CN110937857A - 一种抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及油气井固井用水泥浆领域的一种抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆及其制备方法。所述抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆，包含重量份数计的以下组分：G级油井水泥100份；抗高温有机防窜乳液3～20份；抗高温无机防窜乳液3～15份；抗高温增韧材料0.5～5份；高温强度稳定材料20～90份；高温膨胀剂1～10份；抗高温降失水剂1～12份；高温缓凝剂0.1～10份；消泡剂0.5～3份；密度调节材料0～300份；水35～200份；该水泥浆体系主要应用200℃以下高温油气井固井领域，防气窜性能优异，水泥石高温强度高且稳定，水泥石弹性模量低，能够在高温高压气井固井中实现对气层有效封固和环空密封，防止环空气窜与井口带压，保证油气井的高效生产，具有较好的推广和应用价值。

Description

一种抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及油气井固井用水泥浆领域，更进一步说，涉及一种抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆及其制备方法。
背景技术
随着勘探开发的深入，深井、超深井越来越多，超深高温高压油气井固井面临水泥浆高温防气窜性能差问题，使得固井候凝阶段不能有效防止气窜；水泥石高温强度衰退，水泥石承载能力降低易发生本体破裂，水泥环与界面胶结能力变差易产生微环隙等问题，使得水泥环密封失效，环空窜流，甚至井口带压问题。
目前，针对深井超深井高温防气窜固井，防气窜水泥浆体系主要有两种：一是胶乳防气窜水泥浆，通过胶乳防气窜剂提高水泥浆防气窜性能，如哈里伯顿的latex系类和斯伦贝谢的Gasblock系类；二是非渗透防气窜水泥浆，通过加入超细颗粒材料，如微硅、炭黑等材料，如哈里伯顿和艾肯公司使用超细二氧化硅颗粒等。国内主要使用胶乳防气窜水泥浆，如中石化工程院的DC200系列等，在防气窜固井中也取得了较好的效果。针对硅酸盐水泥石高温强度衰退问题，主要是通过加入35％的硅粉以提高水泥石高温强度与稳定性。
公开号为CN107721272A的中国专利公开了一种高韧性、高弹塑性、高密度的固井用水泥浆，其中按重量份计算，包括100份水泥，2～15份改性橡胶粉，2～10份弹塑剂，80～95份密度调节剂，50～65份水，0.5～2份分散剂，2～10份降失水剂，1～3份缓凝剂，0.5～2份防气窜剂，0.1～1份消泡剂，5～15份填充剂；其中，所述密度调节剂为加重剂，所述加重剂包括重晶石、铁矿粉、活化铁矿粉、锰矿粉、碳酸钙、碳酸钡、方铅矿粉中一种或多种；所述填充剂包括液硅、苯丙胶乳、丁苯胶乳中的一种或多种，其中固相的平均粒径为1～100nm；但是该技术方案只包括高密度水泥浆，且对水泥浆防气窜性能、水泥石耐温性能均未涉及。
公开号为CN107216070A的中国专利公开了一种高效抗侵蚀防气窜水泥浆体系，其中所述水泥浆由以下重量份的原料制备而成：60～80重量份抗侵蚀防气窜水泥，2～4重量份丁苯胶乳或聚亚胺胶乳或液硅，0.2～2重量份的AMPS类聚合物降失水剂，0.05～0.2重量份聚羧酸醚酯分散剂，0.1～2重量份无氯铝酸盐复合早强剂，0.1～0.5重量份有机磷酸盐缓凝剂，0.1～0.2重量份有机硅消泡剂，20～30重量份的蒸馏水。本发明掺入特种功能材料，使水泥石始终保持适当的碱性环境，并防止液相酸性介质进入水泥石内部；掺入特殊功能材料，保证水泥石具有良好的力学性能；增加水泥石的致密性，改善水泥石韧性，提高水泥环与地层的胶结性能和密封性能；该技术方案重点考察了水泥浆防侵蚀性能，但其对水泥浆密度考察、水泥浆温度考察、水泥石高温力学性能考察等均未涉及。
但针对超深超高温环境防气窜固井，通过加入常规胶乳防气窜剂，掺混35％硅粉等手段已不能超高温高压防气窜固井以及水泥环密封完整性需求。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆。具体地说涉及一种抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆及其制备方法。该抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆体系，可应用于井底温度200℃以低环空封固要求，密度在1.50～2.50g/cm3之间可调，稠化时间在30～800min之间调整。水泥浆防气窜性能优异，水泥石高温力学性能优良，水泥环长效密封能力强。
本发明目的之一是提供一种抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆，该水泥浆体系主要包含G级油井水泥、抗高温有机防窜乳液、抗高温无机防窜乳液、抗高温增韧材料、高温强度稳定材料、高温膨胀剂、抗高温降失水剂、高温缓凝剂、消泡剂、密度调节材料和水。该水泥浆体系依托有机防窜乳液和无机防窜乳液协同增强水泥浆高温防窜性能，改善水泥石高温力学性能，提高环空胶结质量，实现水泥环长效密封。具体地，所述抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆，可包含重量份数计的以下组分：
G级油井水泥100份；
抗高温有机防窜乳液3～20份，优选8～15份，更优选5～15份；
抗高温无机防窜乳液3～15份，优选8～12份；
抗高温增韧材料0.5～5份，优选1～3份；
高温强度稳定材料20～90份，优选35～70份；
高温膨胀剂1～10份，优选2～8份，更优选3～6份；
抗高温降失水剂1～12份，优选2～8份，更优选3～6份；
高温缓凝剂0.1～10份，优选2～6份；
消泡剂0.5～3份，优选1～2份；
密度调节材料0～300份；
水35～200份。
其中，
所述G级油井水泥可选择G级高抗硫酸盐油井水泥。
所述抗高温有机防窜乳液可选自苯丙防窜乳液、环氧树脂防窜乳液中的至少一种，优选苯丙胶乳防窜乳液。所述抗高温有机防窜乳液通过聚集成膜和颗粒填充降低水泥浆失水，提高水泥浆防窜性能，降低水泥石渗透率与弹性模量。
所述抗高温有机防窜乳液为苯丙乳液，具有如下优势：(1)其固含量较丁苯乳液提高30％，因而在同等加量下，苯丙乳液水泥浆性能更好，水泥石力学性能更优。(2)使用苯丙乳液配置水泥浆时不需要额外添加胶乳稳定剂，因此现场使用时更为方便，节约使用成本。使用丁苯乳液时则必须使用胶乳稳定剂，否则极易引起破乳，导致施工事故。(3)生产丁苯胶乳所需原材料丁二烯为易燃易爆危险品，生产运输受到一定限制。
所述抗高温无机防窜乳液可为纳米级二氧化硅乳液。所述抗高温无机防窜乳液通过紧密堆积和活性胶凝降低水泥浆失水，提高水泥浆防窜性能，降低水泥石渗透率，提高水泥石高温强度与稳定性。
本发明采用有机防窜乳液和无机防窜乳液搭配，两者既有不同功能区分，又协同改善水泥浆综合性能。有机防窜乳液和无机防窜乳液可协同降低水泥浆失水，增强水泥浆防气窜性能；有机防窜乳液不但可以降低水泥浆失水，增强水泥浆防气窜性能，而且降低水泥石弹性模量；无机防窜乳液可以降低水泥浆失水，增强水泥浆防气窜性能，而且可以降低水泥石渗透率，提高水泥石高温强度，改善水泥石高温强度稳定性。另外，有机防窜乳液和抗高温增韧材料能协同改善水泥石力学性能，提高水泥石变形能力，提高水泥环密封完整性；无机防窜乳液和高温强度稳定材料可协同提高水泥石高温强度，改善水泥石高温强度稳定性。
所述抗高温增韧材料可选自聚丙烯纤维、PVA纤维、聚丙烯腈纤维、玻璃纤维、碳纤维、多晶纤维、玄武岩纤维等有机纤维或无机纤维中的至少一种。所述抗高温增韧材料纤维通过搭桥和桥接提高水泥浆沉降稳定性，提高水泥石抗折强度，增强水泥石韧性。
所述高温强度稳定材料可选自微硅、硅粉、粉煤灰、矿渣等富硅铝材料中的至少一种；所述高温强度稳定材料通过参与水泥水化提高水泥石高温强度，控制水泥石高温强度衰退。具体还可选自120目硅粉、180目硅粉和微硅复配混合而成，三者重量比为(2～5)：(5～7)：(0.5～1)；或者80目硅粉、180目硅粉复配混合而成，二者重量比可为1：(1～3)；或者粉煤灰、180目硅粉、微硅复配混合而成，三者重量比为(5～7)：(0.5～1)：(2～5)；(复配方法即干混即可)；
所述高温膨胀剂可选自氧化镁、氧化钙、钙矾石中的至少一种。所述高温膨胀剂可弥补水泥石收缩，防止水泥环与界面产生微环隙。
所述抗高温降失水剂可选自聚乙烯醇类、AMPS类多元共聚物类、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和N，N-二甲基丙烯酰胺多元共聚物中的至少一种。所述抗高温降失水剂可降低水泥浆在井底失水。
所述高温缓凝剂可选自羟基羧酸类、有机磷酸盐、无机酸类、IA多元共聚物类、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和衣康酸多元共聚物中的至少一种。所述高温缓凝剂可使得高温防窜乳液弹韧性水泥浆稠化时间可调可控。
所述消泡剂可选自三丁酯类、有机硅油类中的至少一种。所述消泡剂可抑制或消除水泥浆中的气泡。
所述密度调节材料可为密度减轻材料，密度减轻材料可选自矿渣、粉煤灰、膨润土中的至少一种；亦可为密度加重材料，密度加重材料可选自重晶石粉、铁矿粉、还原铁粉中的至少一种。
本发明目的之二是提供所述的抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆的制备方法，可包括以下步骤：
首先按用量比例将各组分按重量称好备用；其次将G级油井水泥、高温强度稳定材料、密度调节材料、抗高温增韧材料、高温膨胀剂混拌均匀，得到干混材料；再次将包含抗高温有机防窜乳液、抗高温无机防窜乳液、抗高温降失水剂、高温缓凝剂、消泡剂和水在内的组分搅拌均匀，制得混合溶液；最后将干混材料倒入混合溶液中搅拌均匀，即得。
本发明效果
①抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆体系可满足井底温度200℃以下的环空封固需求，体系密度1.50～2.50g/cm3之间可调，体系稠化时间30～800min可调可控。②通过抗高温有机防窜乳液和抗高温无机防窜乳液两者协同增效，提高水泥浆综合性能，水泥浆体系API失水＜50mL，水泥浆防气窜因子SPN值＜1。③通过抗高温无机防窜乳液和高温强度稳定材料，高温防窜乳液弹韧性水泥石高温强度高且高温强度稳定，水泥石抗压强度＞18MPa/7d，200℃下60d抗压强度大于30MPa。④通过抗高温有机防窜乳液、抗高温无机防窜乳液和抗高温增韧材料三者综合作用，高温防窜乳液弹韧性水泥石弹性模量＜7GPa，抗折强度＞3.5MPa，水泥石渗透率＜0.01mD。⑤抗高温防窜乳液弹韧性水泥环可满足90MPa压力载荷下交变20次，水泥环气密封性良好。
本发明涉及一种抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆体系，主要应用200℃以下高温油气井固井领域。该水泥浆体系密度可调，体系稠化时间可调可控，防气窜性能优异，水泥石高温强度高且稳定，水泥石弹性模量低，水泥环气密封性能优异。本发明的高温防窜乳液弹韧性水泥浆体系可满足高温高压油气井固井防窜要求，该水泥浆体系能够在高温高压气井固井中实现对气层有效封固和环空密封，防止环空气窜与井口带压，保证油气井的高效生产，具有较好的推广和应用价值。
附图说明
图1～图6依次为实施例1～5和对比例1制备的所述抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆的稠化曲线；
图7为实施例2制备的所述抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆的密封评价图。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。但本发明不受这些实施例的限制。实施例中所用原料均为市售。
原料来源
所述G级高抗硫油井水泥是嘉华G级高抗硫酸盐油井水泥，四川嘉华水泥厂，G级高抗硫酸盐油井水泥；
氧化镁，德州大陆架石油工程技术有限公司，SCEX-2；
有机增韧纤维，德州大陆架石油工程技术有限公司，SFP-2；
无机矿物纤维，德州大陆架石油工程技术有限公司，SFP-3；
密度调节材料(减轻)为高抗挤玻璃微珠，中钢集团马鞍山矿院新材料科技有限公司，Y12000；
密度调节材料(加重)为铁矿粉(325目)、还原铁粉(200目)，库尔勒华晟化工有限责任公司；
苯丙胶乳防窜乳液，德州大陆架石油工程技术有限公司，SCJR；
丁苯胶乳防窜乳液，德州大陆架石油工程技术有限公司，DC200；
纳米二氧化硅防窜乳液，德州大陆架石油工程技术有限公司，SCLS；
AMPS三元共聚物降失水剂，德州大陆架石油工程技术有限公司，SCF200L；
IA多元共聚物缓凝剂，德州大陆架石油工程技术有限公司，SCR-3；
三丁酯消泡剂，德州大陆架石油工程技术有限公司，SCD-1。
有机硅消泡剂，德州大陆架石油工程技术有限公司，SCD-2。
实施例1
称取G级高抗硫油井水泥200g、高温强度稳定材料100g，高温膨胀剂16g，抗高温增韧材料4g，密度调节材料180g，抗高温有机防窜乳液20g，抗高温无机防窜乳液10g，抗高温降失水剂24g，高温缓凝剂7g，消泡剂4g，淡水334g。
其中：所述G级高抗硫油井水泥是嘉华G级高抗硫酸盐油井水泥；
所述高温强度稳定材料为粉煤灰、180目硅粉和微硅复配混合而成，三者重量比为7：1：4；(复配方法即干混即可)；
所述高温膨胀剂氧化镁；
所述抗高温增韧材料为有机增韧纤维；
所述密度调节材料为高抗挤玻璃微珠；
所述抗高温有机防窜乳液为苯丙胶乳防窜乳液；
所述抗高温无机防窜乳液为纳米二氧化硅防窜乳液；
所述抗高温降失水剂为AMPS三元共聚物降失水剂；
所述高温缓凝剂为IA多元共聚物缓凝剂；
所述消泡剂为三丁酯消泡剂。
制备方法：首先按比例将各组分按重量称好备用；其次将G级油井水泥、高温强度稳定材料、密度调节材料、抗高温增韧材料、高温膨胀剂混拌均匀，制得干混材料；再次将抗高温有机防窜乳液、抗高温无机防窜乳液、抗高温降失水剂、高温缓凝剂、消泡剂和水在浆杯中搅拌均匀，制得混合溶液；最后在4000r/min的搅拌速率下将干混材料在15s之内倒入混合溶液中，然后在12000r/min的搅拌速率下搅拌35s即得所述抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆。
实施例2
称取G级高抗硫酸盐油井水泥600g、高温强度稳定材料240g，高温膨胀剂24g，抗高温增韧材料6g，抗高温有机防窜乳液24g，抗高温无机防窜乳液30g，抗高温降失水剂36g，高温缓凝剂15g，消泡剂6g，淡水250g。
其中：所述G级高抗硫油井水泥是嘉华G级高抗硫酸盐油井水泥；
所述高温强度稳定材料为120目硅粉、180目硅粉和微硅复配混合而成，三者重量比为4：6：1；
所述高温膨胀剂为氧化镁；
所述抗高温增韧材料为有机增韧纤维；
所述抗高温有机防窜乳液为苯丙胶乳防窜乳液；
所述抗高温无机防窜乳液为纳米二氧化硅防窜乳液；
所述抗高温降失水剂为AMPS三元共聚物降失水剂；
所述高温缓凝剂为IA多元共聚物缓凝剂；
所述消泡剂为有机硅消泡剂。
制备方法：首先按比例将各组分按重量称好备用；其次将G级油井水泥、高温强度稳定材料、抗高温增韧材料、高温膨胀剂混拌均匀，制得干混材料；再次将抗高温有机防窜乳液、抗高温无机防窜乳液、抗高温降失水剂、高温缓凝剂、消泡剂和水在浆杯中搅拌均匀，制得混合溶液；最后在4000r/min的搅拌速率下将干混材料在15s之内倒入混合溶液中，然后在12000r/min的搅拌速率下搅拌35s即得所述抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆。
实施例3
称取G级高抗硫油井水泥600g、高温强度稳定材料330g，高温膨胀剂24g，抗高温增韧材料9g，抗高温有机防窜乳液60g，抗高温无机防窜乳液48g，抗高温降失水剂24g，高温缓凝剂27g，消泡剂6g，淡水255g。
其中：所述G级高抗硫油井水泥是嘉华G级高抗硫酸盐油井水泥；
所述高温强度稳定材料为120目硅粉、180目硅粉、微硅复配混合而成，三者重量比为4：6：1；
所述高温膨胀剂氧化镁；
所述抗高温增韧材料为无机矿物纤维；
所述抗高温有机防窜乳液为苯丙胶乳防窜乳液；
所述抗高温无机防窜乳液为纳米二氧化硅防窜乳液；
所述抗高温降失水剂为AMPS三元共聚物降失水剂；
所述高温缓凝剂为IA多元共聚物缓凝剂；
所述消泡剂为有机硅消泡剂。
制备方法：首先按比例将各组分按重量称好备用；其次将G级油井水泥、高温强度稳定材料、抗高温增韧材料、高温膨胀剂混拌均匀，制得干混材料；再次将抗高温有机防窜乳液、抗高温无机防窜乳液、抗高温降失水剂、高温缓凝剂、消泡剂和水在浆杯中搅拌均匀，制得混合溶液；最后在4000r/min的搅拌速率下将干混材料在15s之内倒入混合溶液中，然后在12000r/min的搅拌速率下搅拌35s即得所述抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆。
实施例4
称取G级高抗硫油井水泥600g、高温强度稳定材料300g，高温膨胀剂30g，抗高温增韧材料6g，密度调节材料432g，抗高温有机防窜乳液48g，抗高温无机防窜乳液48g，抗高温降失水剂18g，高温缓凝剂21g，消泡剂9g，淡水282g。
其中：所述G级高抗硫油井水泥是嘉华G级高抗硫酸盐油井水泥；
所述高温强度稳定材料为80目硅粉、180目硅粉复配混合而成，二者重量比为2：3；
所述高温膨胀剂为氧化镁；
所述抗高温增韧材料为无机矿物纤维；
所述密度调节材料为铁矿粉；
所述抗高温有机防窜乳液为苯丙胶乳防窜乳液；
所述抗高温无机防窜乳液为纳米二氧化硅防窜乳液；
所述抗高温降失水剂为AMPS三元共聚物降失水剂；
所述高温缓凝剂为IA多元共聚物缓凝剂；
所述消泡剂为有机硅消泡剂。
制备方法：首先按比例将各组分按重量称好备用；其次将G级油井水泥、高温强度稳定材料、密度调节材料、抗高温增韧材料、高温膨胀剂混拌均匀，制得干混材料；再次将抗高温有机防窜乳液、抗高温无机防窜乳液、抗高温降失水剂、高温缓凝剂、消泡剂和水在浆杯中搅拌均匀，制得混合溶液；最后在4000r/min的搅拌速率下将干混材料在15s之内倒入混合溶液中，然后在12000r/min的搅拌速率下搅拌35s即得所述抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆。
实施例5
称取G级高抗硫油井水泥600g、高温强度稳定材料240g，高温膨胀剂24g，抗高温增韧材料6g，密度调节材料1080g，抗高温有机防窜乳液54g，抗高温无机防窜乳液48g，抗高温降失水剂12g，高温缓凝剂24g，消泡剂9g，淡水360g。
其中：所述G级高抗硫油井水泥是嘉华G级高抗硫酸盐油井水泥；
所述高温强度稳定材料为80目硅粉、180目硅粉复配混合而成，二者重量比为1：2；
所述高温膨胀剂为氧化镁；
所述抗高温增韧材料为无机矿物纤维；
所述密度调节材料为铁矿粉(200目)、铁矿粉(325目)、铁粉(400目)
混配而成，三者重量比为9：3：7；(混配方法即干混即可)
所述抗高温有机防窜乳液为苯丙胶乳防窜乳液；
所述抗高温无机防窜乳液为纳米二氧化硅防窜乳液；
所述抗高温降失水剂为AMPS三元共聚物降失水剂；
所述高温缓凝剂为IA多元共聚物缓凝剂；
所述消泡剂为有机硅消泡剂。
制备方法：首先按比例将各组分按重量称好备用；其次将G级油井水泥、高温强度稳定材料、密度调节材料、抗高温增韧材料、高温膨胀剂混拌均匀，制得干混材料；再次将抗高温有机防窜乳液、抗高温无机防窜乳液、抗高温降失水剂、高温缓凝剂、消泡剂和水在浆杯中搅拌均匀，制得混合溶液；最后在4000r/min的搅拌速率下将干混材料在15s之内倒入混合溶液中，然后在12000r/min的搅拌速率下搅拌35s即得所述抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆。
对比例1
称取G级高抗硫酸盐油井水泥600g、高温强度稳定材料240g，高温膨胀剂24g，抗高温增韧材料6g，抗高温有机防窜乳液24g，抗高温无机防窜乳液30g，抗高温降失水剂36g，高温缓凝剂15g，消泡剂6g，淡水250g。
其中：所述G级高抗硫油井水泥是嘉华G级高抗硫酸盐油井水泥；
所述高温强度稳定材料为120目硅粉、180目硅粉和微硅复配混合而成，三者重量比为4：6：1；
所述高温膨胀剂为氧化镁；
所述抗高温增韧材料为有机增韧纤维；
所述抗高温有机防窜乳液为丁苯胶乳防窜乳液；
所述抗高温无机防窜乳液为纳米二氧化硅防窜乳液；
所述抗高温降失水剂为AMPS三元共聚物降失水剂；
所述高温缓凝剂为IA多元共聚物缓凝剂；
所述消泡剂为有机硅消泡剂。
制备方法：首先按比例将各组分按重量称好备用；其次将G级油井水泥、高温强度稳定材料、抗高温增韧材料、高温膨胀剂混拌均匀，制得干混材料；再次将抗高温有机防窜乳液、抗高温无机防窜乳液、抗高温降失水剂、高温缓凝剂、消泡剂和水在浆杯中搅拌均匀，制得混合溶液；最后在4000r/min的搅拌速率下将干混材料在15s之内倒入混合溶液中，然后在12000r/min的搅拌速率下搅拌35s即得对比例抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆。
性能测试实施例
按照本发明所述抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆制备方法可制备密度1.50～2.50g/cm3之间可调，体系稠化时间30～800min可调可控的抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆体系，对实施例1～5和对比例1制备的水泥浆进行性能测试，测试方法按照《油井水泥试验方法》(GB19139-2012)进行，具体性能结果见表1所示，实施例1～5和对比例1制备的抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆的稠化曲线依次见图1～6所示。
表1抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆体系性能
Figure BDA0001807330420000121
由表1和图1～图6可以看出，抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆体系API失水＜50mL，180℃下水泥浆稠化时间可调可控，水泥浆直角稠化，防气窜因子SPN值＜1，水泥浆综合性能优良。相比而言，使用丁苯胶乳时配制的抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆体系其API失水、SPN值、稠化过渡时间均较使用苯丙乳液时配制的偏大，综合性能较苯丙时差。此外，根据《油井水泥试验方法》，GB19139-2012对实施例1～5和对比例1制备的水泥石力学性能进行了评价，结果如表2，并利用水泥环密封完整性评价装置(测试方法请见公开号为CN105424331A(申请号为201410478871.4)的题目为用于大型压裂时水泥环的机械密封性评价的装置和方法的中国专利)对实施例2制备的抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆评价其水泥环密封性能，结果如图7所示。
表2抗高温防窜乳液弹韧性水泥石力学性能
Figure BDA0001807330420000131
由表2可以看出，本发明所述抗高温防窜乳液弹韧性水泥石高温强度高且强度稳定，水泥石弹性模量＜7GPa，水泥石综合力学性能好。对比可知，使用丁苯防窜乳液时，同等条件下，虽水泥石抗压强度有所提高，但水泥石弹性模量＞7GPa，不利于水泥环密封完整性。因此，相比而言，使用苯丙时水泥石力学性能更优。从图7中可以看出，90MPa压力交变下，经过20次压力加卸载后实施例2制备的水泥环气密封性良好，无气窜现象。

Claims (10)

1.一种抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆，包含重量份数计的以下组分：
G级油井水泥100份；
抗高温有机防窜乳液3～20份，
抗高温无机防窜乳液3～15份，
抗高温增韧材料0.5～5份，
高温强度稳定材料20～90份，
高温膨胀剂1～10份，
抗高温降失水剂1～12份，
高温缓凝剂0.1～10份，
消泡剂0.5～3份，
密度调节材料0～300份；
水35～200份。
2.根据权利要求1所述的抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆，其特征在于：
所述G级油井水泥为G级高抗硫酸盐油井水泥。
3.根据权利要求1所述的抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆，其特征在于：
所述抗高温有机防窜乳液选自苯丙防窜乳液、环氧树脂防窜乳液中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆，其特征在于：
所述抗高温无机防窜乳液为纳米级二氧化硅乳液。
5.根据权利要求1所述的抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆，其特征在于：
所述抗高温增韧材料选自聚丙烯纤维、PVA纤维、聚丙烯腈纤维、玻璃纤维、碳纤维、多晶纤维、玄武岩纤维或无机纤维中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆，其特征在于：
所述高温强度稳定材料为富硅铝材料；所述富硅铝材料选自微硅、硅粉、粉煤灰、矿渣中的至少一种；
所述高温膨胀剂选自氧化镁、氧化钙、钙矾石中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆，其特征在于：
所述抗高温降失水剂选自聚乙烯醇类、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和N’N-二甲基丙烯酰胺多元共聚物中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆，其特征在于：
所述高温缓凝剂选自羟基羧酸类、有机磷酸盐、无机酸类、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和衣康酸多元共聚物中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆，其特征在于：
所述消泡剂选自三丁酯类、有机硅油类中的至少一种。
10.根据权利要求1～9之任一项所述的抗高温防窜乳液弹韧性水泥浆的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
首先将各组分称好备用；其次将G级油井水泥、高温强度稳定材料、密度调节材料、抗高温增韧材料、高温膨胀剂混拌均匀，得到干混材料；再次将包含抗高温有机防窜乳液、抗高温无机防窜乳液、抗高温降失水剂、高温缓凝剂、消泡剂和水在内的组分搅拌均匀，制得混合溶液；最后将干混材料倒入混合溶液中搅拌均匀，即得。
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Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111454032A (zh) * 2020-05-20 2020-07-28 中海石油(中国)有限公司湛江分公司 固井水泥浆用增韧膨胀剂及韧性微膨胀水泥浆体系
CN111471442A (zh) * 2020-04-30 2020-07-31 中国石油天然气集团有限公司 一种老井炮眼封堵固井液体系及其制备和使用方法
CN111747712A (zh) * 2020-07-16 2020-10-09 辽宁昆成实业有限公司 一种适用于姚家组地层石油修井用封堵水泥浆体系
CN112408890A (zh) * 2020-12-08 2021-02-26 中国石油天然气集团有限公司 抗高温、增韧、防气窜固井水泥浆及其制备方法
CN113213822A (zh) * 2021-04-26 2021-08-06 中海石油(中国)有限公司 一种超高温耐腐蚀防窜水泥浆及其应用
CN113683354A (zh) * 2021-09-22 2021-11-23 中国石油集团工程技术研究院有限公司 一种抗高温强度衰退抑制性油井水泥及其制备方法和应用
CN113845334A (zh) * 2020-06-28 2021-12-28 中国石油化工股份有限公司 一种深井破碎地层井眼加固剂及其制备方法和应用
CN113845339A (zh) * 2020-06-28 2021-12-28 中国石油化工股份有限公司 一种破碎地层用井壁强化组合物及其制备方法和应用
CN113880502A (zh) * 2020-07-01 2022-01-04 中国石油化工股份有限公司 一种深井破碎地层井壁修复强化剂及其制备方法和应用
CN114075057A (zh) * 2020-08-17 2022-02-22 中国石油化工股份有限公司 一种水泥浆组合物
CN115093173A (zh) * 2022-06-16 2022-09-23 中国石油大学(华东) 油井水泥石微观结构仿生增强增韧调控方法与水泥浆体系及应用
CN115504713A (zh) * 2022-09-09 2022-12-23 长江大学 一种用于井筒封堵的预固化树脂基高胶结韧性水泥浆及其制备方法和应用
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
CN116410715A (zh) * 2021-12-31 2023-07-11 中国石油天然气股份有限公司 一种晶相改造型广谱抗超高温固井水泥浆及其应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107129796A (zh) * 2016-02-26 2017-09-05 中国石油化工股份有限公司 复合防窜剂、固井用防窜水泥浆及其制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107129796A (zh) * 2016-02-26 2017-09-05 中国石油化工股份有限公司 复合防窜剂、固井用防窜水泥浆及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
熊青山: "《石油工程专业实习指导书-钻井》", 30 June 2011, 中国石油大学出版社 *

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111471442A (zh) * 2020-04-30 2020-07-31 中国石油天然气集团有限公司 一种老井炮眼封堵固井液体系及其制备和使用方法
CN111471442B (zh) * 2020-04-30 2022-09-09 中国石油天然气集团有限公司 一种老井炮眼封堵固井液体系及其制备和使用方法
CN111454032A (zh) * 2020-05-20 2020-07-28 中海石油(中国)有限公司湛江分公司 固井水泥浆用增韧膨胀剂及韧性微膨胀水泥浆体系
CN113845334B (zh) * 2020-06-28 2023-02-28 中国石油化工股份有限公司 一种深井破碎地层井眼加固剂及其制备方法和应用
CN113845334A (zh) * 2020-06-28 2021-12-28 中国石油化工股份有限公司 一种深井破碎地层井眼加固剂及其制备方法和应用
CN113845339A (zh) * 2020-06-28 2021-12-28 中国石油化工股份有限公司 一种破碎地层用井壁强化组合物及其制备方法和应用
CN113845339B (zh) * 2020-06-28 2023-02-28 中国石油化工股份有限公司 一种破碎地层用井壁强化组合物及其制备方法和应用
CN113880502A (zh) * 2020-07-01 2022-01-04 中国石油化工股份有限公司 一种深井破碎地层井壁修复强化剂及其制备方法和应用
CN111747712A (zh) * 2020-07-16 2020-10-09 辽宁昆成实业有限公司 一种适用于姚家组地层石油修井用封堵水泥浆体系
CN114075057A (zh) * 2020-08-17 2022-02-22 中国石油化工股份有限公司 一种水泥浆组合物
CN112408890A (zh) * 2020-12-08 2021-02-26 中国石油天然气集团有限公司 抗高温、增韧、防气窜固井水泥浆及其制备方法
CN113213822A (zh) * 2021-04-26 2021-08-06 中海石油(中国)有限公司 一种超高温耐腐蚀防窜水泥浆及其应用
CN113683354A (zh) * 2021-09-22 2021-11-23 中国石油集团工程技术研究院有限公司 一种抗高温强度衰退抑制性油井水泥及其制备方法和应用
CN113683354B (zh) * 2021-09-22 2022-04-08 中国石油天然气集团有限公司 一种抗高温强度衰退抑制性油井水泥及其制备方法和应用
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
CN116410715A (zh) * 2021-12-31 2023-07-11 中国石油天然气股份有限公司 一种晶相改造型广谱抗超高温固井水泥浆及其应用
CN115093173A (zh) * 2022-06-16 2022-09-23 中国石油大学(华东) 油井水泥石微观结构仿生增强增韧调控方法与水泥浆体系及应用
CN115093173B (zh) * 2022-06-16 2023-09-08 中国石油大学(华东) 油井水泥石微观结构仿生增强增韧调控方法与水泥浆体系及应用
CN115504713A (zh) * 2022-09-09 2022-12-23 长江大学 一种用于井筒封堵的预固化树脂基高胶结韧性水泥浆及其制备方法和应用
CN115504713B (zh) * 2022-09-09 2023-06-16 长江大学 一种用于井筒封堵的预固化树脂基高胶结韧性水泥浆及其制备方法和应用

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