[发明专利]一种固井水泥浆用自由液控制剂及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及油气井固井领域的一种固井水泥浆用自由液控制剂及其制备方法与应用。本发明的固井水泥浆用自由液控制剂，包含有共混的以下组分：以总重量100份数计，有机提粘剂30～50份、无机胶凝剂10～30份、无机增稠剂29～50份、交联剂0.1～0.3份；所述有机提粘剂选自羧甲基纤维素钠、黄原胶、硬葡聚糖、温轮胶中的至少一种；所述无机胶凝剂选自碱式氯化铝、偏硅酸钠中的至少一种；所述无机增稠剂选自粉煤灰、微硅中的至少一种；所述交联剂为硼酸。本发明的固井水泥浆用自由液控制剂可有效消除或降低固井水泥浆自由液，便于固井用零自由液水泥浆的制备，具有较好的推广和应用价值。

技术领域

本发明涉及油气井固井领域的固井水泥浆用自由液控制剂，更进一步说，涉及一种固井水泥浆用自由液控制剂及其制备方法与应用。

背景技术

在油气井固井领域的直径段固井时，在环空水泥柱中，较大的颗粒在重力的作用下会发生沉降，可能有聚集和桥塞的倾向，而桥塞下面的位置自由液聚集有时就可生成水槽或水带，加压时造成水泥石破裂。除此以外，自由液聚集形成水囊还妨碍水泥对套管和地层的胶结。也可能过早地胶凝，对地层产生较低的静压或不产生静压，而发生气窜。水平井固井中，水平段形成的自由液会逐渐上移，当达到一定量时，在环空水泥上部的自由液囊相互连通，构成自由液槽或水带，也易导致气窜，影响固井质量。

目前固井中控制自由液的外加剂或外掺料主要有：膨润土、绿坡缕石、偏硅酸钠、硅藻土、水玻璃、天然火山灰、粉煤灰、明矾或硫酸铝、纤维素、碱式氯化铝、超细水泥等，但其作用效果有一定的局限性。如膨润土、绿坡缕石、硅藻土等控制自由液效果不明显且影响水泥石强度；超细水泥水化速度过快，存在不确定性；偏硅酸钠、水玻璃常作为早强剂使用，其加量变化会影响水泥浆流变性质，控制自由液效果不明显；明矾或硫酸铝、纤维素、碱式氯化铝等易使水泥浆增稠。以上这些外加剂或外掺料单独使用并没有完全解决固井中自由液的控制问题，没有形成稳定成熟的自由液控制剂。

邱燮和等介绍了液硅能减少水泥浆的自由液。(邱燮和,王良才,郭广平.Microblock液硅的评价及在中国油田的应用[J].钻井液与完井液.2010(04).)其中介绍液硅作为自由液控制剂，有明显的效果，但该技术方案中液硅的加量较大，一般加入10％以上。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种固井水泥浆用自由液控制剂及其制备方法与应用。

本发明的第一个目的是提供一种固井水泥浆用自由液控制剂。

本发明的一种固井水泥浆用自由液控制剂包含有共混的以下组分：以总重量100份数计，有机提粘剂为30～50份、无机胶凝剂为10～30份、无机增稠剂为29～50份、交联剂为0.1～0.3份；所述有机提粘剂选自羧甲基纤维素钠、黄原胶、硬葡聚糖、温轮胶(文莱胶)中的至少一种；所述无机胶凝剂选自碱式氯化铝、偏硅酸钠中的至少一种；所述无机增稠剂选自粉煤灰、微硅中的至少一种；所述交联剂为硼酸。其中有机提粘剂、无机胶凝剂和无机增稠剂一起协同起到增粘、增稠作用，目的是在使用时增加对水泥浆中颗粒的悬浮稳定性，降低颗粒沉降；同时，形成复合结构，降低自由水的游离。发明中的交联剂主要是与有机提粘剂发生物理络合作用，进一步提高其增粘作用，降低自由液。

优选的，以总重量100份数计，所述有机提粘剂为40～50份；所述无机胶凝剂为10～25份；所述无机增稠剂为29～40份；所述交联剂为0.1～0.2份。

本发明的第二个目的是提供一种固井水泥浆用自由液控制剂的制备方法，包括以下步骤：

将所述组分混合均匀后，在70～90℃烘箱中烘干，即得所述固井水泥浆用自由液控制剂。其中烘干的优选时间为12～36小时。

本发明的第三个目的是提供所述固井水泥浆用自由液控制剂的应用。