：AK-J2)、消泡剂1.2份(生产型号：BP-1B)、缓凝剂1.5份(生产型号：AK200R)、分散剂1份(生产型号：AK300-1)、水34份、水泥100份(嘉华G级水泥)。
制备方法：(1)将水、降失水剂、胶乳、缓凝剂、消泡剂、分散剂于2000r/min搅拌速率下湿混搅拌均匀；(2)将膨胀剂、塑性剂与水泥干混混合均匀；(3)于4500r/min搅拌速率下将干混料分批加入湿混料中，再于10000r/min速率下搅拌混合均匀即可得到固井胶乳水泥浆体系。通过测试得到的弹性模量及抗压强度如表3所示。将制备得到的固井胶乳水泥浆体系静置不同的时间，测试其流变性能的变化，其结果如表4所示。
表3
Figure BDA0001213465110000061
表4
Figure BDA0001213465110000062
Figure BDA0001213465110000071
由表2和表4可知，将固井胶乳水泥浆体系静置10h以上，其流变性能变化不大，说明其具有良好的流变性能，静置达10小时以上不影响其使用性能。
实施例3
一种固井胶乳水泥浆体系，按重量份数计，包括以下组分：膨胀剂1.5份、塑性剂1份(生产型号：AK600)、降滤失剂1.5份、胶乳10份(生产型号：AK-J2)、消泡剂0.5份(生产型号：BP-1B)、缓凝剂1.5份(生产型号：AK200R)、分散剂1份(生产型号：AK300-1)、水40份、水泥100份(嘉华G级水泥)。
制备方法：(1)将水、降失水剂、胶乳、缓凝剂、消泡剂、分散剂于2000r/min搅拌速率下湿混搅拌均匀；(2)将膨胀剂、塑性剂与水泥干混混合均匀；(3)于4500r/min搅拌速率下将干混料分批加入湿混料中，再于12000r/min速率下搅拌混合均匀即可得到固井胶乳水泥浆体系。通过测试得到的弹性模量及抗压强度如表5所示。
表5
Figure BDA0001213465110000072
实施例4
一种固井胶乳水泥浆体系，按重量份数计，包括以下组分：膨胀剂2.5份、塑性剂0.5份(生产型号：AK600)、降滤失剂3份、胶乳5份(生产型号：AK-J2)、消泡剂0.1份(生产型号：BP-1B)、缓凝剂2.5份(生产型号：AK200R)、分散剂0.2份(生产型号：AK300-1)、水30份、水泥100份(嘉华G级水泥)。
制备方法：(1)将水、降失水剂、胶乳、缓凝剂、消泡剂、分散剂于2500r/min搅拌速率下湿混搅拌均匀；(2)将膨胀剂、塑性剂与水泥干混混合均匀；(3)于4000r/min搅拌速率下将干混料分批加入湿混料中，再于12000r/min速率下搅拌混合均匀即可得到固井胶乳水泥浆体系。通过测试得到的弹性模量及抗压强度如表6所示。
表6
Figure BDA0001213465110000081
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作出任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案范围内。

Claims (2)

1.一种固井胶乳水泥浆体系，其特征在于：按重量份数计，包括以下组分：膨胀剂1.5份、塑性剂1.3份、降滤失剂1.5份、胶乳20份、消泡剂1.2份、缓凝剂1.5份、分散剂1份、水34份、水泥100份；所述消泡剂为有机硅类化合物，所述塑性剂为脂肪族二元酸酯类化合物，所述胶乳和缓凝剂均为以AMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)为功能单体的共聚物，分散剂为磺化三聚氰胺甲醛树脂，所述水泥为嘉华G级水泥，粒径分布为2～80μm。
2.一种如权利要求1所述的固井胶乳水泥浆体系的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(1)：将水、降失水剂、胶乳、缓凝剂、消泡剂、分散剂于2000～2500r/min搅拌速率下湿混搅拌均匀；
步骤(2)：将膨胀剂、塑性剂与水泥干混混合均匀；
步骤(3)：于4000～4500r/min的搅拌速率下将干混料加入湿混料中，再于10000～12000r/min速率下搅拌混合均匀。
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