[发明专利]一种内源型增韧耐蚀水泥浆体系

说明书

技术领域

本发明涉及一种内源型增韧耐蚀水泥浆体系，特别适合于页岩气井、超深井和酸性油气井等对固井水泥石的韧性和耐蚀性要求严苛的固井作业。

背景技术

随着国家十三五油气战略规划的提出，天然气资源已成为我国国民经济和社会发展的重要能源形式之一，具有高效、环保、清洁的特点，是未来治理我国雾霾天气的首选清洁能源。世界页岩气总储量与常规天然气资源的总储量相当，中国的可开采页岩气资源量位居全球第一(约为36万亿立方米，占世界可采总量的20％)。若对页岩气资源进行高效、合理利用，可以很好地解决当前我国所面临的能源问题。但以我国现有的技术很难实现对页岩气的开发，其中很大一部分原因是固井水泥石抗冲击性(韧性)差。至今，水泥石抗冲击性差也是固井领域内一个全球性的技术难题。

页岩气储集层往往渗透率较低，其气流阻力比常规天然气大，所以页岩气的开发往往采用水平井。为实现页岩气的开发，几乎所有页岩气井都要实施储层压裂改造(大型分段压裂)。水泥石为脆性材料，压裂改造的过程中，水泥环的完整性往往会遭到破坏，从而影响水平井的层间封隔。若层间封隔失效，出现井口带压，则会直接影响页岩气的开发，甚至发生安全事故。由此可知，固井水泥石抗冲击性的好坏很大程度上决定了页岩气能否被开采和利用。这也对固井用水泥石的抗冲击性提出了更高的要求。

截至目前，研究人员主要采用微颗粒、纤维和聚合物等外源型增韧方法提高水泥石的韧性。西南石油大学程小伟项目组将等离子改性后的废旧橡胶颗粒加入到固井水泥浆体系中(程小伟，黄盛等.离子改性废旧橡胶颗粒增强固井水泥石性能[J].石油学报，2014，35(2):371-376)，该方法从一定程度上增强了水泥石的韧性，但水泥石的强度明显降低，且等离子改性处理耗时长，工艺复杂，难以实现大规模应用。程小伟等人还将等离子改性后的碳纤维加入到固井水泥浆体系中(程小伟，时宇等.等离子改性碳纤维对固井水泥界面的影响[J].硅酸盐学报，2016，44(5):673-677)，以实现对水泥石韧性的增强。通过加入等离子改性后的碳纤维虽然能够提高水泥石的韧性，但碳纤维长径比大，在水泥浆体中的分散性较差且相容性不好，由此导致固井水泥石抗压强度较低。为克服现有固井用增韧水泥浆体系强度不高、难以大规模应用、耐蚀性和耐冲击性差等缺点，努力在页岩气井固井领域有所突破，内源型增韧耐蚀水泥浆体系的研究价值逐渐显现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内源型增韧耐蚀水泥浆体系，用于页岩气井和高含CO₂的酸性油气井等固井，该体系具有优异的抗冲击性，抗压强度较高、体积稳定、孔隙度与渗秀率变化小。本发明克服了现有水泥浆体系的缺陷和应用的局限性，对于保障页岩气的安全和高效开发具有重要意义，因此具有广阔的市场前景。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

一种内源型增韧耐蚀水泥浆体系，由以下各组分按重量份组成：

所述高抗硫酸盐型G级油井水泥为市售，其主要熟料矿物组成为硅酸三钙(3CaO·SiO₂)、硅酸二钙(2CaO·SiO₂)和铁铝酸四钙(4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃)，也含有少量铝酸三钙(3CaO·Al₂O₃)、碱性物质(Na₂O+K₂O)、MgO和SO₃。

所述微晶铁铝酸钙通过高温煅烧和骤冷的方法制得，该方法采用两步烧结法，将矿物原料按照一定比例混合研磨，对研磨后的产物进行压片和预烧结，将预烧结产物粉碎后，再经高温煅烧和骤冷，得到微晶铁铝酸钙。