[发明专利]自由液控制剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种自由液控制剂及其制备方法和应用。本发明提供的自由液控制剂包括水化硅酸钙、任选的稳定剂和任选的防腐剂。通过使用本发明提供的自由液控制剂，可有效消除或降低固井水泥浆自由液，适合零自由液水泥浆的制备，对水泥浆的稠化时间影响很小，没有促凝副作用。

技术领域

本发明涉及一种自由液控制剂及其制备方法和应用。

背景技术

在油气井固井领域的直径段固井时，在环空水泥柱中，较大的颗粒在重力的作用下会发生沉降，可能有聚集和桥塞的倾向，而桥塞下面的位置自由液聚集有时就可生成水槽或水带，加压时造成水泥石破裂。除此以外，自由液聚集形成水囊还妨碍水泥对套管和地层的胶结。也可能过早地胶凝，对地层产生较低的静压或不产生静压，而发生气窜。水平井固井中，水平段形成的自由液会逐渐上移，当达到一定量时，在环空水泥上部的自由液囊相互连通，构成自由液槽或水带，也易导致气窜，影响固井质量。

目前固井中控制自由液的外加剂或外掺料主要有：膨润土、绿坡缕石、偏硅酸钠、硅藻土、水玻璃、天然火山灰、粉煤灰、明矾或硫酸铝、纤维素、碱式氯化铝、超细水泥等，但其作用效果有一定的局限性。如膨润土、绿坡缕石、硅藻土等控制自由液效果不明显且影响水泥石强度；超细水泥水化速度过快，存在不确定性；偏硅酸钠、水玻璃常作为早强剂使用，其加量变化会影响水泥浆流变性质，控制自由液效果不明显；明矾或硫酸铝、纤维素、碱式氯化铝等易使水泥浆增稠。以上这些外加剂或外掺料单独使用并没有完全解决固井中自由液的控制问题，没有形成稳定成熟的自由液控制剂。

邱燮和等(邱燮和,王良才,郭广平.Microblock液硅的评价及在中国油田的应用[J].钻井液与完井液.2010(04).)介绍了液硅能减少水泥浆的自由液，其中介绍液硅作为自由液控制剂，有明显的效果，但该技术方案中液硅的加量较大，一般加入10％以上。

发明内容

本发明的目的是解决固井水泥浆自由液的控制问题，提供一种固井水泥浆用自由液控制剂改善固井水泥浆控制自由液的性能，便于固井用零自由液水泥浆的制备。

本发明的第一方面提供了一种水化硅酸钙在控制固井水泥浆自由液中的应用。

根据本发明的一些实施方式，所述水化硅酸钙包括钙化合物、烷氧基硅烷和水在催化剂存在下的反应产物。

根据本发明的一些实施方式，所述水化硅酸钙为颗粒状。

根据本发明的一些实施方式，所述水化硅酸钙的粒径为100-250nm。

根据本发明的一些实施方式，所述钙化合物选自硝酸钙、氯化钙和氧化钙中的一种或多种。

根据本发明的一些实施方式，所述烷氧基硅烷选自C1-C6烷氧基硅烷。

根据本发明的一些实施方式，所述烷氧基硅烷选自四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷和四正丁氧基硅烷中的一种或多种。

根据本发明的一些实施方式，所述催化剂选自乌洛托品和/或盐酸金刚烷胺。

根据本发明的一些实施方式，所述钙化合物与烷氧基硅烷的摩尔比为1:1.5-1.5:1。

根据本发明的优选实施方式，所述钙化合物与烷氧基硅烷的摩尔比为1:1.2-1.2:1。

根据本发明的一些具体的实施方式，所述钙化合物与烷氧基硅烷的摩尔比为1:1。

根据本发明的一些实施方式，所述水与所述钙化合物的质量比为8:1-20:1，例如可以是8:1、10:1、12:1、14:1、16:1、18:1、20:1。

根据本发明的一些实施方式，所述水与所述钙化合物的质量比为8:1-15:1。

根据本发明的一些具体实施方式，所述水与所述钙化合物的质量比为10:1。