CN115093173A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

本发明公开了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。本发明油井水泥浆体系借鉴珍珠母贝壳外壳组织的微观结构特点，利用水化形核调节剂、水化形貌诱导剂、晶体增强剂和晶体粘结剂四种关键添加剂，分别从纳观、微观、细观和宏观上对水泥石微观结构进行有效调控，使油井水泥石中形成与珍珠母贝壳组织作用相同的仿生力学增强增韧结构，建立了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。利用该方法所形成的水泥石具有“几何互锁”仿生结构特点，能够在水泥石受破坏过程中利用“矿物桥接”、“裂纹偏转”和“增加破坏能”等作用，使油井水泥石的抗压强度、抗折强度和韧性等力学性能大幅度显著提升。

Description

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
技术领域
本发明涉及油气田开发技术领域，特别适用于固井水泥环易受压力破坏、对油气井水泥环弹韧性要求高的油气资源开发作业环境。
背景技术
井筒密封完整性对于油气田生产开发过程至关重要，但随着油气勘探开发目标越来越复杂，固井水泥环的完整性面临严峻挑战。特别是在复杂深层天然气井、非常规油气水平井和储气库井中，水泥石环受力非常复杂，通常面临着高的液压应力、热应力，还得经受高达几十次的高载荷重复冲击。然而，油井水泥石却是一种脆性材料，存在抗拉强度低、抗破裂性能差和抗冲击韧性低等固有缺陷，固井水泥环的完整性非常容易被破坏，使井筒的密封完整性失效，严重影响油气资源的正常生产、安全和效益。
传统固井作业为了满足分段压裂后水泥环的密封完整性，通常在固井水泥浆掺入弹性粒子、胶乳或纤维等，改善水泥石的脆性，降低弹性模量，形成弹韧性水泥石，取得了一定的效果。随着我国油气勘探开发增储上产工作的不断推进，复杂井筒环境下对固井水泥环的力学性能提出了更高的要求，能够承受高强度交变应力、有较高折压比和优良韧性的水泥浆已成为研究热点。
中国专利CN109761547A公开了一种适合页岩气水平井大型分段压裂用固井水泥浆体系，该技术将橡胶颗粒进行表面改性以增强亲水性，水泥石弹性模量小于6GPa。然而橡胶颗粒自身耐温性较差，难以应用于高温深井固井。
公开号为CN112939527A的中国专利公开了一种固井用超高强度韧性水泥浆体系及其制备与应用，该发明向水泥浆体系中加入晶须、微硅、石英砂和偏高岭土等材料，水泥石具有超高强度(抗压强度高达80MPa)等特性，能够很好地满足深层页岩气、高温深井等固井要求，可避免因高温强度引起的水泥石强度衰退。但对该水泥浆体系的水化进程的认识与水泥石微观结构的认识不足，只是多种材料的优化组合，无法形成一般使用的微观结构调控与强度提升方法。
公开号为CN110938171B的中国专利公开了一种固井用纳米纤维素的改性方法，该发明添加特定用量的水性单体通过聚合反应，对纳米纤维素颗粒表面进行改性，使改性后的纳米纤维素能够均匀分散于水泥浆体系中，通过封堵水泥颗粒之间的孔隙，纳米纤维素颗粒的增强增韧效应得到有效发挥。但是单掺纳米材料对于力学性能的提升仍然有限，且加量过大时水泥浆易变稠，导致无法泵送。
公开号为CN112174568A的中国专利公开了一种固井用改性增韧材料，使用纤维材料70～90％，支链淀粉类有机分散助剂5～10％和富硅无机分散助剂5～20％。该发明的发明目的在于提供一种固井用改性增韧材料，可以使纤维在水泥材料等凝胶材料中分散，减少团聚，加大纤维在水泥基材料中的使用比例，改善水泥浆抗压强度、抗裂性、韧性、耐久性、减少收缩。该发明主要改善纤维的分散问题，纤维主要是提高水泥石抗折强度，对水泥石强度、渗透率、微观结构等并没有实质影响和提升，仍属于传统水泥石力学改善方法。
综上所述，现有专利所代表的技术通过向水泥浆加入硅质化学活性材料、晶须纤维增强增韧材料、聚合物改性分散剂和高效减阻剂提升水泥石力学性能等方法，都属于传统水泥石力学改性方法，没有接合水泥水化产物形貌、堆积状态和微观结构上来综合考虑，无法从不同尺度、不同堆积状态、不同微观结构上形成高效的力学性能增强增韧方法，未能从微观结构具体揭示各种添加材料作用机理以及强度提升规律，对于水化进程的调控机理与微观结构的改善的认识不足，水泥石的强度与弹韧性亟需进一步改善提升。
珍珠母贝壳外壳因其有机与无机材料交替排布、层间几何互锁的波纹突起和矿物桥等独特的微观结构使其能够承受巨大交变应力、具有优良的韧性，对于水泥胶凝材料提升力学性能具有重要指导意义。本专利创新性地借鉴与利用珍珠母贝壳仿生结构力学增强增韧的原理，通过发明制备出水化形核调节剂、水化形貌诱导剂、晶体增强剂和晶体粘结剂四种关键水泥石仿生改性添加剂，调节水化产物微观结构，形成均匀有序的仿生“砖泥组织”和“矿物桥”结构，能够通过“桥联”、“裂缝偏转”、“减少结构缺陷”和“增加破坏能”等机制提升宏观的力学性能。
随着复杂油气藏的大规模开发和储气库的大量建设，对于固井质量提出了更高的要求，现有技术对于水泥环抗压强度、抗折强度和弹韧性的提升有限，微观结构仿生调控的油井水泥增强增韧体系对于保障油气井水泥环完整性、阻断油气水窜流、延长油气井寿命具有重要作用，为未来固井质量的提升奠定了坚实的基础和技术支持。
发明内容
本发明针对固井水泥环强度低、韧性差、在后期作业中井筒完整性被严重破坏的问题，在现有对固井水泥水化进程控制、水化产物多层次微观结构调控、力学性能提升的研究基础上，根据珍珠母贝壳仿生结构力学增强增韧的原理，运用不同纳米材料、微米材料、晶种材料和有机聚合物等，结合现代材料制备技术，发明制备出水化形核调节剂、水化形貌诱导剂、晶体增强剂和晶体粘结剂四种关键水泥石仿生改性添加剂。所发明的四种关键水泥石仿生改性添加剂能够从纳观、微观、细观和宏观上对油井水泥水化产物形貌、大小、堆积状态进行有效调节，从而对水泥石微观结构进行有效调控，使油井水泥石中形成与珍珠母贝壳组织作用相同的仿生力学增强增韧结构，实现对油井水泥石仿生增强增韧力学性能改性目标，显著提升水泥石的强度和韧性。
为使水泥石形成仿生高强高韧结构，本专利中向固井水泥浆中加入的晶体粘结剂和形核调节剂在水泥水化早期水泥浆基体中形成网状结构，阻碍了水分子和钙离子的扩散运动，纳米级化学活性材料与水化产物反应生成水化硅酸钙，前者延缓了水泥的水化进程，后者加速了水泥的水化进程，两者协同作用保证了固井作业中水泥浆体水化进程的安全可控。
为优化水泥石水化微观形貌、改变氢氧化钙和钙钒石的沉积结构，本专利公开的微观结构仿生调控的油井水泥增强增韧体系中加入了含羟基和羧基的水化形貌诱导剂，减弱了有害产物空间分布和降低了取向度，与水化形核调节剂共同作用，生成更多、紧密排列的水化硅酸钙产物。
为改善水泥石的抗拉强度各抗折强度，本专利公开的微观结构仿生调控的油井水泥增强增韧体系中加入了晶体增强剂和晶体粘结剂，相比于仅加入普通增韧材料，加入晶体增强剂和晶体粘结剂更均匀的分散于水泥浆体基质中，更大可能的分布于微裂缝之间，正硅酸乙酯分解产生的纳米二氧化硅附着于晶体或纤维表面，水化反应过程中水化硅酸钙与晶体嵌合的更加紧密，两种机理共同作用在微米级尺度最大程度的增强了晶体桥接和拨出作用，在水泥石受拉、受压破坏过程中增加了破坏能。
本发明结合珍珠母贝壳外壳组织微观结构，运用纳米化学活性材料、微米材料、晶体材料、纤维和聚合物粘结剂等共同协同作用下，形成有序的水化产物结构、细化微裂纹、填充有害空隙、桥接裂缝、发挥拨出效应，最终改善水泥石的力学性能，达到高强度和低弹性模量。配合减阻剂、消泡剂、缓凝剂共同作用，形成可以满足固井作业的微观结构仿生调控的油井水泥增强增韧体系，对于固井质量提升具有重要作用。
为了实现本发明目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供了微观结构仿生调控的油井水泥增强增韧体系，包括如下质量份的组分组成：油井水泥100份，晶体增强剂1～3份，晶体粘结剂1～2份，水化形核调节剂1～3份，水化形貌诱导剂1～3份，减阻剂1～2份，降失水剂0.7～1.5份，缓凝剂0.3-1.0份，消泡剂0.2～1.0份，水44～60份。
所述的微观结构仿生调控的油井水泥增强增韧体系，其特征在于，水化形核调节剂的制备材料：以重量份计，正硅酸乙酯(TEOS)20～35份,无水乙醇(质量分数为95％)40～60份,氨水(NH3·H2O)若干份,硅烷偶联剂5份，水性聚氨酯(WPU)5～10份，去离子水(H2O)80～100份，水化形核调节剂制备过程如下：在水浴条件下，按照上述材料配比将无水乙醇和去离子水在三口烧瓶混合搅拌，滴加盐酸调节溶液pH值至4.0～6.0，水浴加热至45～50℃后将正硅酸乙酯缓慢滴加到混合液中，在水浴条件下搅拌反应1～2小时，带溶液澄清之后，加入硅烷偶联剂并用氨水调节溶液pH值至8.0～10.0，反应3～4小时后将所得溶液进行真空抽滤，得到固体纳米二氧化硅粉末，与水性聚氨酯单体粉末在在研磨机中充分干混后，加入100份去离子水高速乳化分散，即可制得水化形核调节剂，该方法制备的硅凝胶中纳米二氧化硅的含量达到了35％，且凝胶性质稳定，长久放置无沉淀分层现象，激光粒径测试显示纳米硅凝胶粒径为10～30nm，pH值7.0～9.0适用于水泥浆水化产物成核反应调节。
所述的微观结构仿生调控的油井水泥增强增韧体系，其特征在于，水化形貌诱导剂的制备过程是在100份去离子水中，在温度50～60℃、搅拌速度300～500转/分钟的条件下依次加入5～10份富含羟基或羧基类物质、1～3份偏铝酸钠、5～10份水性聚合物，待充分溶解后继续搅拌反应30～45分钟，即可制得水化形貌诱导剂，其中富含羟基或羧基类物质是葡萄糖酸钠、酒石酸和乙二醇中的一种或组合，水性聚合物是聚乙烯醇(1788)、聚氨酯或聚丙烯酸中的一种或组合。
所述的微观结构仿生调控的油井水泥增强增韧体系，其特征在于，晶体增强剂的制备过程是在100份去离子水中，在200～300转/分钟搅拌条件下依次加入20～35份无机单晶体材料、5～12份纤维材料，然后加入8～15份正硅酸乙酯，通过稀盐酸调节pH为5.0～6.0，然后升温至60～65℃，搅拌下继续反应50～80分钟，冷却到室温后进行抽滤，放入105℃烘箱中干燥24h后，即可制得晶体增强剂，其中无机单晶体材料是直径1～3微米的硫酸钙、碳酸钙、硫酸镁、硼酸铝、硅酸镁无机单晶材料中的一种或组合，纤维材料是直径3～5微米的聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯醇、聚酯纤维中的一种或组合。
所述的微观结构仿生调控的油井水泥增强增韧体系，其特征在于，晶体粘结剂的具体制备过程是在100份自来水中，加入1～3份丙二醇聚醚，然后在600～800转/分钟搅拌条件下依次加入35～70份聚合物微米乳液、2～7份聚合物，搅拌溶解均匀，然后将搅拌器调至300～500r/min搅拌3～5小时，即可制得晶体粘结剂，其中聚合物微米乳液是丁苯、苯乙烯丁二烯、水性环氧树脂、醋酸乙烯酯、丙烯酸酯微米乳液中的一种或组合，聚合物是羧甲基纤维素、聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素中的一种或组合，所制得的晶体粘结剂为乳白色液体、pH值7.0～8.0，有效固相含量35～40％。
所述的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，其特征在于，所述的降失水剂为交联聚乙烯醇类降失水剂、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚类降失水剂、羟乙基纤维素降失水剂中的一种。
所述的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，其特征在于，所述的减阻剂为磺化醛酮缩聚物类减阻剂、萘系磺酸盐类减阻剂、聚羧酸减阻剂中的一种或组合。
所述的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，其特征在于，所述的缓凝剂为木质素磺酸钠、硼酸、氨基膦酸类缓凝剂中的一种。
所述的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，其特征在于，所述的消泡剂为磷酸酯类消泡剂、有机硅氧烷类消泡剂、有机聚醚类消泡剂、有机硅醚类消泡剂中的一种。
所述的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，其特征在于，所述的油井水泥为油井A级水泥、油井C级水泥、油井G级水泥中的一种。
所述的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，其特征在于，所述的水为淡水或低矿化度水。
根据本发明，所述的微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆体系的研发原理与设计方法，做如下陈述：
(1)晶体增强增韧材料克服了团聚问题，在水泥浆中表现出更好的分散性，表面充分被水化产物包裹，桥联在水泥颗粒形成的水化产物之间，与生物骨骼中沉积形成的“针状”碳酸钙一样，发挥仿生组织结构的“拔出”和“裂纹偏转”作用，同时改性的晶体能够嵌入在水泥颗粒水化产物之间，桥联水泥石收缩过程中产生微观裂缝，在水泥石受压和受折破坏过程中发挥晶体材料“桥联”作用。当改性的晶体材料加量较高时，单位空间内的晶体排布的更加密集，晶体材料之间搭建成三维交错层次的结构，被水化硅酸钙连接或被有机聚合物粘结剂粘结，形成更多的仿生“砖泥结构”，进一步提高水泥基材料的力学性能。
(2)晶体粘结剂用于水泥基材料中，当加量较高时，聚合物颗粒可吸附在水泥颗粒及水化产物表面成膜，将水泥颗粒与水的封隔成三维网络结构，减少了水泥水化过程中水的流失，聚合物中-COOH与Ca2+反应降低了液相Ca2+浓度，从而抑制水泥的水化硬化，降低了水化放热的最大温升，延长水化诱导期。水化反应进程的后期有机聚合物材料从水溶液中析出，在交互分布在水化产物和外加晶体增强材料之间，优化未完全被水化产物嵌合成整体空隙界面，配合加入的纳米级化学活性材料促进界面间水化产物的形成，使微观结构更加有序排列，同时在水泥胶凝的过程中，聚合物被限制在毛细孔隙，在水化后期能够保持水分防止水泥石干缩；加量较高时低时，析出的聚合物形成网状的粘结网络，为水化产物生长提供了模板，纳米化学活性材料附着其上，促进了水化产物沉积形成“矿物桥”结构的增韧作用，阻碍水泥浆水化收缩过程中微裂纹的发展，减少了水泥石的微观结构缺陷。
(3)水化形核调节剂中的纳米二氧化硅能够在水化反应前期通过火山灰反应，将水化产生的氢氧化钙转化为水化硅酸钙，优化反应成核位点，提高水泥石早期强度。同时纳米二氧化硅发挥纳米材料的作用，填充水泥颗粒间的微观空隙，通过降低了水泥砂浆的总孔隙度和毛细孔隙率、提高水泥石的密度从而提升水泥石的力学性能，本发明纳米二氧化硅晶形调节剂配合减阻剂使用时，纳米硅溶胶被减阻剂分子包裹，纳米硅溶胶不仅能够分散良好而且还会显著提高水泥水化过程中AFt对AFm的转化速率，在水泥水化早期大幅度提高水泥石抗压强度，水泥水化产物扫描电镜图形显示，水化形核调节剂充分发挥了化学活性材料的作用，提高了早期水化硅酸钙的含量，优化了水泥颗粒间的成核位点，氢氧化钙的含量更低且结构更微小。
(4)水化形貌诱导剂中含羟基和羧基的材料，可以抑制水化Ca2+的扩散，在水泥颗粒的空隙间提供成核位点，细化氢氧化钙的形态，改变了水化硅酸钙的形貌分布，早期氢氧化钙的结晶成核被葡萄糖酸钠或酒石酸抑制，添加形貌诱导剂的水泥石扫描电镜微观图像可以看出，水泥颗粒水化程度更高，氢氧化钙的结构被细化，有利于力学性能的提升。
(5)根据相关行业标准，确定微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆体系中，可根据现场使用环境和要求，优化降失水剂、减阻剂、缓凝剂、消泡剂等材料的用量，也可加入空心玻璃微珠等密度减轻剂材料，优化和调整水泥浆体系的密度、失水量、流变参数、稠化时间等工程性能，满足固井现场施工要求。
根据本发明，上述的微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆体系的制备方法，包括如下步骤：
将油井水泥、晶体增强剂、纳米材料、减阻剂混合均匀，将晶体粘接剂、晶形调节剂、降失水剂、水和消泡剂倒入恒速搅拌器的搅拌浆杯中，15s内在4000转/分钟的转速下将固相材料连续均匀的倒入搅拌浆杯中与液相材料混合，之后调整转速至12000转/分钟，搅拌35s即可得到微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆体系。
本发明的微观结构仿生调控的油井水泥增强增韧体系借鉴了珍珠母贝壳组织结构高强度高韧性的形成机理，具体表现为可以从纳米尺度到微米尺度，通过有机和无机材料达到空隙填充、桥接微裂纹、提升水化产物含量、调节沉积水化产物微观结构作用，从纳观、微观、细观、宏观等不同层面上提升水泥石的性能。并在多组分协调作用对水泥浆的流变特性产生的影响，保证浆体的可泵送性和稳定性，通过添加优选的外加剂保证了浆体初期黏度在合理范围并保持良好的稳定性，失水量、流变性能、稠化时间等在合理范围，达到固井作业要求的各项指标。相比于无外加剂的固井水泥浆，仿生增强增韧调控的水泥浆抗压强度和抗折强度明显提升，表征韧性的折压比和弹性模量均降低，加入含量1％～4％的四种关键仿生增强增韧改性添加剂后，所制备的水泥浆60℃水浴养护7天的抗压强度提升了44.44％～66.70％，最高抗压强度达到75MPa。
本发明的具体技术特点有：(1)在水泥浆中加入晶体增强剂，桥联微裂缝，深入嵌入水化产物之中，水泥石受破坏过程中桥联和拨出共同作用，提高了破坏能，使宏观的力学性能大大提升；(2)向水泥浆体系中加入晶体粘结剂，能够有效控制水泥浆收缩过程产生的裂缝，加入的聚合物材料细化了裂缝，在水化反应后期聚合物从水中析出，在水化产物之间形成相互粘结的薄膜或者网状连接桥，填充了水化反应后期产生的微裂缝，降低了水泥石的弹性模量，有效的改善了水泥石的脆性；(3)水化形核调节剂克服水了化产物中氢氧化钙含量高、结晶尺寸大对力学性能的不利影响，加入的纳米二氧化硅优化了成核位点，与氢氧化钙发生火山灰反应降低了氢氧化钙结晶的取向度和尺寸；(4)水化形貌诱导剂提升了水泥颗粒的水化程度，从表面扩散的水化产物填充了微观空隙，降低水泥石的孔隙度，使水泥石更加致密，在宏观上表现为抗压强度的提高。
本发明与现有技术相比，有益效果如下：
1、本发明的微观结构仿生调控的油井水泥增强增韧体系具有高强度高韧性的特点；在60℃条件下养护，24h后水泥石抗压强度＞31MPa，48h后水泥石抗压强度＞41MPa，168h后水泥石抗压强度＞71MPa，168h后水泥石抗折强度＞12.77MPa，168h后水泥石弹性模量<8.2GPa，实现了水泥石高强度、低弹性模量、高韧性的目标。
2、本发明的微观结构仿生调控的油井水泥增强增韧体系密度可调，流变性好，浆体稳定，滤失量少，为实现贝类生物仿生微观的结构所使用的材料来源广泛，成本低廉，各类功能材料在较为宽泛的加量范围内都能够发挥设计的作用，便于施工作业。
3、本发明的微观结构仿生调控的油井水泥增强增韧体系可适用于非常规页岩油气水平井、低渗透油气藏水平井和储气库注采井等固井作业，对于承受高压交变应力井筒能够保证水泥环的完整性，有效封隔地层，具有十分广泛的市场应用前景。
附图说明
图1为对比例1与实施例1水泥浆60℃养护7天的扫描电镜图像，仿生固井水泥浆体系所形成的水泥石微观结构更加致密，水化产物排布更加有序，呈现出层状的紧密结构。
图2为对比例1与实施例1水泥浆水化过程水化热放热速率曲线，复合改性材料的加入导致放热速率明显增加、各峰峰值明显增加。
图3为对比例1与实施例1水化热累计放热曲线，实施例1比对比例1水化进程中放出更多的热量表明，有更多的水化产物形成。
图4是本发明的微观结构仿生调控的油井水泥增强增韧体系按照按标准SY/T6544-2017“油井水泥浆性能要求”测试固井水泥浆体系的性能，所得的油井水泥石抗压强度。
图5是本发明的微观结构仿生调控的油井水泥增强增韧体系按照按标准SY/T6544-2017“油井水泥浆性能要求”测试微观结构仿生调控的油井水泥增强增韧体系的性能，所得的油井水泥石弹性模量。
具体实施方式
下面通过具体实施例与对比例对本发明进一步说明，但不限于此。
实验方法：按标准GB/T 19139-2012“油井水泥试验方法”制备固井仿生水泥浆，按标准SY/T 6544-2017“油井水泥浆性能要求”测试固井水泥浆体系的性能。
以下实施例与对比例中所用的原料来源及性能具体如下：
油井水泥：采用潍坊胜潍特种水泥有限公司的G级油井水泥。
硅烷偶联剂：采用南京飞腾新材料科技有限公司硅烷KH550。
水性聚氨酯：采用东莞宝景化工有限公司聚氨酯MR-918。
偏铝酸钠：采用山东利尔新材股份有限公司偏铝酸钠。
葡萄糖酸钠：采用苏州本品化工科技有限公司D-葡萄糖酸钠。
酒石酸：采用苏州亚熠化工科技有限公司DL-酒石酸。
聚乙烯醇：采用上海凯茵化工有限公司聚乙烯醇1788型号。
丙二醇聚醚：采用江苏海安石油化工厂丙二醇聚醚L35。
丁苯胶乳：采用济南德乔化工科技有限公司，其苯乙烯和丁二烯之比为(60～50):(40～50)，乳白色乳液，含固量约45％～50％，带阴电荷，pH值9.0～10.5。
甲基纤维素：采用上海阿拉丁生化科技股份有限公司甲基纤维素M112865。
正硅酸乙酯：采用济南铭发化工有限公司，为稍有气味的无色透明液体，微溶于水，微溶于苯，溶于乙醚，混溶于乙醇，熔点：-77℃，沸点：165.5℃，密度：0.93g/cm3，饱和蒸气压：0.13kPa(20℃)，闪点：46.7℃，引燃温度：260℃，折射率：1.409。
硫酸钙单晶体材料：采用青岛惠城信德新材料研究院有限公司，表面粗糙，长度10～20μm，直径约2μm。
碳酸钙单晶体材料：采用石家庄德泽有限公司，无味，露置空气中无变化，比重2.710，熔点1339℃，长度5～45μm，直径约2μm。
聚丙烯纤维：采用泰安浩松纤维有限公司。
聚乙烯纤维：采用泰安浩松纤维有限公司。
减阻剂：采用成都欧美克石油科技有限公司，油井水泥用减阻剂QS-20S。
降失水剂：采用成都欧美克石油科技有限公司，油井水泥用降失水剂QS-14S。
消泡剂：采用成都欧美克石油科技有限公司，油井水泥用消泡剂DF-A。
空心玻璃微珠：采用郑州圣莱特空心微珠有限公司，粒径介于50～60μm，密度介于0.53～0.57g/cm3，承压能力≥40MPa，漂浮率≥92％。
实施例1
本实施例的微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆，由以下质量份的原料组分制备而成：G级油井水泥100份，包括晶体增强剂(硫酸钙晶须与聚丙烯纤维制得)1份，晶体粘结剂(丁苯胶乳与甲基纤维素制得)2份，形核调节剂(纳米二氧化硅凝胶)1份，形貌诱导剂(葡萄糖酸钠制得)2份，空心玻璃微珠10份，减阻剂2份，降失水剂1份，消泡剂1.0份，水44份，浆体密度1.62g/cm3。
微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆的制备方法，包括如下步骤：
按照标准GB/T 19139-2012“油井水泥试验方法”、GB/T 33294-2016“深水油井水泥试验方法”，将G级油井水泥、晶体增强剂、分散剂、空心玻璃微珠混合均匀，将晶体粘结剂、形核调节剂、形貌诱导剂、降失水剂、水和消泡剂倒入恒速搅拌器的搅拌浆杯中，15s内在4000rmp的转速下将固相材料连续均匀的倒入搅拌浆杯中与液相材料混合，之后调整转速至12000rmp，搅拌35s即可得到微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆。
实施例2
本实施例的微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆，由以下质量份的原料组分制备而成：G级油井水泥100份，晶体增强剂(硫酸钙晶须与聚丙烯纤维制得)2份，晶体粘结剂(丁苯胶乳与甲基纤维素制得)4份，形核调节剂(纳米二氧化硅凝胶)2份，形貌诱导剂(葡萄糖酸钠制得)4份，空心玻璃微珠10份，减阻剂2份，降失水剂1份，消泡剂1.0份，水44份，浆体密度1.62g/cm3。
制备方法同实施例1。
实施例3
本实施例的微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆，由以下质量份的原料组分制备而成：G级油井水泥100份，晶体增强剂(硫酸钙晶须与聚丙烯纤维制得制得)3份，晶体粘结剂(丁苯胶乳与甲基纤维素制得)6份，形核调节剂(纳米二氧化硅凝胶)3份，形貌诱导剂(葡萄糖酸钠制得)6份，空心玻璃微珠10份，减阻剂2份，降失水剂1份，消泡剂1.0份，水44份，浆体密度1.62g/cm3。
制备方法同实施例1。
实施例4
本实施例的微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆，由以下质量份的原料组分制备而成：G级油井水泥100份，晶体增强剂(硫酸钙晶须与聚丙烯纤维制得制得)4份，晶体粘结剂(丁苯胶乳与甲基纤维素制得)8份，形核调节剂(纳米二氧化硅凝胶)4份，形貌诱导剂(葡萄糖酸钠制得)8份，空心玻璃微珠10份，减阻剂2份，降失水剂1份，消泡剂1.0份，水44份，浆体密度1.62g/cm3。
制备方法同实施例1。
实施例5
本实施例的微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆，由以下质量份的原料组分制备而成：G级油井水泥100份，晶体增强剂(碳酸钙晶须与聚乙烯纤维制得制得)1份，晶体粘结剂(环氧树脂与聚乙烯醇制得)2份，形核调节剂(纳米二氧化硅凝胶)1份，形貌诱导剂(酒石酸制得)2份，空心玻璃微珠10份，减阻剂2份，降失水剂1份，消泡剂1.0份，水44份，浆体密度1.67g/cm3。
制备方法同实施例1。
实施例6
本实施例的微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆，由以下质量份的原料组分制备而成：G级油井水泥100份，晶体增强剂(硫酸钙晶须与聚丙烯纤维制得制得)1份，空心玻璃微珠10份，减阻剂2份，降失水剂1份，消泡剂1.0份，水44份，浆体密度1.50g/cm3。
制备方法同实施例1。
实施例7
本实施例的微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆，由以下质量份的原料组分制备而成：G级油井水泥100份，晶体粘结剂(丁苯胶乳与甲基纤维素制得)2份，空心玻璃微珠10份，减阻剂2份，降失水剂1份，消泡剂1.0份，水44份，浆体密度1.50g/cm3。
制备方法同实施例1。
实施例8
本实施例的微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆，由以下质量份的原料组分制备而成：G级油井水泥100份，形核调节剂(纳米二氧化硅凝胶)1份，空心玻璃微珠10份，减阻剂2份，降失水剂1份，消泡剂1.0份，水44份，浆体密度1.51g/cm3。
制备方法同实施例1。
实施例9
本实施例的微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆，由以下质量份的原料组分制备而成：G级油井水泥100份，形貌诱导剂(葡萄糖酸钠制得)2份，空心玻璃微珠10份，减阻剂2份，降失水剂1份，消泡剂1.0份，水44份，浆体密度1.55g/cm3。
制备方法同实施例1。
对比例1
本对比例为普通G级油井水泥原浆，水灰质量比为0.44，浆体密度1.89g/cm3。
制备方法同实施例1。
对比例2
本对比例对比对比例1，加入包括如下质量份的原料：G级油井水泥100份、空心玻璃微珠10份，减阻剂2份，降失水剂1份，消泡剂1.0份，水44份，浆体密度1.50g/cm3。
制备方法同实施例1。
对比例3
本对比例对比对比例1，加入包括如下质量份的原料：G级油井水泥100份，水性树脂(HY-01)40份，固化剂(HY-01)10份，减阻剂2份，降失水剂1份，消泡剂1.0份，水44份，浆体密度1.80g/cm3。
制备方法同实施例1
对比例4
本对比例对比对比例1，加入包括如下质量份的原料：G级油井水泥100份，氯化钙3份，减阻剂2份，降失水剂1份，消泡剂1.0份，水44份，浆体密度1.85g/cm3。
制备方法同实施例1
对比例5
本对比例对比对比例1，加入包括如下质量份的原料：G级油井水泥100份，氯化钾1份，减阻剂2份，降失水剂1份，消泡剂1.0份，水44份，浆体密度1.80g/cm3。
制备方法同实施例1
对比例6
本对比例对比对比例1，加入包括如下质量份的原料：G级油井水泥100份，微硅2份，减阻剂2份，降失水剂1份，消泡剂1.0份，水44份，浆体密度1.80g/cm3。
制备方法同实施例1
对比例7
本对比例对比对比例1，加入包括如下质量份的原料：G级油井水泥90份，超细水泥10份，减阻剂2份，降失水剂1份，消泡剂1.0份，水44份，浆体密度1.89g/cm3。
对比例8
本对比例对比对比例1，加入包括如下质量份的原料：G级油井水泥90份，弹性橡胶粉3份，聚丙烯纤维(4mm)0.4份，减阻剂2份，降失水剂1份，消泡剂1.0份，水44份，浆体密度1.65g/cm3。
制备方法同实施例1
对比例9
本对比例对比对比例1，加入包括如下质量份的原料：G级油井水泥90份，弹性橡胶粉3份，聚丙烯纤维(4mm)0.2份，氧化锌晶须1份，减阻剂2份，降失水剂1份，消泡剂1.0份，水44份，浆体密度1.70g/cm3。
制备方法同实施例1
对比例10
本对比例对比对比例1，加入包括如下质量份的原料：G级油井水泥90份，苯乙烯-丙烯酸酯类胶乳7份，聚丙烯纤维(4mm)0.4份，减阻剂2份，降失水剂1份，消泡剂1.0份，水44份，浆体密度1.73g/cm3。
制备方法同实施例1
对比例11
本对比例对比对比例1，加入包括如下质量份的原料：G级油井水泥90份，苯乙烯-丙烯酸酯类胶乳7份，聚丙烯纤维(4mm)0.2份，氧化锌晶须1份，减阻剂2份，降失水剂1份，消泡剂1.0份，水44份，浆体密度1.73g/cm3。
制备方法同实施例1
试验例1：微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆温度敏感性测试
以实施例1～4微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆为测试对象，对比对比例1～2进行水泥浆浆体性能测试，先将配浆的固井仿生水泥浆体系固体干灰组份和液体水组份各自称量好并混匀，然后按标准GB/T 19139-2012“油井水泥试验方法”制备浆体，参照标准SY/T 6544-2017“油井水泥浆性能要求”测试固井水泥浆体系的性能。
仿生改性复合材料包含多种化学活性材料和有机材料，在不同温度下也发挥出不同程度化学活性的作用，表1已实施例1～4和对比例1～11在30℃、60℃、90℃条件下水浴养护7天，相较于其它加入胶乳、树脂、橡胶粉末和纤维(对比例1～7)以及简单的复配方案(对比例8～11)，四类外加剂加量在1～4％之间的实施例1～4都能大幅度提升抗压强度，在30℃低温条件下强度提升明显且水化进程正常进行，在60℃养护7天的强度已接近最大强度，且随温度的升高至90℃短期内强度无明显衰退，仿生改性复合材料有广泛的温度适应范围，仿生增强增韧调控作用能够正常发挥。
表1不同温度下各种加量仿生复合改性材料水泥石强度对比
Figure BDA0003698544310000171
Figure BDA0003698544310000181
试验例2：微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆以及各类仿生材料对浆体性能影响测试
以实施例1与实施例5～9的微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆为测试对象，对比对比例9、对比例11和对比例1～2进行水泥浆浆体性能测试，相关操作参照标准与试验例1相同。
检测结果见表2，根据表1可知，单掺实验实施例1、实施例5和实施例6～9中各类添加材料(硫酸钙晶体增强剂、丁苯胶乳晶体粘结剂、纳米二氧化硅水化形核调节剂、葡萄糖酸钠水化形貌诱导剂)填充材料对水泥浆浆体的影响，本发明复配实验例1与实验例5制备的微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆失水量控制在50mL以内，具有较低的密度和较好的流变性能，稠化时间也能够满足现场固井施工的相关要求。
表2不同水泥浆体系的浆体性能
Figure BDA0003698544310000182
试验例3：微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆不同类型仿生材料对力学性能影响测试
以实施例1、实施例5～9、对比例1～2的微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆为测试对象，测试微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆的抗压强度和弹性模量，相关操作参照标准与试验例1相同。具体实验结果见表3。
表3对比不同类型固井水泥浆的抗压强度与弹性模量
Figure BDA0003698544310000191
根据表3的检测结果可知，单掺实验方案实施例5～9中都不同程度的提升了水泥石60℃养护时间24小时、48小时、168小时抗压强度呈现出不同的发展规律，仅加入晶体增强材料的实施例6的水泥浆呈现早期强度快速形成，仅加入晶体粘结剂的实施例7由于胶乳的封隔缓凝作用强度发展缓慢且有所降低，仅加入水化形核调控剂的实施例8由于纳米二氧化硅的火山灰反应强度发展迅速，仅加入水化形貌诱导剂的实施例8由于葡萄糖酸钠的缓凝作用在水化进程的后期强度快速提高，复配实施例1在多类型材料的复合作用下有较高的早期强度形成快和后期强度终值高。
由于水泥浆水化过程前期，水泥颗粒水化程度较低，晶体增强剂、晶体粘结剂、水化形核调节剂和水化形貌诱导剂四类核心外加剂材料对水泥浆力学性能的调控作用还未充分发挥，内部的微观结构形成具有随机性，难以反应仿生材料的真实作用，故24小时和48小时的弹性模量测量结果准确度较低，从表3弹性模量的测量结果中可知，实施例中单掺实验中纳米填充材料降低了弹性模量，晶体增强剂和晶体粘结剂提高了弹性模量，复配实验的实施例1和实施例5在多材料的共同作用下弹性模量无明显变化。
试验例4：晶体增强剂和晶体粘结剂对水泥石力学性能的影响
以实施例1、实施例6、实施例7和对比例1～2的微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆为测试对象，测试微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆的抗压和抗折强度，相关操作参照标准与试验例1相同。具体实验结果见表4。
表4对比不同类型固井水泥浆的力学性能
Figure BDA0003698544310000201
根据表4的检测结果可知，对比例1～2表明净浆水泥石在抗折强度严重不足，常见的复配实验对比例9和对比例11虽然能提升抗折强度、提高折压比并降低弹性模量，但是对于水泥石的抗压强度损害较大(对比例9和对比例11抗压强度分别降低了31.82％％、27.27％)，实施例6表明晶体增强剂可以显著提升水泥石的抗压强度和抗折强度，但整体的折压比仍然降低。实施例7表明晶体粘结剂的加入有效的提升了水泥石抗折强度，同时大量研究表明聚合物粘结填充材料会在水泥石中形成微观结构缺陷，降低了抗压强度，但粘结材料通过抑制微裂缝的形成可以提升抗折强度。实施例1中使用晶体增强材料和晶体粘结剂共同作用下优化水化产物界面形成交替有序的“砖泥”仿生结构，将抗折强度和抗压强度同时提高，并且表征水泥石韧性的在抗压强度大幅提升下折压比仅从0.21降低到0.17(降幅16.67％)，有效的保证了水泥石的弹韧性。
试验例5：水化形核调节剂与水化形貌诱导剂对水泥石微观结构的影响
以实施例1、实施例8、实施例9和对比例1～2的固井水泥浆体系为测试对象，运用压汞法和液测渗透率测试固井水泥浆体系的孔隙度和渗透率，相关操作参照标准与试验例1相同。具体实验结果见表5。
表5水化形核调节剂与水化形貌诱导剂对水泥石孔隙度和渗透率的影响
编号 水泥浆体系 孔隙度/％ 液测渗透率/μm<sup>2</sup>
1 实施例1 12.0 1.13×10<sup>-6</sup>
2 实施例8 14.2 1.35×10<sup>-6</sup>
3 实施例9 10.5 1.27×10<sup>-6</sup>
4 对比例1 19.4 1.92×10<sup>-6</sup>
5 对比例2 17.0 1.53×10<sup>-6</sup>
根据表5的检测结果可知，通过添加水化形貌诱导剂实施例9的孔隙度和液测渗透率明显降低，水泥颗粒表面脱离的产物自行填充在空隙中并与纳米聚合物结合，孔隙度明显降低，在液测渗透率实验过程中纳米聚合物发挥吸水膨胀的特性使得渗透率测量值也较小。在实施例8只添加1％的水化形核调控剂，火山灰反应生成水化硅酸钙对填补空隙和降低渗透率的作用较小。
实施例1在水化形核调控剂和水化形貌诱导剂的共同作用下孔隙度降低了38.14％，渗透率降低了26.14％，均优于实施例8和实施例9。孔隙度的和渗透率的降低在微观结构的表现为有害空隙和裂缝的减少，对于水泥石力学性能的提升具有积极作用，与表3和表4中抗压和抗折强度的大幅提升相互验证。扫描电镜呈现的微观结构可以发现形核调控剂和形貌诱导剂共同作用下，块状氢氧化钙结构被细化，生成致密的水化硅酸钙，空隙被大量填充。
试验例6：晶体增强剂、晶体粘结剂、水化形核调节剂与水化形貌诱导剂对水化进程的影响
图2是掺加四种仿生结构微观调控材料实施例1与空白对照组对比例1水化过程水化热放热速率曲线。第一个放热峰0～4小时水泥浆诱导前期和诱导期基本完成，掺加仿生结构微观调控材料实施例1峰值明显高于对比例1；在6～16小时水泥浆水化加速期基本完成，实施例1中由于纳米材料的作用，放热速率峰值呈现出更高、持续时间更长的特点；在随后的减速期与稳定期，两组放热速率曲线的峰值都趋于平缓并逐渐重合，水泥颗粒表面被水化产物包裹，外加的纳米材料已经难以作用水泥颗粒的内部二层水化。图3是两组实验水化热累计放热曲线，由于纳米材料的促进作用，实施例1相比于对比例1放72小时累计热量高出2.92％，两者的放热总量差异明显，证实有更多的水化产物生成。
综上所述，本发明所提供的一种微观结构仿生调控的增强增韧油井水泥浆体系，能够改善水泥石的脆性，显著提升水泥石的力学性能，且发明所述水泥浆体系稠化时间、流变特性和API失水量满足固井施工相关测试要求，可有效的解决复杂井况环境下造成的井筒密闭性损害，具有较好的应用前景。
以上所述仅仅是本发明较好的具体实施方式，但本发明不限于列举出的实施例。运用本发明中的相关材料和所述方法机理可以在其他实施例中获得相近的效果，因此对于本领域工作的技术人员，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，所做出的改进均属于在本发明权利要求保护的范围之内。

Claims (6)

1.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，其特征在于，按重量份计，包括如下的组分组成：油井水泥100份，晶体增强剂1～3份，晶体粘结剂1～2份，水化形核调节剂1～3份，水化形貌诱导剂1～3份，减阻剂1～2份，降失水剂0.7～1.5份，缓凝剂0.3-1.0份，消泡剂0.2～1.0份，水44～60份；
油井水泥石微观结构仿生增强增韧调控方法，具体是指在油井水泥中添加水化形核调节剂、水化形貌诱导剂、晶体增强剂和晶体粘结剂四种关键添加剂，水化形核调节剂在水泥基体中发挥纳米材料的晶核效应优化水化产物沉积位点、在水化反应早期推动水化进程、减少其它不同维度外加剂材料与水泥基体胶结界面微观空隙，水化形貌诱导剂与水泥颗粒协同反应并降低氢氧化钙和钙钒石等水化产物取向度、在水泥颗粒外围生成密集的填充产物、调控水化产物形貌并形成有序的紧密堆积结构，晶体增强剂中微米晶体和纤维类材料均匀异向分布在水泥浆中形成应力分散的三维网络、在受压和受拉时延缓裂缝和受损界面的形成，晶体粘结剂通过改善水化产物各晶体颗粒间分子间作用力、提高水化产物相互间的粘结作用、增加水泥石整体抗压抗拉等力学性能，通过这四种关键添加剂分别从在纳观、微观、细观和宏观上对水化产物含量、晶体的形貌、大小和堆积结构产生积极影响，从而有效调控水泥石微观结构，四种材料复合作用使油井水泥石中形成与珍珠母贝壳组织作用相同的仿生力学增强增韧结构，水泥石形成仿生“几何互锁”结构，能够在水泥石受破坏过程中利用“矿物桥接”、“裂纹偏转”和“增加破坏能”等作用，使油井水泥石的抗压强度、抗折强度和韧性等力学性能实现大幅度的显著提升；
其中，所述的水化形核调节剂，是纳米级一维化学活性材料，以纳米二氧化硅为代表，发挥纳米材料的晶核作用，优化水化产物成核位点，与氢氧化钙发生火山灰反应降低氢氧化钙等脆弱水化沉积产物的取向度提升水化硅酸钙含量，未反应的部分填充在微纳米孔隙，使胶凝材料内部嵌合的更加密实，水化形核调节剂具体组成以重量份计为正硅酸乙酯(TEOS)20～35份、无水乙醇(质量分数为95％)40～60份、氨水(NH3·H2O)若干份、硅烷偶联剂2～5份、水性聚氨酯(WPU)5～10份、去离子水(H2O)80～100份，其制备过程是在水浴条件下，按照上述材料配比将无水乙醇和去离子水在三口烧瓶混合搅拌，滴加盐酸调节溶液pH值至4.0～6.0，水浴加热至45～50℃后将正硅酸乙酯缓慢滴加到混合液中，在水浴条件下搅拌反应1～2小时，待溶液澄清之后，加入硅烷偶联剂并用氨水调节溶液pH值至8.0～10.0，反应3～4小时后将所得溶液进行真空抽滤，得到固体纳米二氧化硅粉末，与水性聚氨酯单体粉末在研磨机中充分干混后，加入100份去离子水高速乳化分散，即制得水化形核调节剂，所制得的水化形核调节剂中纳米二氧化硅含量35％、凝胶溶液性质稳定、无沉淀分层、粒径10～30nm、pH值7.0～9.0；
其中，所述的水化形貌诱导剂，能够在水化反应早期能够快速参与水泥颗粒表面溶解释放出的Ca2+反应，其表面形成的水化产物会向外扩散形成水化产物晶核，同时未反应的诱导剂又在脱落的表面继续反应，使得整体的水化反应被限制在水泥颗粒的表面，延长了水泥颗粒参与水化时间以提高水化程度，优化了水泥颗粒及表面沉积产物的形貌，水化形貌诱导剂的具体制备过程是在100份去离子水中，在温度50～60℃、搅拌速度300～500转/分钟的条件下依次加入5～10份富含羟基或羧基类物质、1～3份偏铝酸钠、5～10份水性聚合物，待充分溶解后继续搅拌反应30～45分钟，即可制得水化形貌诱导剂，其中富含羟基或羧基类物质是葡萄糖酸钠、酒石酸和乙二醇中的一种或组合，水性聚合物是聚乙烯醇(1788)、聚氨酯或聚丙烯酸中的一种或组合；
其中，所述的晶体增强剂，具有长径比大、强度高和耐高温的特点，可以桥联在油井水泥水化产物之间，搭建成三维交错层次的结构，同时被水化硅酸钙产物、有机聚合物粘结剂相互粘结，形成仿生“砖泥结构”，发挥仿生组织结构的“拔出”和“裂纹偏转”作用，晶体增强剂具体的制备过程是在100份去离子水中，在200～300转/分钟搅拌条件下依次加入20～35份无机单晶体材料、5～12份纤维材料，然后加入8～15份正硅酸乙酯，通过稀盐酸调节pH为5.0～6.0，然后升温至60～65℃，搅拌下继续反应50～80分钟，冷却到室温后进行抽滤，放入105℃烘箱中干燥24h后，即可制得晶体增强剂，其中无机单晶体材料是直径1～3微米的硫酸钙、碳酸钙、硫酸镁、硼酸铝、硅酸镁无机单晶材料中的一种或组合，纤维材料是直径3～5微米的聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯醇、聚酯纤维中的一种或组合；
其中，所述的晶体粘结剂，是一种具有较强粘接性能的聚合物分子，该聚合物分子可吸附在油井水泥水化产物表面，增强不同水化产物间的分子间作用力，更加有利于水泥化产物形成致密的三维网络结构，同时也吸附在不同水化产物晶体间，起到“矿物桥”结构的增韧作用，晶体粘结剂的具体制备过程是在100份自来水中，加入1～3份丙二醇聚醚，然后在600～800转/分钟搅拌条件下依次加入35～70份聚合物微米乳液、2～7份聚合物，搅拌溶解均匀，然后将搅拌器调至300～500r/min搅拌3-5小时，即可制得晶体粘结剂，其中聚合物微米乳液是丁苯、苯乙烯丁二烯、水性环氧树脂、醋酸乙烯酯、丙烯酸酯微米乳液中的一种或组合，聚合物是羧甲基纤维素、聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素中的一种或组合，所制得的晶体粘结剂为乳白色液体、pH值7.0～8.0，有效固相含量35～40％。
2.根据权利要求1所述的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，其特征在于，所述的降失水剂为交联聚乙烯醇类降失水剂、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚类降失水剂、羟乙基纤维素降失水剂中的一种。
3.根据权利要求1所述的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，其特征在于，所述的缓凝剂为木质素磺酸钠、硼酸、氨基膦酸类缓凝剂中的一种。
4.根据权利要求1所述的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，其特征在于，所述的消泡剂为磷酸酯类消泡剂、有机硅氧烷类消泡剂、有机聚醚类消泡剂、有机硅醚类消泡剂中的一种。
5.根据权利要求1所述的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，其特征在于，所述的油井水泥为油井A级水泥、油井C级水泥和油井G级水泥中的一种，所述的水为淡水或低矿化度水。
6.根据权利要求1～5任一项所述的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，包括如下步骤：
将油井水泥和固体类添加剂材料等一起干混均匀，将液体类添加剂和水、消泡剂等一起搅拌混均匀，然后将液体混合液倒入恒速搅拌器的搅拌浆杯中，15s内在4000rmp的转速下将油井水泥等固体材料连续均匀的倒入搅拌浆杯中与液相混合，之后调整转速至12000rmp，搅拌35s即可得到仿生油井水泥增强增韧水泥浆体系。
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