CN114368927B - 一种油井水泥用高温悬浮稳定剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油井水泥用高温悬浮稳定剂及其制备方法，涉及油气田开发固井材料技术领域。本发明提供的油井水泥用高温悬浮剂，由以下原料按重量份组成：气相二氧化硅35～50份，聚合氯化铝铁15～20份和凹凸棒份35～45份。其制备方法是将气相二氧化硅、聚合氯化铝铁和凹凸棒粉按照上述重量份比例进行干混，混合均匀后即得所述油井水泥用高温悬浮稳定剂。本发明的悬浮稳定剂可以保证水泥浆的高温稳定性，防止水泥浆出现沉降现象，且能够显著改善水泥浆在高温环境下稳定性差，稠度高等问题。与固井水泥其他外加剂之间具有良好的配伍性，满足现场施工需求。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发固井材料技术领域，更具体地说涉及一种油井水泥用高温悬浮剂及其制备方法。
背景技术
中国深层油气资源潜力巨大，深层油气资源已成为勘探开发的主要领域。然而，由于深层油气资源埋藏深，地层温度和压力高，固井将面临着突出的高温高密度水泥浆沉降失稳问题，固井水泥将高温沉降稳定性保持难度大。水泥浆在高温条件下，一方面由于内部聚合物外加剂易发生降解和热稀释作用，导致体系液相黏度降低，悬浮固相颗粒能力变差；另一方面由于高温下固相颗粒的布朗运动加剧，降低了固相颗粒间的结构里，导致水泥和外掺料颗粒在材料密度差的作用下易发生高温沉降失稳问题。水泥浆高温沉降失稳不仅关系到超深井固井施工作业安全，而且是影响固井质量、诱导环空气窜的重要因素之一。
公开日为2020年5月15日，公开号为CN111154034A，名称为“一种油井水泥专用高温悬浮剂及其制备方法”的发明专利申请公开文本，公开了一种油井水泥专用高温悬浮剂及其制备方法，由以下重量份的组分组成：2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸10～20份、乙烯基吡咯烷酮5～10份、丙烯酰胺晶体5～10份、去离子水60～80份、过硫酸钾0.01～0.05份、吊白粉0.01～0.05份、氢氧化钠2～5份、硅酸镁铝60～80份。
公开日为2020年10月23日，公开号为CN111807748A，名称为“高密度水泥浆用高温稳定剂及其制备方法”的发明专利申请公开文本，公开了一种高密度水泥浆用高温稳定剂及其制备方法，其中高温稳定剂包括以重量份计的76～84份的膨润土、10～14重量份的改性定优胶、6～10重量份的交联共聚物；改性定优胶采用苯乙烯磺酸钠和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸对定优胶进行接枝共聚得到；交联共聚物由2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵、N-乙烯基己内酰胺和二乙烯基苯共聚而成的交联共聚物，其分子量为7×105～9×105。
公开日为2017年9月19日，公开号为CN107177350A，名称为“耐高温隔离液悬浮稳定剂”的发明专利申请公开文本，公开了一种耐高温隔离液悬浮稳定剂包括55～60重量份的天然矿物、15～20重量份的改性定优胶、11～13重量份的高分子聚合物、8～13重量份的无机盐和10～15份的白炭黑。
公开日为2021年3月9日，公开号为CN112457831A，名称为“一种油井水泥石高温稳定剂及其应用”的发明专利申请公开文本，公开了一种油井水泥石高温稳定剂，包括如下质量百分比的各组分：沉淀二氧化硅40-60％；氧化铝粉30-40％；海泡石粉5-15％；玄武岩全切纤维5-10％；碳纳米管1-2％。
公开日为2015年12月30日，公开号为CN105199690A，名称为“一种油井水泥耐高温悬浮剂”的发明专利申请公开文本，公开了一种油井水泥耐高温悬浮剂；由钻井膨润土和一种疏水缔合水溶性聚合物按质量5:1复配制得；疏水缔合物是采用无皂乳液聚合方法合成的四元共聚物，聚合单体组成质量配比为：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸35～80份，丙烯酰胺10～60份，N，N—二甲基丙烯酰胺5～10份，含有疏水基团的单体5～20份。
上述现有技术中，针对油井水泥浆的高温沉降稳定性差的问题提出了各种解决方法，如：降低水灰比、颗粒优化级配、采用聚合物悬浮剂等。但仍然存在在超高温环境下效果不理想，材料成本高昂、稠度高等不足。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种油井水泥用高温悬浮稳定剂及其制备方法，本发明的发明目的在于解决现有油井水泥用悬浮稳定剂在超高温环境下效果不理想、稠度高等问题。本发明提供的油井水泥用高温悬浮剂，由以下原料按重量份组成：气相二氧化硅35～50份，聚合氯化铝铁15～20份和凹凸棒份35～45份。本发明的悬浮稳定剂可以保证水泥浆的高温稳定性，防止水泥浆出现沉降现象，且能够显著改善水泥浆在高温环境下稳定性差，稠度高等问题。与固井水泥其他外加剂之间具有良好的配伍性，满足现场施工需求。
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明是通过下述技术方案实现的。
本发明第一方面提供了一种油井水泥用高温悬浮稳定剂，该高温悬浮稳定剂由以下原料按重量份组成：
气相二氧化硅35～50份；
聚合氯化铝铁15～20份；
凹凸棒粉35～45份。
所述气相二氧化硅为白色粉末，SiO2含量＞90%，粒径＞1200目，且为亲水型。
所述聚合氯化铝铁为红褐色固体粉末，经二次球磨，目数＞325目，有效物质含量≥98%。
所述凹凸棒粉具有较强的吸附性，呈针状、纤维状或纤维集合状。
本发明第二方面提供了一种油井水泥用高温悬浮稳定剂的制备方法，该制备方法具体为：将气相二氧化硅、聚合氯化铝铁和凹凸棒粉按照上述重量份比例进行干混，混合均匀后即得所述油井水泥用高温悬浮稳定剂。
与现有技术相比，本发明所带来的有益的技术效果表现在：
1、本发明的油井水泥用高温悬浮稳定剂具有较好的水溶性，与水泥浆体之间具有较好的适应性。
2、本发明的油井水泥用高温悬浮稳定剂，使用的亲水型气相二氧化硅具有粒径小、比表面积大、表面活性高（其表面含有高活性Si-OH基团）的特点，气相二氧化硅表面存在大量硅醇键，可自身或与基材形成氢键，形成三维网状结构；聚合氯化铝铁极易溶于水，絮凝效果强，能够大大减少悬浮剂用量，凹凸棒粉由于特殊的晶体结构，具有很强的吸附作用。
3、在本发明中，气相二氧化硅可形成均匀的三维网状结构，使得体系中颗粒物质能够有着力点依托，防止颗粒下沉及结块；而凹凸棒粉由于其针状及纤维状的结构，穿插于三维网状结构之中，进一步加强了结构的稳定性及防止颗粒下沉的悬浮能力；聚合氯化铝铁极易溶于水，快速出现絮凝现象，提高浆体的黏度，使得浆体颗粒得以悬浮，并与之前的网状结构相结合增强本发明的悬浮稳定性；且三者的耐温性能好，提高了本发明的耐温能力，使其在高温下不会出现稀释及分解的现象。依据协同增效的作用原理，三者按照本申请特定的比例混合而成的悬浮稳定剂具有耐高温、用量小、高效用、成本低的特点。
4、本发明的油井水泥用高温悬浮稳定剂加入水泥浆体后，对浆体性能无不良影响，可以保证水泥浆的高温稳定性，防止水泥浆出现沉降现象，且能够显著改善水泥浆在高温环境下稳定性差，稠度高等问题。与固井水泥其他外加剂之间具有良好的配伍性，满足现场施工需求。
具体实施方式
下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
作为本发明一较佳实施例，本实施例公开了一种油井水泥用高温悬浮稳定剂，具体组成如下所示：
气相二氧化硅35份；
聚合氯化铝铁20份；
凹凸棒份45份；
将上述三种材料进行干混，干混均匀后即得所述油井水泥用高温悬浮稳定剂试样1#。其中，所述气相二氧化硅为白色粉末，SiO2含量＞90%，粒径＞1200目，且为亲水型。所述聚合氯化铝铁为红褐色固体粉末，经二次球磨，目数＞325目，有效物质含量≥98%。所述凹凸棒粉具有较强的吸附性，呈针状。
实施例2
作为本发明又一较佳实施例，本实施例公开了一种油井水泥用高温悬浮稳定剂，具体组成如下所示：
气相二氧化硅43份；
聚合氯化铝铁17份；
凹凸棒份45份；
将上述三种材料进行干混，干混均匀后即得所述油井水泥用高温悬浮稳定剂试样2#。其中，所述气相二氧化硅为白色粉末，SiO2含量＞90%，粒径＞1200目，且为亲水型。所述聚合氯化铝铁为红褐色固体粉末，经二次球磨，目数＞325目，有效物质含量≥98%。所述凹凸棒粉具有较强的吸附性，呈纤维状。
实施例3
作为本发明又一较佳实施例，本实施例公开了一种油井水泥用高温悬浮稳定剂，具体组成如下所示：
气相二氧化硅50份；
聚合氯化铝铁15份；
凹凸棒份35份；
将上述三种材料进行干混，干混均匀后即得所述油井水泥用高温悬浮稳定剂试样3#。其中，所述气相二氧化硅为白色粉末，SiO2含量＞90%，粒径＞1200目，且为亲水型。所述聚合氯化铝铁为红褐色固体粉末，经二次球磨，目数＞325目，有效物质含量≥98%。所述凹凸棒粉具有较强的吸附性，呈纤维集合状。
实施例4
本实施例是将实施例1-3中得到的油井水泥用高温悬浮稳定剂加入水泥浆中，按照下述配方进行210℃实验：G级油井水泥（以G级油井水泥100%计）+35%石英砂+0.5%悬浮稳定剂+2%高温缓凝剂+6%高温降失水剂；其中，悬浮稳定剂分别选用实施例1-3中的1#试样、2#试样、3#试样和温轮胶，高温缓凝剂为AMPS聚合物，高温降失水剂为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸类聚合物；G级油井水泥由嘉华特种水泥股份有限公司提供。上述所制得的水泥浆的工程性能如下表所示：
根据上表中的实验数据，可以得出不加悬浮稳定剂或者加入温轮胶的水泥浆体上下密度差远大于实施例1-3水泥浆体的上下密度差。本发明提供的悬浮剂样品不仅可以显著改善水泥浆稳定性，还能在一定程度上降低高温抗压强度的衰退。实验证明，本发明的油井水泥用高温悬浮稳定及可以有效解决水泥浆的稳定性问题，在210℃下仍具有良好的悬浮能力，对水泥浆其他性能无不良影响，是一种综合性能良好的耐高温悬浮剂。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种油井水泥用高温悬浮稳定剂，其特征在于：该高温悬浮稳定剂由以下原料按重量份组成：
气相二氧化硅35～50份；
聚合氯化铝铁15～20份；
凹凸棒粉35～45份；
所述气相二氧化硅为白色粉末，SiO2含量＞90%，粒径＞1200目，且为亲水型；
所述聚合氯化铝铁为红褐色固体粉末，经二次球磨，目数＞325目，有效物质含量≥98%；所述凹凸棒粉呈针状、纤维状或纤维集合状。
2.如权利要求1所述的一种油井水泥用高温悬浮稳定剂的制备方法，其特征在于：该制备方法具体为：将气相二氧化硅、聚合氯化铝铁和凹凸棒粉按照上述重量份比例进行干混，混合均匀后即得所述油井水泥用高温悬浮稳定剂。
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