专利名称：：油井水泥防漏增韧剂的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种增韧剂，更具体地说涉及一种油井水泥防漏增韧剂。
背景技术：
：固井作业是钻井完井作业的一个关键环节，它既意味着投资几百万到上亿元钻井施工的结束，又标志着持续几十年采油作业的开始，是一个承上启下的重要工程环节。固井质量的优劣与油气井生产寿命和油气采收率的提高有着直接的关系，不同种类的油井水泥是油气井固井施工的主要材料，其固有的三高缺陷(高体积收縮、高脆性和高滤失量)和井漏问题一直是造成油气井固井质量差、寿命短和油气资源散失的主要根源，也是国内外尚未完全解决的重大技术难题之一。其中井漏对钻井和固井作业的危害最大，据统计前苏联石油部所属企业每年井漏复杂时率(处理井漏时间/钻井总时间)为4%10%;1990年国内油田发生重大井漏复杂853次，损失钻井时间7万小时以上，平均井漏复杂时率3%左右；在四川气田裂缝性灰岩储层所钻的近百口井中，约90%发生过井漏，其中20多口高产井就有16口发生漏失(漏失量上万立方米的有5口)，井漏复杂时率为7.6%。1999年川东钻探公司在川东北探区钻井17口，平均井漏复杂时率超过20%，经济损失巨大。我国目前的石油资源十分欠缺，石油工业要持续发展，就必须重视固井质量的提高，特别要解决井漏问题，为后续的开发工作提供坚实的保障。目前国内外用于固井防窜防漏的水泥浆体系主要有三类①低滤失早强体系；②低滤失膨胀体系；③专用防窜水泥浆体系，如大庆油田的锁水抗窜剂。从材料我发和应用效果来看，前两类材料作用单一，只具有早强效果或只能产生塑性体微膨胀，没有真正解决水泥体系的收缩问题，因而防窜作用不明显且效果不稳定；锁水抗窜剂属硫铝酸盐体系，只能适用于中抗硫酸盐高C3A含量的油井水泥，具使用地层温度不能高于75°C，从而限制了它的使用。国外为提高水泥浆的韧性进行了多年的研究，如CARTE等人1988年提出在水泥中加入0.5%纤维材料可增加水泥石抗射孔应力破坏的能力；HOOK在1997年提出用5%磨碎橡胶可明显改善水泥的抗冲击强度，油井寿命得以提高。为确保固井质量，解决井漏问题，近几年国外对纤维水泥的研究增多，《世界石油》编辑的"世界主要固井公司产品汇总"中，七大固井公司有有四家公司(哈里伯顿、福拉斯马斯特公司、道威尔公司、BJ服务公司)均提供纤维增韧产品，并通过多种外加剂复配和使用你密度材料(漂珠、硅藻土和水玻璃等)解决存在的固井和井漏问题，取得了一定的效果，但材料费用昂贵，单井外加剂费用高达2080万美元，同时其油井水泥外加剂的功能也比较单一，只能解决某一方面的问题。而国内尚无油井水泥防漏增韧材料，研制出既具有防漏功能又能提高水泥石韧性、且综合工程性能良好的油井水泥防漏增韧新材料，则可一剂双效，同时解决固井过程中的水泥浆漏失和水泥石固有脆性的技术难题。
发明内容本发明的目的在于提供一种油井水泥防漏增韧剂，以解决现有技术存在的不足，该油井水泥防漏增韧剂既具有防漏功能又能提高水泥石韧性、且综合工程性能良好，一剂双效，同时解决固井过程中的水泥浆漏失和水泥石固有脆性的技术难题。本发明的技术方案为本发明的油井水泥防漏增韧剂，按重量百分比由以下组分组成-高性能有机纤维材料5%30%特种无机纤维35%70%有机高分子材料1.0%10%改性剂5.0%15%辅料1.0%10%所述的高性能有机纤维材料为改性聚丙烯异形纤维或聚酯类异形纤维，优选改性聚丙烯纤维或聚酯类异形纤维的直径为10~30um,弹性模量为520GPa，长径比为200-800;所述的特种无机纤维为富含硅、镁和铝的天然矿物经1300。C175(TC熔融拉丝制成，制成的特种无机纤维的直径为5-20um，弹性模量为1530GPa，长径比为100~600，其中所述的富含硅、镁和铝的天然矿物中Si02的含量》30%，MgO的含量^4(m，"302含量》10%，所述的富含硅、镁和铝的天然矿物优选玄武岩、蛇纹石、海泡石或硅灰石。所述的有机高分子材料为富含羟基官能团水溶性聚合物，其平均分子量在50~500万之间，其中所述的富含羟基官能团水溶性聚合物优选聚氧乙烯醚、改性聚乙烯醇或单月桂酸甘油酯；所述的改性剂为聚醚类化合物和磺化醛酮縮聚物的混合物，两者的重量配比为聚醚类化合物磺化醛酮缩聚物-l:0.15~10，聚醚类化合物优选聚氧乙烯月桂醚或二乙醇脂肪酸酯，磺化醛酮縮聚物为减阻剂，优选河南卫辉化工股份公司生产的USZ减阻剂或成都川锋化学工程有限责任公司生产的SXY减阻剂；所述的辅料为富含硅铝的无机矿物微纤维，其长径比为80-200，Si02的含量》30%，A1302含量》10%，无机矿物微纤维优选角闪石、硅灰石或海泡石。本发明的有益效果为-(1)本发明的油井水泥防漏增韧剂既具有防漏功能又能提高水泥石韧性、且综合工程性能良好，一剂双效，同时解决固井过程中的水泥浆漏失和水泥石固有脆性的技术难题。(2)本发明的油井水泥防漏增韧剂掺量小(2.0%)且防漏堵漏效果显著，使用后可使水泥石的抗折强度比净浆提高18%33%，抗冲击功提高32%53%，静态弹性模量降低46%61%，达到了一剂双效的目的。为提高易漏地层的固井防漏、改善水泥环韧性、提高固井质量和延长油气井生产寿命提供了新材料的支持。(3)添加本发明的油井水泥防漏增韧剂的水泥浆体系，其流变性能好、稠化曲线规范、稠化时间可调，自由水为零，水泥石抗压强度在1929MPa之间，不受地层水和温度的影响，且无毒副作用。(4)添加本发明的油井水泥防漏增韧剂的水泥浆体系，水泥浆返深符合设计要求，固井优质率为100%。(5)本发明的油井水泥防漏增韧剂制备工艺简单，原料资源丰富，价格低廉。同时固井质量的提高和水泥韧性的改善，不但可延长油井的生产寿命，增加油井产量，提高油田的最终采收率，而且还可降低由于固井质量差和聚能射孔作业引起的套管变形，层间互串的修补作业费用和地下油气资源的浪费，具有良好的经济效益和社会效益。图1为本发明油井水泥防漏增韧剂的生产工艺示意图具体实施例方式下面通过实施例和对比例进一步说明本发明，在实施例和对比例中，水泥石的抗折强度表征材料承受非均衡外力的能力，反映水泥石抵抗弯曲应变的程度，间接反映水泥石的抗拉强度(即韧性)；冲击功是检验水泥石初性的重要指标，通常试样的抗冲击功越大，其增韧效果也越好。水泥浆的稠化时间、滤失量、流变性及析水率是体现水泥桨的工程性能很重要的技术指标。实施例l按以下重量配比称取原料，混拌均匀后，即得本发明的产品，检测结果见表l。改性聚丙烯异形纤维25kg，其直径为20um，弹性模量为15GPa，长径比为500;特种无机纤维50kg，由玄武岩经155(TC熔融拉丝制成，制成的的直径为10nm，弹性模量为20GPa，长径比为350;聚氧乙烯醚7kg，其平均分子量为300万；改性剂10kg，其中聚氧乙烯月桂醚2kg、成都川锋化学工程有限责任公司生产的SXY减阻剂8kg;角闪石8kg，长径比为150，其中Si02的含量55%，八1302含量35%。实施例2按以下重量配比称取原料，混拌均匀后，即得本发明的产品，检测结果见表l。聚酯类异形纤维10kg，其直径为30nm，弹性模量为5GPa，长径比为200;特种无机纤维70kg，由海泡石经130(TC熔融拉丝制成，制成的的直径为5um,弹性模量为15GPa，长径比为600;改性聚乙烯醇10kg，其平均分子量为100万；改性剂5kg，其中聚氧乙烯月桂醚4kg、成都川锋化学工程有限责任公司生产的SXY减阻剂lkg;硅灰石5kg，长径比为80，Si02的含量50%，八1302含量30%。实施例3按以下重量配比称取原料，混拌均匀后，即得本发明的产品，检测结果见表l。改性聚丙烯异形纤维30kg，其直径为20um，弹性模量为15GPa，长径比为800;特种无机纤维50kg，由海泡石经175(TC熔融拉丝制成，制成的的直径为10um，弹性模量为20GPa，长径比为500;聚氧乙烯醚2kg，其平均分子量为300万；改性剂15kg,其中聚氧乙烯月桂醚3kg、成都川锋化学工程有限责任公司生产的SXY减阻剂12kg;角闪石3kg，长径比为150，其中Si02的含量55%，八1302含量35%。实施例4按以下重量配比称取原料，混拌均匀后，即得本发明的产品，检测结果见表l。改性聚丙烯异形纤维28kg，其直径为30um，弹性模量为15GPa，长径比为200;特种无机纤维43kg，由海泡石经1750。C熔融拉丝制成，制成的的直径为IOum,弹性模量为20GPa，长径比为500;聚氧乙烯醚10kg，其平均分子量为300万；改性剂12kg，其中聚氧乙烯月桂醚10kg、河南卫辉化工股份公司生产的USZ减阻剂2kg;角闪石7kg，长径比为150,其中Si02的含量55%，"302含量35%。实施例5按以下重量配比称取原料，混拌均匀后，即得本发明的产品，检测结果见表l。改性聚丙烯异形纤维5kg，其直径为20um，弹性模量为15GPa,长径比为500;特种无机纤维65kg，由玄武岩经1550'C熔融拉丝制成，制成的的直径为IOum，弹性模量为20GPa，长径比为350;单月桂酸甘油酯9kg，其平均分子量为300万；改性剂13kg，其中聚氧乙烯月桂醚6kg、河南卫辉化工股份公司生产的USZ减阻剂7kg;角闪石8kg，长径比为150，其中Si02的含量55%，八1302含量35%。对比例本发明的油井水泥防漏增韧剂性能检测实验原料F27A本发明实施例1的防漏增韧剂；G级抗硫油井水泥(四川嘉华)；F17A油井水泥膨胀剂(江苏海特曼公司)；M—83S降滤失剂、SXY减阻剂(成都川锋化学工程有限责任公司)；SS—51缓凝剂；USZ减阻剂(河南卫辉化工股份公司)；RC800降失水剂。实验方法-1)水泥浆工程性能测试方法水灰比为0.44，水泥桨制浆及工程性能测定按API规范10和GB1346—2001进行；2)水泥浆防漏性能测试方法制备水泥浆2000mL，在DL型堵漏材料实验装置(青岛石油机械厂生产)上进行动态狭孔堵漏评价，缝板尺寸为1X35mm，工作压力010MPa;3)水泥石力学性能测试方法①抗折强度和抗冲击功将配好的水泥浆体倒入lcmXlcmX6cm的模具中，置于6(TC水浴中养护48小时后脱模，在KZY30型电动抗折仪上测试试样的抗折强度(每组5个，取平均值)，在XCJ—40冲击实验机上测试抗冲击功(每组5个试样，取平均值)；②抗压强度和弹性模量将配好的水泥浆体注入cj)2.54cm，高为2.54cm的试模中，置于6(TC温度下养护48小时，在CSS—2005液压式万能材料试验机上测试抗压强度和弹性模量(每组5个试样，取平均值)。表1本发明的油井水泥防漏增韧剂性能指标<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>实验条件为G级高抗硫油井水泥(四川嘉华)，W/C=0.44，本发明产品掺量占水泥重量的2.0%其中Rx。为净浆抗折强度，Rx为掺入本发明的产品后浆体抗折强度Wx。为净桨抗冲击功，Wx为掺入本发明的产品后浆体抗冲击功水泥浆防漏性能室温条件下对水泥净浆、低滤失水泥浆体系和掺有本发明实施例1防漏增韧水泥浆体系的防漏性能进行了评价。结果表明，本发明的防漏增韧剂的防漏堵漏效果优异，结果见表2和表3。从表2和表3可知，无论是模拟地层渗漏或是裂缝性漏失，掺有本发明的防漏增韧剂的配方C和E与配方A、B、D相比，防漏堵漏效果优异，其10分钟承压能力达到7MPa;而常规水泥浆体系和漂珠低密度水泥浆体系在80秒内全部漏失，不具备防漏堵漏作用。本发明的油井水泥防漏增韧剂应用于青海涩北气田，成功封固高压气井90口中，解决了长期困扰青海气田固井施工的气窜和漏失低返难题，固井低返率比其它体系降低50%，优质率提高48%。应用于江苏油田沙7区块漏失井打水泥塞堵漏作业和5口易漏井层套管固井现场试验，水泥浆返深符合设计要求，固井优质率达100%。表2:防漏水泥浆体系堵塞模拟裂缝试验检测结果(25°C)配方组成0.7MPaIO分钟承压(MPa)堵塞情况漏失时间(秒)漏失量(mL)A净浆5520000尝仝兀王漏失BM-83S1.8%+SXY0.5%+SS-510.1%7520000兀生漏失CF27A2.0%+M-83S1.8%+SXY0.5%+F17A3.0%+SS-510.1%651467.0兀生堵住D漂珠15%+M-83S1.8%+SXY0.5%+SS-510.1%6020000兀生漏失E漂珠15%+M-83S1.8%+SXY0.5%+SS-510.1%+F27A2.0%702157.0^仝兀王堵住表3:防漏水泥浆体系堵塞模拟渗漏试验检测结果(25°C)配方0.7MPalO分钟承压(MPa)堵塞情况漏失时间(秒)漏失量(mL)A6020000完全漏失B8020000完全漏失C601257.0完全堵住D7020000完全漏失E552007.0完全堵住1权利要求1、一种油井水泥防漏增韧剂，按重量百分比由以下组分组成高性能有机纤维材料5％～30％特种无机纤维35％～70％有机高分子材料1.0％～10％改性剂5.0％～15％辅料1.0％～10％。2、根据权利要求1所述的油井水泥防漏增韧剂，其特征在于所述的高性能有机纤维材料为改性聚丙烯异形纤维或聚酯类异形纤维。3、根据权利要求2所述的油井水泥防漏增韧剂，其特征在于所述的改性聚丙烯纤维或聚酯类异形纤维的直径为10~30um，弹性模量为520GPa，长径比为200-800。4、根据权利要求1所述的油井水泥防漏增韧剂，其特征在于所述的特种无机纤维为富含硅、镁和铝的天然矿物经1300。C175(TC熔融拉丝制成，制成的特种无机纤维的直径为5~20um，弹性模量为1530GPa，长径比为100~600，其中所述的富含硅、镁和铝的天然矿物中Si02的含量》30%，MgO的含量》40%，"302含量》10%。5、根据权利要求4所述的油井水泥防漏增韧剂，其特征在于所述的富含硅、镁和铝的天然矿物为玄武岩、蛇纹石、海泡石或硅灰石。6、根据权利要求1所述的油井水泥防漏增韧剂，其特征在于所述的有机高分子材料为富含羟基官能团水溶性聚合物，其平均分子量在50500万之间，其中所述的富含羟基官能团水溶性聚合物为聚氧乙烯醚、改性聚乙烯醇或单月桂酸甘油酯。7、根据权利要求1所述的油井水泥防漏增韧剂，其特征在于所述的改性剂为聚醚类化合物和磺化醛酮縮聚物的混合物，两者的重量配比为聚醚类化合物磺化醛酮縮聚物=1:0.15~10。8、根据权利要求7所述的油井水泥防漏增韧剂，其特征在于所述的聚醚类化合物为聚氧乙烯月桂醚或二乙醇脂肪酸酯；所述的磺化醛酮縮聚物为减阻剂。9、根据权利要求1所述的油井水泥防漏增韧剂，其特征在于所述的辅料为富含硅铝的无机矿物微纤维，其长径比为80-200，Si02的含量》30%，八1302含量》10%。10、根据权利要9所述的油井水泥防漏增韧剂，其特征在于所述的无机矿物微纤维为角闪石、硅灰石或海泡石。全文摘要本发明公开了一种油井水泥防漏增韧剂，该油井水泥防漏增韧剂既具有防漏功能又能提高水泥石韧性、且综合工程性能良好，一剂双效，同时能解决固井过程中的水泥浆漏失和水泥石固有脆性的技术难题；本发明的油井水泥防漏增韧剂，按重量百分比由以下组分组成高性能有机纤维材料5％～30％、特种无机纤维35％～70％、有机高分子材料1.0％～10％、改性剂5.0％～15％、辅料1.0％～10％。文档编号C09K8/467GK101481606SQ200510094588公开日2009年7月15日申请日期2005年9月28日优先权日2005年9月28日发明者吴叶成,唐明述,晓姚,峰张,樊松林,许仲梓申请人:南京工业大学;江苏海特曼新材料有限公司