[发明专利]一种固井水泥浆体系及其应用

说明书

本发明涉及一种固井水泥浆体系，包括如下组分：水泥、降脆增弹材料、增韧材料和增强材料。本发明的固井水泥浆体系还包括其他添加剂，所述其他添加剂包括选自降滤失剂、分散剂、缓凝剂和消泡剂中的一种或多种。本发明的水泥浆体系配制的固井水泥浆凝结硬化后，不仅降低了水泥石的弹性模量，改善了水泥石的脆性，提高其受力后的变形能力，而且提高了水泥石的抗冲击韧性，保持较高的抗压、抗折和抗拉强度，满足了高压气井固井需求。

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种水泥浆体系及其应用，尤其涉及一种高强度弹韧性水泥浆体系及其应用。

背景技术

油气井固井水泥浆体系凝结形成固井水泥环，要求水泥环在后续施工作业和整个油气井生产寿命期间，甚至油气井报废之后都能实现有效的层间封隔。普通油井水泥石属于一种脆性材料，抗压强度高、抗拉强度低，力学变形能力差。对于采用分段压裂的页岩气井和频繁注采的储气库井，在施工作业荷载和注采产生的多次交变应力作用下，使得普通水泥环极易出现裂纹或者微环隙，发生密封失效问题，引起环空带压，给油气井的生产带来安全隐患，甚至造成整口井的报废，导致巨大经济损失。目前，为了改善水泥石的力学和变形能力，提高水泥环的密封完整性，通常采用的方法是在固井水泥浆中添加增韧剂或弹性材料，常用的主要是橡胶颗粒、胶乳等，形成弹韧性水泥浆。但普通弹韧性水泥浆在降低水泥石的弹性模量、达到增韧效果的同时，水泥石的强度损失较多。在提高油气井水泥环的长期密封完整性方面，并没有取得较好的效果。

因此，急需开发一种既具有较低的弹性模量，同时具有较高强度的弹韧性固井水泥浆，从而达到满足页岩气井分段压裂施工作业和长期生产过程中的温度压力变化，以及储气库频繁注采作业等引起的多次交变应力下，水泥环长效密封的目的。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种新型的高强度弹韧性固井水泥浆体系，其具有较低弹性模量的同时具有较高强度。

在第一个方面，本发明提供了一种固井水泥浆体系，其包括如下组分：水泥、降脆增弹材料、增韧材料和增强材料。

根据本发明的一些实施方式，所述固井水泥浆体系包括如下组分：100重量份的水泥、3-8重量份的降脆增弹材料、1-7重量份的增韧材料和1-5重量份的增强材料。

根据本发明的一些实施方式，所述水泥为油井水泥，优选为G级油井水泥。

根据本发明的一些实施方式，所述降脆增弹材料为橡胶颗粒，优选为140-180目数的橡胶颗粒。

根据本发明的优选实施方式，将所述降脆增弹材料经过表面磺化处理，具体方法为：将降脆增弹材料在硫酸溶液中浸渍0.5～1小时，然后用清水将降脆增弹材料洗净，在室温下干燥。经过表面磺化处理后的降脆增弹材料亲水性较好，配浆容易。

根据本发明的一些实施方式，所述增韧材料晶须，优选为钙质晶须，更优选为直径0.5-2μm、长度20-50μm的晶须。

根据本发明的一些实施方式，所述增强材料为硅灰，优选粒径为50-300nm的硅灰。

根据本发明的一些实施方式，所述固井水泥浆体系还包括其他添加剂，所述其他添加剂包括选自降滤失剂、分散剂、缓凝剂和消泡剂中的一种或多种。

根据本发明的优选实施方式，所述其他添加剂包括2-6重量份的降滤失剂、0-2重量份的分散剂、0-1.5重量份的缓凝剂、40-46重量份的水和0.1-0.5重量份的消泡剂。

根据本发明的一些实施方式，所述降滤失剂为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)聚合物、酮醛缩合类和聚乙烯醇(PVA)体系中的一种或多种。

根据本发明的一些实施方式，所述分散剂为醛酮缩合物和/或萘系分散剂。

根据本发明的一些实施方式，所述缓凝剂为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸聚合物。