[发明专利]固井水泥浆外加剂及其制备和应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及油田化工助剂领域中的一种遇水自愈合的固井水泥浆外加剂，以及该外加剂的制备方法和应用方法。

背景技术

水泥浆对油气井层间封隔的能力是固井质量和油田寿命的重要指标。即使水泥环封隔的层位合适，最初能够提供一个完全的层位封隔，但在后续钻井或油气生产过程中，如起下钻、水泥石收缩、射孔、憋压、压裂、酸化、修井、地层蠕动等因素可能导致环空水泥环产生裂缝或微环隙，发生层间窜流现象，造成油气资源不可挽回的流失与浪费，并且对地下环境也构成巨大威胁。而后期补注水泥、挤水泥或二次固井将耗费大量资金，而且这些措施安全风险极大。因此，在固井后由于各类原因水泥环产生裂缝的修复亟待解决。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供的一种遇水自愈合的固井水泥浆外加剂，以及该外加剂的制备方法和应用方法，以此解决固井水泥微裂缝自我修复的问题，广泛适用于油井固井。

本发明的技术方案包括：

固井水泥浆外加剂，含有以下重量百分比组分：①改性酚醛树脂 35~65%，②碳酸钙 3~35%，③活性二氧化硅 5~25%，④烷基硅烷 2~15%。

固井水泥浆外加剂的优选方案是各组分的重量百分比为：①改性酚醛树脂 35~60%，②碳酸钙 5~30%，③活性二氧化硅 5~20%，④烷基硅烷 3~12%。

本发明的技术方案还包括前述固井水泥浆外加剂的制备方法是：首先改性酚醛树脂的制备，甲醛和苯酚摩尔比为3:1，尿素加入量为总量的10%；合成方法是将甲醛在80-95℃养护下，先期加入少量的苯酚和尿素，用NaOH调节pH值为7.5-8.5，冷凝回流1-2小时，然后冷却至80℃，再次加入剩余的苯酚和尿素，用NaOH调节pH值为9.0～9.5，回流2-3小时后干燥粉碎得改性酚醛树脂；将制得的改性酚醛树脂和其它组分按照所述比例混合均匀后，制得遇水自愈合的油井水泥外加剂。

前述固井水泥浆外加剂的制备方法的优先方案是：在改性酚醛树脂的制备过程中，先期加入苯酚和尿素的量为按各自量的20-30%，改性酚醛树脂和其它组分混合过程是在双螺旋混合机中混拌至少2小时。

依照前述固井水泥浆外加剂的应用方法是：以固井用水泥浆中水泥含量为100重量份数计，将1~10份所述的油井水泥外加剂加入固井水泥浆，混合均匀。

依照前述固井水泥浆外加剂的制备方法制备的固井水泥浆外加剂的应用方法是：以固井用水泥浆中水泥含量为100重量份数计，将2~8份所述的油井水泥外加剂加入固井水泥浆，混合均匀。

以上所述固井水泥浆是现有技术中常用的一些固井用水泥浆体系。通常还包含以下组分：水泥100重量份数；分散剂2~4份；降失水剂1~3份；缓凝剂0.5~1.5份。其中水泥为通常固井水泥，所述的分散剂、降失水剂、缓凝剂均为固井水泥浆体系的常用助剂，均可市售而得。

本发明所述的遇水自愈合的油井水泥外加剂，加入固井水泥浆体系后能够遇水自愈合水泥环因各类因素产生的裂缝或微环隙，可以提高水泥环的抗压强度，降低水泥环的渗透率。经试用后检测：（1）水泥石24h抗压强度≥20MPa；(2)水泥石压裂后，在70℃养护箱中养护8周后，水泥石抗压强度≥23MPa；(3)水泥石人工造缝后，养护前，水泥石渗透率≥100μm²，在70℃养护箱中养护8周后，水泥石渗透率≤1.0μm²；(4)加入遇水自愈合的油井水泥外加剂后的固井水泥浆体系流变性能符合固井施工设计标准，达到工程要求。

附图说明

图1为比较例1的扫描电子显微镜（SEM）照片； 

图2为实施例7的扫描电子显微镜（SEM）照片。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

本发明所述的遇水自愈合的油井水泥外加剂的自愈合能力评价方法包含以下步骤：

(1)按API标准10制备水泥浆倒入模具中，放置于养护箱中养护24小时，取出脱模；

(2)将已制备好并编号的水泥试块（水泥石）进行人工造缝后，放回原模具中，放置于养护箱中；

(3)升温至试验温度，试验时间可根据要求调整，一般为58天。

(4)实验结束，进行水泥试块的愈合能力测试。

上述步骤（4）中的愈合能力测试内容包括：水泥石抗压强度、水泥石渗透率恢复情况等。为了说明问题，一般要把加入遇水自愈合的油井水泥外加剂的固井水泥试样和在相同条件下未加入遇水自愈合的油井水泥外加剂的固井水泥试样进行比较。