[发明专利]一种水泥浆组合物

说明书

本发明涉及一种水泥浆组合物，包括水泥、增塑剂、增韧剂、增强剂、和淡水、降失水剂、分散剂、缓凝剂、消泡剂，其具有较低弹性模量的同时具有较高强度和韧性。

技术领域

本发明属于石油工程领域，具体涉及一种水泥浆组合物及其应用，尤其涉及一种高强弹韧性水泥浆组合物及其应用。

背景技术

地下储气库是天然气生产调峰和天然气资源储备的最佳选择，是保证天然气安全供应的基本手段。国外发达国家的地下储气库建造技术比较成熟，近年来，为了满足为不断增长的市场需求，我国积极推进地下储气库建设。储气库与普通油气井不同的是，每年都要经历强注强采，因此，储气库在使用寿命周期内，要经历几十次甚至上百次的强注强采带来的交变应力和温度变化引起的温度应力。普通油井水泥石属于一种脆性材料，力学变形能力差。即使储气库固井质量较好，但在频繁注采产生的多次交变应力和温度应力作用下，导致普通水泥环发生界面胶结破坏或强度破坏，使得水泥环极易出现裂纹或者微环隙，发生水泥环密封失效问题。由此带来天然气注的进入，但采不出来的现象，引起天然气的流失，给储气库造成较大经济损失，甚至造成整口储气库的报废。目前，为了改善水泥石的力学变形能力，提高注采下储气库水泥环的密封性，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，取得了一定的效果。但普通弹韧性水泥浆在降低水泥石弹性模量、达到降脆效果的同时，水泥石的强度损失较多，仍然存在储气库水泥环密封失效问题。在提高储气库水泥环在注采周期内密封性方面，仍需进一步改进。

因此，急需开发一种既具有较低的弹性模量，同时具有较高强度和韧性的弹韧性固井水泥浆，从而达到满足储气库频繁注采作业等引起的多次交变应力和温度应力下，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水泥浆组合物，其具有较低弹性模量的同时具有较高强度和韧性。

在本发明的第一个方面的一个优选的实施方式中，本发明提供了一种水泥浆组合物，其包括水泥、增塑剂、增韧剂、增强剂和水。

根据本发明的一些优选实施方式，所述水泥浆组合物包括100重量份的水泥、3-8重量份增塑剂、1-3重量份增韧剂和0.5-2重量份增强剂。

在本发明的一些优选实施方式中，所述水泥为油井水泥，优选为G级油井水泥。

根据本发明的另一些优选实施方式，所述增塑剂为橡胶颗粒，优选为120-180目数的橡胶颗粒。

根据本发明的一些优选实施方式，将所述增塑剂经过表面磺化处理，具体方法为：将增塑剂在硫酸溶液中浸渍0.5～1小时，然后用清水将增塑剂洗净，在室温下干燥。经过表面磺化处理后的增塑剂亲水性较好，不易漂浮，水泥浆稳定好。

根据本发明的一些优选实施方式，所述增韧剂为纤维，优选为矿物纤维，更优选为直径2-8μm、长度2-5mm的玄武岩纤维。

根据本发明的一些优选实施方式，所述增强剂Ⅱ为纳米SiO₂，优选粒径为3-20nm。

根据本发明的一些优选实施方式，所述水泥浆组合物还包括其它添加剂，所述其他添加剂包括选自降失水剂、分散剂、缓凝剂和消泡剂中的一种或多种。

根据本发明的一些优选实施方式，所述其他添加剂包括2-8重量份的降失水剂、0.4-1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。

根据本发明的一些优选实施方式，所述降失水剂为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；所述分散剂为聚羧酸分散剂；所述缓凝剂为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸聚合物；所述消泡剂为聚醚类消泡剂；所述水为自来水或含盐量小于0.5g/L的水。