CN112408845B - 用于水泥浆的分散液、水泥浆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抑制油井水泥环固化收缩的分散液、抑制固化收缩的水泥浆及其制备方法。本发明的多级粒径纳米颗粒分散液粘度小于0.15Pa·s,稳定期可达1年以上。本发明的抑制固化收缩的水泥浆,稠化可调性好,水泥浆易配制,水泥浆固化后的收缩率可以降低80%以上,渗透率降低85%以上,可以有效解决油井水泥环的界面密封失效问题。

Description

用于水泥浆的分散液、水泥浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及石油固井领域,特别涉及一种用于水泥浆的分散液、水泥浆及其制备方法。
背景技术
油井水泥环固化后,水化反应仍会在很长一段时期内持续发生,导致油井水泥环体积收缩。主要的固化收缩机理为:①水化反应产物体积减小;②水化反应会消耗凝胶孔内的水分,在毛细管压力作用下产生孔收缩。0.44水灰比配制的油井水泥浆固化体积收缩率一般在2-3%。这种体积收缩现象将使水泥与地层之间、套管与地层之间的两个界面上出现1微米的间隙,这种收缩直接影响着水泥环对地层的封隔能力。
CN104818007A(专利申请号CN201510112506.6,专利名称油井水泥气体膨胀剂)介绍了一种固井用气体膨胀剂,偶氮化合物作为气源,通过添加助气剂使其在一定温度的碱性条件下反应放出氮气而产生膨胀效果。CN104099071A(专利申请号CN201310114265.X,专利名称一种水平井固井膨胀水泥浆及其制备方法)介绍了一种固井膨胀水泥浆,其膨胀剂剂为矾石类、氧化镁类、氧化钙类、氧化铁类和铝粉类中的一种或几种复合。CN105601141A(专利申请号CN201510985523.0,专利名称一种油井水泥用膨胀剂及其制备方法)介绍了一种固井用高温水泥浆膨胀剂,膨胀剂的主要组分为钙镁类矿物复配。
以上这些方法提供的膨胀剂或者膨胀水泥浆仅能对水泥浆的水化体积收缩进行补偿,并没有一种有效的抑制收缩方法。同时,发气膨胀剂、钙矾石类膨胀剂不能用到高温深井中,钙镁类的晶格膨胀剂会在水泥环界面处产生聚集和定向排列,破坏界面胶结物。
常规的解决方法是水泥中添加膨胀剂。凝固后能够适度膨胀的水泥体系,可作为一种补偿微环隙的方法,膨胀剂在水泥浆整个候凝段和凝固后都能保持一定程度的膨胀。目前较常用的油井水泥膨胀剂都存在一定的局限性:①钙矾石类膨胀剂。水泥反应生成钙铝矾晶体,但在温度超过75℃时,钙铝矾晶体是不稳定的,并转为更致密的硫代铝酸钙水化物和石膏,起不到膨胀作用;②发气膨胀剂。这类膨胀剂只能在浅井中应用,在深井中,地层温度越高,生成气体的速度越快,同时,地层压力将超过气泡的膨胀压力,限制了该类膨胀剂的应用。③晶格膨胀剂(氧化钙和氧化镁)。这类膨胀剂应用最为广泛。研究表明(步玉环,柳华杰,宋文宇.晶格膨胀剂对水泥—套管界面胶结性能的影响实验[J].石油学报,2011,32(6):1067-1071),晶格膨胀剂的加入虽然可以弥补水泥石体积的收缩但是并不能有效改善胶结质量,晶体在水泥环界面处存在聚集和定向排列现象,破坏水泥环界面胶结结构。同时,这些晶格膨胀剂尺度较大,水化反应与水泥水化的反应不一致,会破坏水泥石的内部微观结构,导致其强度降低。
发明内容
目前,油气井固井行业使用几类膨胀剂对水泥浆的水化体积收缩进行补偿,并没有一种有效的抑制收缩方法。
为此,本发明第一方面提供了一种用于水泥浆的分散液,其中,包括多级粒径纳米颗粒。
在本发明的一些实施方式中,优选地,所述多级粒径纳米颗粒的粒径分布在10nm至200nm的范围内,平均粒径在40nm至80nm的范围内。
在本发明的一些实施方式中,优选地,以重量计,所述多级粒径颗粒占所述分散液的10-80%。
在本发明的一些实施方式中,进一步优选地,以重量计,所述多级粒径颗粒占所述分散液的30-70%。
在本发明的一些实施方式中,所述多级粒径纳米颗粒为球形颗粒;
在本发明的一些实施方式中,优选地,所述多级粒径纳米颗粒选自粒径为5-15nm、20-40nm、40-60nm、70-90nm、90-110nm、150-250nm的球形颗粒的一种或多种。
在本发明的一些实施方式中,进一步优选地,所述多级粒径纳米颗粒选择粒径为10nm、30nm、50nm、80nm、100nm、200nm的球形颗粒的一种或多种。
在本发明的一些实施方式中,所述多级粒径纳米颗粒为Fe2O3颗粒、Mn3O4颗粒中的一种或多种。
在本发明的一些实施方式中,所述多级粒径纳米颗粒优选为Fe2O3颗粒。
在本发明的一些实施方式中,所述分散液还包括水和pH调节剂。
在本发明的一些实施方式中,优选地,将所述水用所述pH调节剂调节pH至8-13;所述pH调节剂为碱。
在本发明的一些实施方式中,所述pH调节剂优选为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠中的一种或多种。
在本发明的一些实施方式中,所述分散液还包括任选组分阻聚剂、任选组分增粘剂、任选组分稳定助剂、任选组分杀菌剂。
在本发明的一些实施方式中,优选地,所述阻聚剂为聚羧酸盐。
在本发明的一些实施方式中,进一步优选地,所述阻聚剂为聚羧酸钠;
在本发明的一些实施方式中,优选地,所述增粘剂为工业增粘剂。
在本发明的一些实施方式中,所述增粘剂进一步优选为黄原胶、聚丙烯酰胺中的一种或多种。
在本发明的一些实施方式中,优选地,所述稳定助剂为乙醇、异丙醇、乙二醇、丙二醇、二甘醇中的一种或多种。
在本发明的一些实施方式中,优选地,所述杀菌剂为甲醛、糠菌唑、环丙唑醇、苯氧菌胺中的一种或多种。
在本发明的一些实施方式中,进一步优选地,以重量计,所述阻聚剂占所述多级粒径纳米颗粒的0.1-10%。
在本发明的一些实施方式中,进一步优选地,以重量计,所述增粘剂占所述多级粒径纳米颗粒的0.1-0.5%。
在本发明的一些实施方式中,进一步优选地,以重量计,所述稳定助剂占所述多级粒径纳米颗粒的5-20%。
在本发明的一些实施方式中,进一步优选地,以重量计,所述杀菌剂占所述多级粒径纳米颗粒的0.01-0.5%。
在本发明的一些实施方式中,所述分散液的粘度<0.15Pa·s。
油井水泥环固化后的孔隙直径为纳米量级,主要分布在10nm-100nm之间,平均孔径为60nm左右,孔隙体积为20-30%左右。在配制水泥浆时,使用足量的尺寸适当的纳米Fe2O3材料,则可以显著抑制固化后的体积收缩行为。作用原理可以分为两个方面。其一,限位作用。足量的纳米三氧化二铁颗粒,填充在水泥颗粒间,水泥水化体积收缩效果会受到这些颗粒的限制。其二,支撑作用。水泥浆固化后的水化反应会消耗孔隙内的残余水分从而产生孔收缩,大量的纳米三氧化二铁硅颗粒填充在这些孔隙里,也起到了支撑孔隙的作用,可以抑制孔收缩作用。
这种可以抑制固井水泥环收缩的多级粒径纳米Fe2O3分散液是以复配多种粒径的纳米球形三氧化二铁材料为原料制成。纳米材料通常都是以团聚体的形式存在,团聚体的粒径都在微米量级,无法达到抑制收缩的目的,必须采用分散技术、阻聚技术等方法加以制备而成,使纳米三氧化铁能有效填充在水泥孔隙里。因此,以纳米三氧化铁为原料,制备可以抑制固井水泥环收缩的分散液材料时,(1)利用物理分散方法破坏纳米三氧化二铁颗粒间的团聚体如:高速搅拌分散、超声分散技术,将纳米三氧化二铁颗粒团聚体分散开。(2)调整水相pH值,增加纳米三氧化二铁颗粒的zeta电位,提高颗粒间的静电斥力,防止颗粒间的二次团聚。(3)需要加入阻聚剂和增粘剂来预防颗粒间的二次团聚。其中,高分子阻聚剂通过吸附在颗粒表面,增加颗粒间的空间位阻斥力,阻止颗粒间二次团聚;增粘剂主要为高分子增粘型聚合物增加基液粘度,提高颗粒间布朗运动阻力,延缓颗粒二次团聚。
本发明第二方面提供了第一方面所述的分散液的制备方法,包括以下步骤:
A向水中加入pH调节剂,调节水的pH值在8-13之间;
B任选加入阻聚剂/或增粘剂;
C将所述水溶液b与纳米三氧化二铁混合分散;
D任选加入稳定助剂/或杀菌剂,搅拌均匀。
在本发明的一些实施方式中,优选地,所述水为蒸馏水;
在本发明的一些实施方式中,优选地,与纳米三氧化二铁混合分散在分散搅拌机中进行。
本发明第三方面提供了一种抑制固化收缩的水泥浆,其中,包括第一方面所述的分散液。
在本发明的一些实施方式中,以重量计,所述分散液占所述水泥浆的1-40%。
在本发明的一些实施方式中,优选地,以重量计,所述分散液占所述水泥浆的4-25%。
在本发明的一些实施方式中,包括油井水泥、水和任选组分油井水泥降失水剂、任选组分油井水泥分散剂、任选组分油井水泥缓凝剂、任选组分消泡剂。
在本发明的一些实施方式中,优选地,所述油井水泥降失水剂为AMPS类的共聚物。
在本发明的一些实施方式中,优选地,所述油井水泥分散剂为酮醛缩合物。
在本发明的一些实施方式中,优选地,所述油井水泥缓凝剂为有机酸类物质。
在本发明的一些实施方式中,优选地,所述消泡剂为有机硅油类物质。
在本发明的一些实施方式中,包括:
组分A:水8-28重量份、分散液5-14.5重量份、油井水泥浆降失水剂1.3-4重量份、油井水泥缓凝剂0.07-0.6重量份、油井水泥分散剂0.2-1重量份、消泡剂0.07-0.3重量份;
组分B:油井水泥65-71重量份;
其中,组分A和组分B的重重比为(0.4-0.5):1。
在本发明的一些实施方式中,所述水优选为自来水。
在本发明的一些实施方式中,所述油井水泥优选为G级油井水泥。
本发明第四方面提供了一种根据第一方面所述的水泥浆的制备方法,包括以下步骤:
S1,将水、分散液、油井水泥浆降失水剂、油井水泥缓凝剂、油井水泥分散剂、消泡剂混合,得到料液;
S2,将所述料液与油井水泥配制成常规密度的水泥浆。
在本发明的一些实施方式中,优选地,所述混合为在储罐中泵循环至少两个小时。
在本发明的一些实施方式中,优选地,所述料液与油井水泥的重量比例为(0.4-0.5):1。
本发明中,水泥固化后的孔隙以纳米孔隙为主,对纳米颗粒进行分散处理,可以充分发挥纳米颗粒的尺度优势,充分填充在水泥孔隙里。本发明强调将多级粒径的纳米颗粒进行复配使用,可以对不同大小的孔隙进行填充;本发明采用纳米三氧化二铁和四氧化三锰,不参与水泥的水化反应,可以提供长期的限位作用与支撑作用。
本发明的多级粒径纳米Fe2O3分散液粘度小于0.15Pa·s,稳定期可达1年以上。本发明的抑制固化收缩水泥浆,稠化可调性好,水泥浆易配制,水泥浆固化后的收缩率可以降低80%以上,渗透率降低85%以上,可以有效解决油井水泥环的界面密封失效问题。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案以及优点更加容易理解,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下列实施例中未提及的具体实验方法,通常按照常规实验方法进行。
以下实施例中,采用的纳米三氧化二铁,Fe2O3≥98%,CaO≤0.5%,Al2O3≤0.5%,颗粒呈球形。
实施例1
在220Kg的蒸馏水中加入碳酸钠,使溶液的pH值为8.0,加入2.5Kg的聚羧酸钠、1.25Kg聚丙烯酰胺搅拌均匀,加入250Kg球形纳米三氧化二铁(其中,10nm的三氧二铁20Kg、30nm的三氧二铁50Kg,50nm三氧二铁50Kg、80nm三氧二铁50Kg、100nm三氧二铁50Kg、200nm三氧二铁30Kg),在搅拌分散机中以1400r/min的转速搅拌分散30分钟,加入25Kg乙二醇,加入0.3Kg环丙唑醇,搅拌均匀,即制得50%(wt%)多级粒径纳米Fe2O3分散液。浆料的密度为1.67/cm3,平均粒径86.2nm,粘度为0.083Pa·s。室温下经重力沉降一年内,多级粒径纳米Fe2O3分散液没有沉淀且仍有流动性。
密度为1.92g/cm3的抑制固化收缩水泥浆防窜水泥浆的制备方法(以10立方水泥浆计):①将自来水2.75吨、多级粒径纳米氧化铁分散液2.28吨、油井水泥浆降失水剂0.73吨、油井水泥缓凝剂0.07吨、油井水泥分散剂0.13吨、消泡剂0.04吨分别投入储罐中泵循环至少两个小时成料液备用;②将G级油井水泥13.2吨水泥存放于水泥灰罐中备用;③将上述料液与油井水泥按照0.46:1的重量比用固井设备配制成密度1.92g/cm3的抑制固化收缩油井水泥浆即可。
制备的水泥浆在80℃*50Mpa*40min条件下,稠化时间176min,API失水30mL,静胶凝过渡时间17min,48小时强度为25Mpa,固化后的28天的最终收缩率仅为0.37%,比常规油井水泥环的收缩率缩低了84.4%,水泥石的气测渗透率为0.043×10-3μm2,比常规油井水泥环的渗透率低了87.0%。
实施例2
在220Kg的蒸馏水中加入氢氧化钠,使溶液的pH值为10.0,加入5Kg的聚羧酸钠、1.5Kg聚丙烯酰胺搅拌均匀,加入340Kg球形纳米三氧化二铁(其中,10nm的三氧二铁20Kg、30nm的三氧二铁80Kg,50nm三氧二铁90Kg、80nm三氧二铁80Kg、100nm三氧二铁50Kg、200nm三氧二铁20Kg),在搅拌分散机中以1400r/min的转速搅拌分散30分钟,加入25Kg丙二醇,加入0.6Kg甲醛,搅拌均匀,即制得60%(wt%)多级粒径纳米Fe2O3分散液。浆料的密度为1.86/cm3,平均粒径73.1nm,粘度为0.098Pa·s。室温下经重力沉降一年内,多级粒径纳米Fe2O3分散液没有沉淀且仍有流动性。
密度为1.93g/cm3的固井用防窜水泥浆的制备方法(以10立方水泥浆计):①将自来水4.3吨、多级粒径纳米Fe2O3分散液0.8吨、油井水泥浆降失水剂1.17吨、油井水泥缓凝剂0.11吨、油井水泥分散剂0.21吨、消泡剂0.07吨分别投入储罐中泵循环至少两个小时成料液备用;②将G级油井水泥14吨水泥存放于水泥灰罐中备用;③将上述料液与油井水泥按照0.41:1的质量比用固井设备配制成密度1.98g/cm3的纳米二氧化硅乳液防窜水泥浆即得到固井用防窜水泥浆。
制备的水泥浆在80℃*50Mpa*40min条件下,稠化时间168min,API失水30mL,静胶凝过渡时间17min,48小时强度为25Mpa,固化后的28天的最终收缩率仅为0.29%,比常规油井水泥环的收缩率缩低了93.5%,水泥石的气测渗透率为0.025×10-3μm2,比常规油井水泥环的渗透率低了92.4%。
实施例3
在220Kg的蒸馏水中加入碳酸钠,使溶液的pH值为10.0,加入2.5Kg的聚羧酸钠、1.25Kg聚丙烯酰胺搅拌均匀,加入250Kg球形四氧化三锰(其中,30nm的四氧化三锰80Kg,50nm四氧化三锰50Kg、80nm四氧化三锰50Kg、100nm四氧化三锰70Kg),在搅拌分散机中以1400r/min的转速搅拌分散30分钟,加入25Kg乙二醇,加入0.3Kg环丙唑醇,搅拌均匀,即制得50%(wt%)多级粒径纳米Fe2O3分散液。浆料的密度为1.67/cm3,平均粒径69.7nm,粘度为0.076Pa·s。室温下经重力沉降一年内,多级粒径纳米四氧化三锰分散液没有沉淀且仍有流动性。
密度为1.92g/cm3的抑制固化收缩水泥浆防窜水泥浆的制备方法(以10立方水泥浆计):①将自来水2.75吨、多级粒径纳米四氧化三锰分散液2.28吨、油井水泥浆降失水剂0.73吨、油井水泥缓凝剂0.07吨、油井水泥分散剂0.13吨、消泡剂0.04吨分别投入储罐中泵循环至少两个小时成料液备用;②将G级油井水泥13.2吨水泥存放于水泥灰罐中备用;③将上述料液与油井水泥按照0.46:1的重量比用固井设备配制成密度1.92g/cm3的抑制固化收缩油井水泥浆即可。
制备的水泥浆在80℃*50Mpa*40min条件下,稠化时间176min,API失水30mL,静胶凝过渡时间17min,48小时强度为25Mpa,固化后的28天的最终收缩率仅为0.39%,比常规油井水泥环的收缩率缩低了91.3%,水泥石的气测渗透率为0.039×10-3μm2,比常规油井水泥环的渗透率低了88.2%。
实施例4
在50Kg的蒸馏水中加入碳酸钠,使溶液的pH值为10.0,加入12Kg的聚羧酸钠、1Kg聚丙烯酰胺搅拌均匀,加入300Kg球形200nm的纳米三氧化二铁,在搅拌分散机中以1400r/min的转速搅拌分散30分钟,加入45Kg乙二醇,加入0.3Kg环丙唑醇,搅拌均匀,即制得73.5%(wt%)的单级粒径纳米Fe2O3分散液。浆料的密度为3.9/cm3,粘度为0.067Pa·s。室温下经重力沉降一年内,单级粒径纳米Fe2O3分散液没有沉淀且仍有流动性。
密度为1.94g/cm3的抑制固化收缩水泥浆防窜水泥浆的制备方法(以10立方水泥浆计):①将自来水4.21吨、单级粒径纳米氧化铁分散液0.8吨、油井水泥浆降失水剂1.2吨、油井水泥缓凝剂0.07吨、油井水泥分散剂0.13吨、消泡剂0.04吨分别投入储罐中泵循环至少两个小时成料液备用;②将G级油井水泥13吨水泥存放于水泥灰罐中备用;③将上述料液与油井水泥按照0.45:1的质量比用固井设备配制成密度1.94g/cm3的抑制固化收缩油井水泥浆即可。
制备的水泥浆在80℃*50Mpa*40min条件下,稠化时间210min,API失水36mL,静胶凝过渡时间17min,48小时强度为23Mpa,固化后的28天的最终收缩率为3.8%,比常规油井水泥环的收缩率缩低了15.6%,水泥石的气测渗透率为0.193×10-3μm2,比常规油井水泥环的渗透率低了41.2%。
实施例5
在220Kg的蒸馏水中加入碳酸钠,使溶液的pH值为8.0,不加入聚羧酸钠和聚丙烯酰胺,搅拌均匀,加入250Kg球形纳米三氧化二铁(其中,10nm的三氧二铁20Kg、30nm的三氧二铁50Kg,50nm三氧二铁50Kg、80nm三氧二铁50Kg、100nm三氧二铁50Kg、200nm三氧二铁30Kg),在搅拌分散机中以1400r/min的转速搅拌分散30分钟,加入25Kg乙二醇,加入0.3Kg环丙唑醇,搅拌均匀,即制得50%(wt%)多级粒径纳米Fe2O3分散液。浆料的密度为1.67/cm3,测试平均粒径为890.4nm,颗粒未分散开,无流动性,呈糊状,无法用于配制水泥浆。
应当注意的是,以上所述的实施例仅用于解释本发明,并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述,但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇,而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改,以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例,但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例,相反,本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (28)

1.一种用于水泥浆的分散液,其中,包括多级粒径纳米颗粒、阻聚剂、增粘剂、水和pH调节剂;所述多级粒径纳米颗粒的粒径分布在10nm至200nm的范围内,平均粒径在40nm至80nm的范围内,所述pH调节剂用于将所述水调节pH至8-13;
其中,所述多级粒径纳米颗粒为Fe2O3颗粒、Mn3O4颗粒中的一种或多种;所述阻聚剂为聚羧酸盐,所述增粘剂为工业增粘剂。
2.根据权利要求1所述的分散液,其特征在于,以重量计,所述多级粒径纳米颗粒占所述分散液的10-80%。
3.根据权利要求1所述的分散液,其特征在于,以重量计,所述多级粒径纳米颗粒占所述分散液的30-70%。
4.根据权利要求1所述的分散液,其特征在于,所述多级粒径纳米颗粒为球形颗粒。
5.根据权利要求4所述的分散液,其特征在于,所述多级粒径纳米颗粒选自粒径为5-15nm、20-40nm、40-60nm、70-90nm、90-110nm、150-250nm的球形颗粒的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的分散液,其特征在于,所述多级粒径纳米颗粒选自粒径为10nm、30nm、50nm、80nm、100nm、200nm的球形颗粒的一种或多种。
7.根据权利要求1-6任一所述的分散液,其特征在于,所述多级粒径纳米颗粒为Fe2O3颗粒。
8.根据权利要求1-6任一所述的分散液,其特征在于,所述pH调节剂为碱。
9.根据权利要求1-6任一所述的分散液,其特征在于,所述pH调节剂为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠中的一种或多种。
10.根据权利要求1-6任一所述的分散液,其特征在于,所述分散液还包括任选组分稳定助剂、任选组分杀菌剂。
11.根据权利要求1-6任一所述的分散液,其特征在于,所述阻聚剂为聚羧酸钠,和/或所述增粘剂为黄原胶、聚丙烯酰胺中的一种或多种。
12.根据权利要求10所述的分散液,其特征在于,所述稳定助剂为乙醇、异丙醇、乙二醇、丙二醇、二甘醇中的一种或多种;和/或,所述杀菌剂为甲醛、糠菌唑、环丙唑醇、苯氧菌胺中的一种或多种。
13.根据权利要求10所述的分散液,其特征在于,以重量计,所述阻聚剂占所述多级粒径纳米颗粒的0.1-10%,所述增粘剂占所述多级粒径纳米颗粒的0.1-0.5%,所述稳定助剂占所述多级粒径纳米颗粒的5-20%,所述杀菌剂占所述多级粒径纳米颗粒的0.01-0.5%。
14.根据权利要求1-6任一所述的分散液,其特征在于,所述分散液的粘度<0.15Pa·s。
15.根据权利要求1-14任一所述的分散液的制备方法,包括以下步骤:
A向水中加入pH调节剂,调节水的pH值在8-13之间;
B加入阻聚剂和增粘剂;
C与纳米三氧化二铁和/或四氧化三锰混合分散;
D任选加入稳定助剂/或杀菌剂,搅拌均匀。
16.根据权利要求15所述的制备方法,其特征在于,步骤A中所述水为蒸馏水;和/或步骤C中与纳米三氧化二铁和/或四氧化三锰混合分散在分散搅拌机中进行。
17.一种抑制固化收缩的水泥浆,其中,包括根据权利要求1-14任一所述的分散液。
18.根据权利要求17所述的水泥浆,其特征在于,以重量计,所述分散液占所述水泥浆的1-40%。
19.根据权利要求17所述的水泥浆,其特征在于,以重量计,所述分散液占所述水泥浆的4-25%。
20.根据权利要求17所述的水泥浆,其特征在于,包括油井水泥、水和任选组分油井水泥降失水剂、任选组分油井水泥分散剂、任选组分油井水泥缓凝剂、任选组分消泡剂。
21.根据权利要求20所述的水泥浆,其特征在于,所述油井水泥降失水剂为AMPS类的共聚物。
22.根据权利要求20所述的水泥浆,其特征在于,所述油井水泥分散剂为酮醛缩合物。
23.根据权利要求20所述的水泥浆,其特征在于,所述油井水泥缓凝剂为有机酸类物质。
24.根据权利要求20所述的水泥浆,其特征在于,所述消泡剂为有机硅油类物质。
25.根据权利要求17-24中任一项所述的水泥浆,其特征在于,包括:
组分A:水8-28重量份、分散液5-14.5重量份、油井水泥浆降失水剂1.3-4重量份、油井水泥缓凝剂0.07-0.6重量份、油井水泥分散剂0.2-1重量份、消泡剂0.07-0.3重量份;组分B:油井水泥65-71重量份;其中,组分A和组分B的重量比为(0.4-0.5):1。
26.根据权利要求25所述的水泥浆,其特征在于,组分A中所述水为自来水;和/或组分B中所述油井水泥为G级油井水泥。
27.一种根据权利要求17-26任一所述的水泥浆的制备方法,包括以下步骤:
S1,将水、分散液、油井水泥浆降失水剂、油井水泥缓凝剂、油井水泥分散剂、消泡剂混合,得到料液;
S2,将所述料液与油井水泥配制成常规密度的水泥浆。
28.根据权利要求27所述的水泥浆的制备方法,其特征在于,步骤S1中所述混合通过在储罐中泵循环至少两个小时实现;和/或步骤S2中所述料液与油井水泥的重量比例为(0.4-0.5):1。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115959854A (zh) * 2021-10-09 2023-04-14 中石化石油工程技术服务有限公司 一种固井用纳米氧化镁分散液、水泥浆及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1704559A (zh) * 2004-05-25 2005-12-07 中国石油化工股份有限公司河南油田分公司石油工程技术研究院 高强度易溶解纳米堵水剂
CN101792660A (zh) * 2010-03-04 2010-08-04 大庆石油管理局 一种多功能纳米油井水泥浆
CN105295878A (zh) * 2014-07-21 2016-02-03 中国石油化工股份有限公司 一种纳米二氧化硅乳化堵水剂及其应用
CN106634912A (zh) * 2016-12-23 2017-05-10 成都理工大学 一种纳米暂堵液及其制备方法和一种解堵液
CN108163899A (zh) * 2017-12-18 2018-06-15 翟琳 一种稳定型铁红密封固化剂及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8499837B2 (en) * 2009-03-30 2013-08-06 Chevron U.S.A. Inc. Nanoparticle-densified Newtonian fluids for use as cementation spacer fluids and completion spacer fluids in oil and gas wells

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1704559A (zh) * 2004-05-25 2005-12-07 中国石油化工股份有限公司河南油田分公司石油工程技术研究院 高强度易溶解纳米堵水剂
CN101792660A (zh) * 2010-03-04 2010-08-04 大庆石油管理局 一种多功能纳米油井水泥浆
CN105295878A (zh) * 2014-07-21 2016-02-03 中国石油化工股份有限公司 一种纳米二氧化硅乳化堵水剂及其应用
CN106634912A (zh) * 2016-12-23 2017-05-10 成都理工大学 一种纳米暂堵液及其制备方法和一种解堵液
CN108163899A (zh) * 2017-12-18 2018-06-15 翟琳 一种稳定型铁红密封固化剂及其制备方法

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