[发明专利]用于防窜固井水泥浆的加重剂、水泥浆及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于防窜固井水泥浆的加重剂，其特征在于，所述加重剂为纳米四氧化三锰球形加重剂。本发明还涉及包括该重量调节剂的水泥浆及其制备方法。

技术领域

本发明涉及一种重量调节剂，尤其涉及一种用于油气井工程的重量调节剂。本发明还涉及包括该重量调节剂的水泥浆及其制备方法。

背景技术

高密度防气窜固井水泥浆中主要通过加入经粉碎磨细后的铁矿粉来提高水泥浆密度，并加入防窜剂胶乳或者胶粒等来提高水泥浆的防窜性能。但铁矿粉因密度高、颗粒大导致水泥浆沉降稳定性差，胶乳或者胶粒防窜剂在超深井高密度等复杂条件下的防窜效果不理想，导致这类水泥浆在超深井中的固井质量不高。因此，本领域亟需一种性能更好的用于防窜固井水泥浆的加重剂。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的发明人经过大量实验，出乎意料地发现一种全新的用于防窜固井水泥浆的加重剂。

本发明的一个目的在于，提供一种一种用于防窜固井水泥浆的加重剂，所述加重剂为纳米四氧化三锰球形加重剂。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述纳米四氧化三锰球形加重剂的粒径分布在50nm至300nm的范围内，平均粒径在180nm至220nm的范围内。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述纳米四氧化三锰球形加重剂的粒径分布可例如为在50nm至300nm的范围内、50nm至200nm的范围内、50nm至100nm的范围内、50nm至80nm的范围内、100nm至300nm的范围内、100nm至200nm的范围内、100nm至150nm的范围内、150nm至300nm的范围内、150nm至200nm的范围内、200nm至300nm的范围内或者200nm至250nm的范围内。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述纳米四氧化三锰球形加重剂的平均粒径可例如为在180nm至220nm的范围内、180nm至210nm的范围内、180nm至200nm的范围内、180nm至190nm的范围内、190nm至220nm的范围内、190nm至210nm的范围内、190nm至200nm的范围内、200nm至220nm的范围内、200nm至220nm的范围内、200nm至210nm的范围内、或者210nm至220nm的范围内。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述纳米四氧化三锰球形加重剂的纯度大于95wt％，密度为4.8-5.0g/cm³。本领域技术人员可以采用本领域常规的方法来制备本发明所述的纳米四氧化三锰球形加重剂。

在防窜固井水泥浆中加入纳米四氧化三锰球形加重剂这种纳米材料来提升水泥浆的性能(例如稳定性和/或防窜能力)。纳米四氧化三锰球形加重剂粒径分布为50nm到300nm，平均粒径在180nm至220nm的范围内，纯度大于95wt％，，密度为4.8-5.0g/cm³，用纳米球形四氧化三锰替代常规的铁矿粉，不仅有效提升水泥浆的稳定性，因球形材料具有“滚动轴承”作用，还可减少水泥浆分散剂的用量。

本发明的又一个目的在于，提供一种高密度防窜固井水泥浆，其特征在于，所述水泥浆包括防窜剂和上述加重剂。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述防窜剂为纳米二氧化硅防窜乳液，所述纳米二氧化硅防窜乳液中的纳米二氧化硅颗粒的粒径分布在9nm与310nm的范围内，平均粒径在80nm至120nm的范围内。

水泥颗粒间的空隙在微米量级，纳米二氧化硅防窜乳液中的颗粒粒径分布范围在9nm与310nm的范围内，平均粒径在80nm至120nm的范围内，可以紧密充填在水泥颗粒间，降低空隙直径。纳米二氧化硅防窜乳液替代胶乳或者胶粒，可以避免因超高温导致的水泥浆防窜能力下降。