[发明专利]一种适用于酸性气藏的固井水泥浆自愈合剂

说明书

技术领域

本发明涉及石油天然气勘探开发中酸性气藏气井固井水泥浆的一种自愈合试剂，能够改善水泥石(环)力学性能，并赋予其自愈合性能，达到微裂缝自动愈合的效果。

背景技术

酸性气藏是指产出的天然气中含有H₂S、CO₂等非烃类气体以及硫醇、硫醚等杂质的气藏。世界上酸性气田主要分布在中国、加拿大、美国、法国、俄罗斯、伊朗等国家，分布广泛，此类气田已经获得大规模应用开发。在气井开发开采过程中，水泥石(环)需满足井下长期水力密封的技术要求，地层-套管-水泥环三者组成的系统应能够保持良好的力学形变协调性和耐久性，从而达到长期有效的层间封隔作用。然而，水泥石属于脆性材料，随着时间的增加，在各种复杂工况条件下，水泥石(环)会产生损坏，出现微裂缝。这些微裂缝细小且无法确定具体位置，难以修复。微裂缝会形成地层流体的窜流通道，造成水泥环的力学完整性和水力密封性失效，严重影响天然气井的产能和生产寿命。自愈合水泥浆是指在水泥浆中加入具有自愈合性能的材料，当微裂缝形成时，自愈合剂被进入微裂缝的地层流体激活发生物理或化学变化，产生体积膨胀等自动愈合微裂缝，封闭气窜通道。

由井下工况可知，自愈合剂要满足以下要求：1)自愈合水泥能够在不同的区域有合适的力学性能；2)能够承受井下交变应力作用和适应井下温度梯度变化，满足井下长期水力密封的技术要求；3)自愈合水泥在井下保持长期稳定性，当水泥环产生微裂缝时，能够立即响应修复微裂缝；4)考虑到天然气井或储气库井的使用寿命，自愈合剂必须要有足够的耐久性。

在已有的发明专利和文献资料中，提供了以下几种自愈合手段：1)Cavanagh等人开发的油气触发自修复水泥浆体系(SHC)；2)西安石油大学研制的稀土配位型油气井固井水泥环自修复剂和硅烷偶联剂包覆自修复剂；3)古莱特石油技术公司以天然含油胶乳作为自愈合组分制备的油气田固井自愈合水泥浆；4)南京工业大学开发的两种油井水泥油气触发自修复材料(RT-1，RT-2)以及微胶囊自修复水泥浆；5)普拉德研究及开发股份有限公司研制了一种自适应水泥配制物包含水泥、水和热塑性嵌段聚合物颗粒，其遇到甲烷时可自愈合微裂缝。

然而，以上这些手段并不能完全满足天然气井或储气库井的长期固井要求，并存在以下几点不足：1)不是专门针对酸性气田，一些适用于油井的方法对气井不一定适用；2)自愈合材料存在与固井水泥相容性问题，无法保证在井下环境不会发生质变进而失效；3)自愈合组分对水泥石的原有性能有一定影响；4)应用时间较短，耐久性尚待检验，自愈合材料难满足高温、高压、反应迅速的要求；5)成本高，使用工艺复杂。这些都制约着该技术的发展与应用。

沉淀反应是一种反应条件简单、常见易发生的化学反应。酸性气藏井下含有H₂S、CO₂等酸性气体，能够遇适当的材料发生化学反应生成沉淀，具有一定体积的沉淀物附着在水泥石微裂缝中封堵裂缝，阻止其扩展。但这些能够发生沉淀反应的材料往往不能与水泥基材料良好相容，且无法适应井下的复杂工况，存在使用限制性。膨胀珍珠岩是无机砂状材料，由酸性火山玻璃质熔岩(珍珠岩)经破碎煅烧制成，其内部呈蜂窝状结构，这种特殊的结构和性能决定了其具有很强的吸附能力、较大的比表面积和孔容积、良好的耐酸碱性、热稳定性以及稳定的理化性能，使其具有广阔的应用前景，成为迅速发展的矿产之一。将膨胀珍珠岩与能反应生成沉淀的自愈合材料相结合，取长补短，从而制备出适应井下条件、具有封堵水泥环微裂缝功能的自愈合剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于酸性气藏的固井水泥浆自愈合剂，当天然气井固井水泥环出现微裂缝时，能够自动封堵愈合微裂缝，从而保证水泥环的完整性，该自愈合剂不影响水泥浆的工程性能，能够适应井下的复杂工况，有较好的耐久性和耐温性，并在一定程度上改善水泥石的力学性能，有助于保证酸性气井水泥环的长期密封完整性，延长气井的生产寿命。

为实现上述技术目的，本发明提供以下技术方案。

一种适用于酸性气藏的固井水泥浆自愈合剂，通过如下方法制备：

(1)膨胀珍珠岩的处理

筛选：将膨胀珍珠岩粉碎，用水浸泡，搅拌澄清后过滤、清洗、干燥、粉碎、磨细过筛，制成目数为80～120目的膨胀珍珠岩粉。

酸活化处理：用5～20质量％的稀盐酸或稀硝酸浸泡膨胀珍珠岩粉，在150～200r/min的速度下搅拌2h，然后用去离子水清洗至中性，过滤、烘干。