CN106892594B - 一种微膨胀增韧水泥浆及其制备方法 - Google Patents

一种微膨胀增韧水泥浆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微膨胀增韧水泥浆及其制备方法，该微膨胀增韧水泥浆由以下重量份的组分组成：油井水泥100份，胶乳8～15份，降失水剂1～2份，减阻剂1～1.5份，早强剂1～2份，膨胀剂2～4份，消泡剂0.2～0.5份，水40份。该微膨胀增韧水泥浆有极低的滤失量，同时具有韧性好、流变性好、体积不收缩、早期强度高等特点。采用该微膨胀增韧水泥浆，施工简洁，技术优势与环保优势显著，现场实施固井质量优良。

Description

一种微膨胀增韧水泥浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及钻井固井工程领域，具体涉及了一种微膨胀增韧水泥浆及其制备方法。
背景技术
河南油田老区由于老井套管损坏、老井报废等导致油水井网布局不合理，严重影响了剩余油的开采。利用套管开窗侧钻工艺技术对报废井、套损井、低效井进行开窗侧钻，可以完善注采井网，提高采收率，实现了综合经济效益的提升。
为满足后期射孔等技术要求，目前河南油田开窗井选用Φ95.25mm非标套管作为完井生产套管；而套管与井壁的环空间隙较小(环空间隙仅11mm)，施工排量小固井顶替效率低，排量大循环压力高，容易憋漏地层；同时对固井水泥石韧性要求很高，导致固井质量难以保证。
《中国石油学会2005东部油田钻井新技术研讨会论文集》中《韧性水泥浆体系研究与应用》(尹学源，2005)一文公开了一种韧性水泥浆体系，该水泥浆体系的组成包括：水泥700g、胶乳105g、稳定剂(7+7)g、分散剂10g、CCF-200L 7g、CCA 9g、消泡剂2g、混合水310g。该水泥浆体系是通过在常规水泥浆中掺入增韧材料后改善水泥石的韧性性能(弹性模量)、抗压强度以及加入相应的降失水剂从而形成的一种具有较低的失水、良好的抗冲击韧性和流变性的水泥浆，可有效地消除水泥环的裂缝和膨胀-收缩引起的界面封隔失效，可提高水泥环对射孔等作业的抗破坏能力，延长油井寿命。此技术创造性地解决了小间隙尾管固井后油井寿命低的问题，平均可延长油井寿命30％。但是该韧性水泥体系的滤失量大，不能满足固井作业的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种微膨胀增韧水泥浆，有极低的滤失量，同时具有体积不收缩、韧性好、现场实施固井质量优良的优点。
本发明还提供了一种微膨胀增韧水泥浆的制备方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种微膨胀增韧水泥浆，由以下重量份的组分组成：油井水泥100份，胶乳8～15份，降失水剂1～2份，减阻剂1～1.5份，早强剂1～2份，膨胀剂2～4份，消泡剂0.2～0.5份，水40份。
本发明的微膨胀增韧水泥浆由油井水泥、胶乳、降失水剂、减阻剂、早强剂、膨胀剂、消泡剂和水复配组成，其中胶乳属于橡胶类的热塑性合成树脂，利用其高弹性、胶膜的柔韧性，达到提高水泥石韧性的目的；降失水剂用于降低水泥降滤失量；减阻剂起到改善水泥浆流变性，减少流动阻力的作用；早强剂用于提高水泥石的早期抗压强度；膨胀剂用于改变部分水泥石的晶体结构，防止水泥浆凝固过程中的体积收缩；消泡剂用作消除配浆过程产生的气泡。
优选的，微膨胀增韧水泥浆由以下重量份的组分组成：油井水泥100份，胶乳10份，降失水剂1.5份，减阻剂1份，早强剂1.5份，膨胀剂2份，消泡剂0.2份，水40份。
优选的，所述油井水泥为G级高抗硫酸盐油井水泥。
优选的，所述胶乳为丁苯胶乳。
优选的，所述胶乳为BCT-800L丁苯胶乳。所述BCT-800L丁苯胶乳为天津中油渤星工程科技有限公司生产。
优选的，所述降失水剂为非离子型合成聚合物降失水剂。
优选的，所述降失水剂为G33S油井水泥降失水剂。所述G33S油井水泥降失水剂为卫辉市化工有限公司生产。
优选的，所述减阻剂为萘磺酸甲醛缩合物减阻剂。
优选的，所述减阻剂为USZ油井水泥抗高温减阻剂。所述USZ油井水泥抗高温减阻剂为卫辉市化工有限公司生产。
优选的，所述早强剂为复合型早强剂。
优选的，所述早强剂为G203油井水泥早强剂。所述G203油井水泥早强剂为卫辉市化工有限公司生产。
优选的，所述膨胀剂为晶格膨胀剂。
优选的，所述膨胀剂为CD-10油井水泥膨胀剂。所述CD-10油井水泥膨胀剂为新乡市精诚石化有限公司生产。
优选的，所述消泡剂为硅油类消泡剂。
优选的，所述消泡剂为D50消泡剂。所述D50消泡剂为天津中油渤星工程科技有限公司生产。
本发明中的微膨胀增韧水泥浆具有较好的韧性，可避免薄水泥环射孔时发生碎裂，导致管外窜，同时该水泥具有微膨胀、低滤失量、流变性好等特点，施工简洁，技术优势与环保优势显著，现场实施固井质量优良，解决了小间隙注水泥的固井质量问题。
本发明的微膨胀增韧水泥浆避免了纤维水泥浆易堵塞悬挂器等狭窄处循环通道的风险，同时克服了胶粒混配不均导致水泥浆及水泥环性质不一致的问题。
上述微膨胀增韧水泥浆的制备方法，包括以下步骤：
1)混合物A的制备：取配方量的油井水泥、降失水剂、减阻剂、早强剂、膨胀剂混合，得混合物A；混合物B的制备：取配方量的胶乳、消泡剂加入配方量的水中，混合，得混合物B；
2)将步骤1)所得的混合物A加和混合物B混合，即得。
步骤1)中，在制备混合物A时，所述混合为在室温下干混，干混时间为3～5min。所述干混采用的设备为干混器。
步骤1)中，在制备混合物B时，所述混合为在室温、转速150～250r/min的条件下搅拌5～15min。
步骤2)中，所述混合物A和混合物B的质量比为(2～2.2):1。
步骤2)中，所述混合为在转速3800～4200r/min的条件下，将混合物A加入混合物B中。
步骤2)中，将混合物A加入混合物B时，所述加入是匀速加入，所述匀速加入在10～15s内完成。
步骤2)中，将混合物A加入混合物B后，在转速为11500～12500r/min的条件下，搅拌34～36s。
本发明的微膨胀增韧水泥浆的制备方法，工艺简单，操作简便，使用时可以边将混合物A和混合物B混合，边注入井内。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式中，采用的油井水泥为G级高抗硫酸盐油井水泥(四川嘉华企业(集团)股份有限公司)，胶乳为BCT-800L丁苯胶乳(天津中油渤星工程科技有限公司)，降失水剂为G33S油井水泥抗高温抗盐将失水剂(卫辉市化工有限公司)，减阻剂为USZ油井水泥抗高温减阻剂(卫辉市化工有限公司)，早强剂为G203油井水泥早强剂(卫辉市化工有限公司)，膨胀剂为CD-10油井水泥膨胀剂(新乡市精诚石化有限公司)，消泡剂为D50消泡剂(天津中油渤星工程科技有限公司)。
具体实施方中的微膨胀增韧水泥，在使用时，可以边制备边注入井内。
实施例1
本实施例的微膨胀增韧水泥浆由以下重量份的组分组成：油井水泥100份，胶乳8份，降失水剂2份，减阻剂1份，早强剂1份，膨胀剂4份，消泡剂0.2份，水40份。
本实施例的微膨胀增韧水泥浆的制备方法，包括以下步骤：
1)混合物A的制备：
取配方量的降失水剂、减阻剂、早强剂和油井水泥，在室温下，利用油井水泥干混装置混配5min，得混合物A；
2)混合物B的制备：
室温下，在带搅拌器的水罐中注入配方量的水，然后边搅拌边加入配方量的胶乳和消泡剂，在转速150r/min条件下继续搅拌5min，得混合物B；
3)将步骤1)得到的混合物A和步骤2)得到的混合物B按照2.2:1的质量比注入水泥浆混浆装置混合，即得。
实施例2
本实施例的微膨胀增韧水泥浆由以下重量份的组分组成：油井水泥100份，胶乳10份，降失水剂1.5份，减阻剂1份，早强剂1.5份，膨胀剂2份，消泡剂0.2份，水40份。
本实施例的微膨胀增韧水泥浆的制备方法，包括以下步骤：
1)混合物A的制备
取配方量的降失水剂、减阻剂、早强剂和油井水泥，在室温下，利用油井水泥干混装置混配3min，得混合物A；
2)混合物B的制备
室温下，在带搅拌器的水罐中注入配方量的水，然后边搅拌边加入配方量的胶乳和消泡剂，在转速250r/min条件下继续搅拌15min，得混合物B；
3)将步骤1)得到的混合物A和步骤2)得到的混合物B按照2.1:1的质量比注入水泥浆混浆装置混合，即得。
实施例3
本实施例的微膨胀增韧水泥浆由以下重量份的组分组成：油井水泥100份，胶乳12份，降失水剂1份，减阻剂1.2份，早强剂2份，膨胀剂3份，消泡剂0.3份，水40份。
本实施例的微膨胀增韧水泥浆的制备方法，包括以下步骤：
1)混合物A的制备
取配方量的降失水剂、减阻剂、早强剂和油井水泥，在室温下，利用油井水泥干混装置混配4min，得混合物A；
2)混合物B的制备
室温下，在带搅拌器的水罐中注入配方量的水，然后边搅拌边加入配方量的胶乳和消泡剂，在转速200r/min条件下继续搅拌10min，得混合物B；
3)将步骤1)得到的混合物A和步骤2)中的混合物B按照2:1的质量比注入水泥浆混浆装置混合，即得。
实施例4
本实施例的微膨胀增韧水泥浆由以下重量份的组分组成：油井水泥100份，胶乳15份，降失水剂1份，减阻剂1.5份，早强剂2份，膨胀剂2份，消泡剂0.3份，水40份。
本实施例的微膨胀增韧水泥浆的制备方法，包括以下步骤：
1)混合物A的制备
取配方量的降失水剂、减阻剂、早强剂和油井水泥，在室温下，利用油井水泥干混装置混配3min，得混合物A；
2)混合物B的制备
室温下，在带搅拌器的水罐中注入配方量的水，然后边搅拌边加入配方量的胶乳和消泡剂，在转速180r/min条件下继续搅拌7min，得混合物B；
3)将步骤1)得到的混合物A和步骤2)得到的混合物B按照2:1的质量比注入水泥浆混浆装置混合，即得。
实施例5
本实施例的微膨胀增韧水泥浆由以下重量份的组分组成：油井水泥100份，胶乳14份，降失水剂1份，减阻剂1.5份，早强剂1.2份，膨胀剂3.5份，消泡剂0.5份，水40份。
本实施例的微膨胀增韧水泥浆的制备方法，包括以下步骤：
1)混合物A的制备
取配方量的降失水剂、减阻剂、早强剂和油井水泥，在室温下，利用油井水泥干混装置混配4min，得混合物A；
2)混合物B的制备
室温下，在带搅拌器的水罐中注入配方量的水，然后边搅拌边加入配方量的胶乳和消泡剂，在转速180r/min条件下继续搅拌7min，得混合物B；
3)将步骤2)得到的混合物B置于恒速搅拌器装置中，设置转速为4000r/min，按照质量比混合物A:混合物B＝2:1的比例取将步骤1)得到的混合物A，在15s内将混合物A匀速加入搅拌装置中，然后改为转速12000r/min，搅拌35s，即得。
实验例1
水泥石弹性模量的检测方法：在直径2.54cm×高2.54cm的钢模中装入实施例1～5的微膨胀增韧水泥浆(每组五个)，置于指定温度的水浴中养护24h后脱模，在电子万能压力试验机上测定弹性摸量。
实验例1的对比例的水泥浆由以下重量份的组分组成：油井水泥100份，降失水剂1.5份，减阻剂1份，早强剂1.5份，膨胀剂2份，消泡剂0.2份。实验例1的对比例水泥浆的制备方法，除在制备混合物B时不加入胶乳，其余同实施例1。
实验结果见表1。
表1微膨胀增韧水泥浆和对比例的弹性模量的对比
Figure BDA0001228916110000061
从表1可以看出，实施例的弹性模量比对比例降低34.5％～71.6％，具有较好的弹性和韧性。
实验例2
水泥石线性膨胀率的检测方法：采用1cm×1cm×6cm三联试模成型，试模两头装测头。分别装入实施例1～5的微膨胀增韧水泥浆后置于45℃和80℃水浴中，养护至终凝后2h脱模，将实施例1～5的试体冷却至25℃后用螺旋测微仪测量其初始长度(l1)。然后将实施例1～5的试体(每组6条)置于45℃和80℃条件下养护至规定龄期，在水中冷却至25℃后测定其膨胀量(l2)。采用下式计算其线膨胀率：
Figure BDA0001228916110000062
式中：R为修正系数，当试体长为6cm时等于55。
实验例2的对比例的水泥浆由以下重量份的组分组成：油井水泥100份，降失水剂1.5份，减阻剂1份，早强剂1.5份，膨胀剂2份，消泡剂0.2份。实验例2的对比例水泥浆的制备方法，除在制备混合物B时不加入胶乳，其余同实施例1。实验结果见表2。
表2养护时间对微膨胀增韧水泥浆和对比例膨胀性影响的比较
Figure BDA0001228916110000071
从表2可以看出，在不同养护温度(45℃及80℃)下，随着养护龄期的增加(1d～7d)，净浆水泥石的收缩增加，其膨胀率为-0.006％～-0.015％，本发明的微膨胀增韧水泥浆水泥石的线膨胀率为0.001％～0.010％。
实验例3
实施例1～5的微膨胀增韧水泥浆工程性能的检测：按照标准《GBT19139-2003油井水泥试验方法》测定。实验结果见表3。
表3微膨胀增韧水泥浆的工程性能
Figure BDA0001228916110000072
Figure BDA0001228916110000081
实验例4
实施例1的目标井基本情况：深度2865m，窗口位置2745m，最大井斜18.73°，井底温度110℃。
实施例2的目标井基本情况：深度2683m，窗口位置2312m，最大井斜40.86°，井底温度92℃。
实施例3的目标井基本情况：深度1181m，窗口位置825.9m，最大井斜19.46°，井底温度65℃。
实施例4的目标井基本情况：深度2035m，窗口位置1767m，最大井斜21.97°，井底温度90℃。
现场目标井采用实施例1～4的微膨胀增韧水泥浆，施工顺利，固井质量良好。现场实施的结果说明，本申请的微膨胀增韧水泥浆具有增韧效果好(弹性模量降低34.5％～71.6％)、微膨胀(线膨胀率为0.001％～0.010％)、极低的滤失量(<20mm)等特性，可以保证小间隙固井质量。此外，该微膨胀增韧水泥浆避免了纤维水泥浆易堵塞悬挂器等狭窄处循环通道的风险，同时克服了胶粒混配不均导致水泥浆及水泥环性质不一致的问题。同时，现场配制工艺简单，便于现场施工。

Claims (9)

1.一种微膨胀增韧水泥浆，其特征在于：由以下重量份的组分组成：油井水泥100份，胶乳8~15份，降失水剂1~2份，减阻剂1~1.5份，早强剂1~2份，膨胀剂2~4份，消泡剂0.2~0.5份，水40份；所述油井水泥为G级高抗硫酸盐油井水泥；所述胶乳为BCT-800L丁苯胶乳；所述降失水剂为G33S油井水泥降失水剂；所述减阻剂为USZ油井水泥抗高温减阻剂；所述早强剂为G203油井水泥早强剂；所述膨胀剂为CD-10油井水泥膨胀剂；所述消泡剂为D50消泡剂。
2.根据权利要求1所述的微膨胀增韧水泥浆，其特征在于：由以下重量份的组分组成：油井水泥100份，胶乳10份，降失水剂1.5份，减阻剂1份，早强剂1.5份，膨胀剂2份，消泡剂0.2份，水40份。
3.一种如权利要求1所述的微膨胀增韧水泥浆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）取配方量的油井水泥、降失水剂、减阻剂、早强剂、膨胀剂混合均匀，得混合物A；取配方量的胶乳、消泡剂加入水中混合，得混合物B；
2）将步骤1）所得的混合物A和混合物B混合，即得。
4.根据权利要求3所述的微膨胀增韧水泥浆的制备方法，其特征在于：步骤1）中，在制备混合物A时，所述混合为在室温下干混，干混时间为3~5min。
5.根据权利要求3所述的微膨胀增韧水泥浆的制备方法，其特征在于：步骤1）中，在制备混合物B时，所述混合为在室温、转速150~250r/min的条件下搅拌5~15min。
6.根据权利要求3所述的微膨胀增韧水泥浆的制备方法，其特征在于：步骤2）中，所述混合物A和混合物B的质量比为（2~2.2）:1。
7.根据权利要求3所述的微膨胀增韧水泥浆的制备方法，其特征在于：步骤2）中，所述混合为在转速3800~4200r/min的条件下，将混合物A加入混合物B中。
8.根据权利要求7所述的微膨胀增韧水泥浆的制备方法，其特征在于：步骤2）中，将混合物A加入混合物B时，所述加入是匀速加入，所述匀速加入在10~15s内完成。
9.根据权利要求7或8所述的微膨胀增韧水泥浆的制备方法，其特征在于：步骤2）中，将混合物A加入混合物B后，在转速为11500~12500r/min条件下，搅拌34~36s。
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