[发明专利]一种水泥浆体系及其制备方法

说明书

本发明提供了一种水泥浆体系及其制备方法。所述水泥浆体系的原料包括G级油井水泥、抗高温弹性材料、抗高温降失水剂、抗高温无机防窜乳液、加重剂、高温强度稳定剂、分散剂、浆体调节剂、缓凝剂和水。使用该水泥浆体系在高温高压环境以及后期的大型压裂施工过程中形成的水泥环具有较好的弹性性能，可以长久地保持自身完整性，有效地保证了层间密封，降低了页岩气井环空带压风险。

技术领域

本发明提供了一种水泥浆体系及其制备方法，特别是适用于深层页岩气井固井的抗高温的高密度水泥浆体系。

背景技术

近年来，页岩气勘探开发不断深入，深层页岩气勘探开发技术成为研究重点。

深层页岩气普遍具有高温、高密度等地质特征，对现有钻完井技术尤其是固井技术是巨大的挑战。

目前使用的抗高温、高密度固井水泥浆基本性能能够满足施工要求，但是考虑页岩气目的层固井施工的要求，现有水泥浆体系未添加足量弹性材料，水泥环不能保持良好的弹性性能，在后期大型压裂施工过程中容易发生破坏，丧失密封环空的功效。

发明内容

本发明之一提供了一种水泥浆体系，其原料包括G级油井水泥、抗高温弹性材料、抗高温降失水剂、抗高温无机防窜乳液、加重剂、高温强度稳定剂、分散剂、浆体调节剂、缓凝剂和水。

在一个具体实施方式中，以G级油井水泥100质量份计，所述抗高温弹性材料4至8份，所述抗高温降失水剂4至6份，所述抗高温无机防窜乳液5至10份，所述加重剂60至90份，所述高温强度稳定剂30至60份，所述分散剂0.8至1份，所述浆体调节剂0.8至1份，所述缓凝剂1至2份，所述水55至59份。

在一个具体实施方式中，所述抗高温弹性材料为以纳米硅为壳，以橡胶为核的纳米硅-橡胶复合颗粒。其中的橡胶例如可以为轮胎废弃物。

在一个具体实施方式中，所述纳米硅-橡胶复合颗粒由平均粒径为100-300nm的纳米硅包裹平均粒径为140-180目的橡胶颗粒形成。

在一个具体实施方式中，所述纳米硅-橡胶复合颗粒使用颗粒复合系统包裹工艺技术制备而成。

在一个具体实施方式中，所述纳米硅-橡胶复合颗粒的制备方法包括如下步骤：将橡胶颗粒与纳米硅按比例加入到颗粒复合化系统的混合机，调整定量计量系统的实验工艺参数，使纳米硅与橡胶颗粒充分的接触、混合，在控制系统的控制下，最后在收集获得的粉体，形成一种纳米硅包覆橡胶颗粒的核壳结构。

在一个具体实施方式中，所述抗高温降失水剂为AMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)多元共聚物，其中，制备所述AMPS多元共聚物的原料包括如下：100质量份的水，40至80质量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，1至30质量份的3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸，30至70质量份的N’N-二甲基丙烯酰胺，1至20质量份的丙烯酸，1至20质量份的丙烯腈。

在一个具体实施方式中，制备所述AMPS多元共聚物的步骤如下：将40至80质量份的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，1至30质量份的3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸，30至70质量份的N’N-二甲基丙烯酰胺，1至20质量份的丙烯酸，1至20质量份的丙烯腈加入到100质量份的水中，搅拌溶解，然后调节溶液pH值到6至7，接着在惰性氛围下，于60至75℃下保持1至1.5小时；然后在搅拌状态下加入引发剂，继续于60至75℃下搅拌状态下反应，冷却至室温(例如自然冷却至25±5℃)，得到所述抗高温降失水剂；其中所述引发剂包含氧化剂和还原剂；以所述水为100质量份计，所述氧化剂的用量为0.1至0.3质量份；所述还原剂的用量为0.1至0.3质量份；所述氧化剂为过硫酸铵，所述还原剂为亚硫酸氢钠。

在一个具体实施方式中，所述的抗高温无机防窜乳液为纳米二氧化硅乳液。

在一个具体实施方式中，所述加重剂为粒径为100至150目的铁矿粉。