[发明专利]油井水泥气体膨胀剂

说明书

技术领域

本发明涉及油气井固井工程作业技术领域，特别涉及一种油井水泥气体膨胀剂。

背景技术

油气井内环空油、水、气窜槽一直是国内外石油行业普遍关注的突出问题，至今未能从根本上解决，给各国石油工业造成了很大的经济损失。固井后环空窜槽及水泥环胶结不良一直是影响产能评价、注水效果和油气井产量的突出问题，如果层间封固不良，高压层流体必然会窜流入低压层，造成油气资源流失或储层伤害，对环境保护也是一个巨大威胁。近年来，国内外各油田先后采用了多种防窜技术，但均未从根本上解决问题，其中很重要的一点是对窜槽的本质认识不足。事实证明要从根本上解决固井后的窜槽问题和提高二界面胶结质量，必须首先解决水泥浆的体积收缩问题。而在水泥中添加气体膨胀剂就是补偿水泥浆体积收缩从而防止窜槽提高固井质量的有效措施之一。

气体膨胀剂按气体类型分类主要包括两种，分别是氢气膨胀剂和氮气膨胀剂。其中，氢气膨胀剂通常利用经纯化处理的金属铝粉，在碱性条件下反应放出大量氢气而产生膨胀效果。该气体膨胀剂在碱性条件下迅速反应产生大量氢气，不利于现场配浆施工，且氢气对套管存在腐蚀现象，易造成氢脆事故发生；氮气膨胀剂目前主要是利用偶氮化合物作为气源，通过添加助气剂使其在一定温度的碱性条件下反应放出氮气而产生膨胀效果，可干混或者湿混，现场配浆方便，但偶氮化合物反应后的伴随产生的气体CO、NH₃和部分产物会对管材造成不同程度腐蚀。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效补偿水泥浆的体积收缩，防止固井后环空窜槽，提高水泥环界面胶结质量的油井水泥气体膨胀剂。

为此，本发明的技术方案如下：

一种油井水泥气体膨胀剂，由30～40重量份的发气剂和60～70重量份的稳定剂构成，所述发气剂为磺酰肼类化合物，所述稳定剂为二氧化硅、硅酸钙中至少一种。

优选地，所述发气剂为3,3-二磺酰肼二苯砜、苯磺酰肼、对(N-甲氧基甲酰氨基)苯磺酰肼中至少一种。

优选地，所述稳定剂由二氧化硅和硅酸钙混合而成，且所述二氧化硅或硅酸钙在该油井水泥气体膨胀剂中的质量分数为10～60％，即当稳定剂采用二氧化硅和硅酸钙两种组分混合时，每一种组分的最低含量不低于膨胀剂总含量的10％，最高含量不超过膨胀剂总含量的60％。

更优选地，所述稳定剂由二氧化硅和硅酸钙混合而成，且二者重量比为3:4。该比例的二氧化硅和硅酸钙配置成的稳定剂应用范围最广，且使生成的微小气泡在水泥浆中均匀分布。

该油井水泥气体膨胀剂制备方法简单，即将发气剂和稳定剂按一定比例混合磨粉制备而成。

该油井水泥气体膨胀剂既可用于日常干混作业，也可以用于现场湿混作业，均具有良好的膨胀效果。

该油井水泥气体膨胀剂在水泥浆中加量为0.2wt％～0.4wt％即可达到膨胀效果，即常压体积膨胀率达到5％～25％。

该油井水泥气体膨胀剂与水泥混合均匀，碱性条件下温度超过35℃时即开始释放氮气，通过稳定剂的作用可使微小气泡均匀的分布在水泥浆中，产生的氮气不腐蚀管材；与其他水泥外加剂相容性好，不影响其它水泥外加剂的性能以及水泥浆的综合性能，即具有较好的配伍性。

与现有技术相比，该油井水泥气体膨胀剂既可用于日常干混作业，也可以用于现场湿混作业；其与水泥混合在碱性条件下温度达到35℃时开始释放氮气，通过组分中稳定剂的作用可使微小气泡均匀的分布在水泥浆中，且产生气体仅为氮气，不腐蚀管材；此外，该油井水泥气体膨胀剂与其他水泥外加剂相容性好，与其它水泥外加剂具有较好的配伍性；并且可有效补偿水泥浆凝固时的压力损失和体积收缩，防止固井油气水窜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的油井水泥气体膨胀剂进行详细说明，但本发明不仅仅局限于以下实施例。

实施例1

将30份苯磺酰肼和70份二氧化硅磨粉混合制备而成。

实施例2

将30份苯磺酰肼、30份二氧化硅和40份硅酸钙磨粉混合制备而成。

实施例3

将20份苯磺酰肼、15份对(N-甲氧基甲酰氨基)苯磺酰肼、30份二氧化硅和40份硅酸钙磨粉混合制备而成。

实施例4

将20份苯磺酰肼、20份对(N-甲氧基甲酰氨基)苯磺酰肼和70份二氧化硅磨粉混合制备而成。

性能测试：