一种减轻剂的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种减轻剂，其特征在于其主要成分为高分子聚合物。掺入量为水泥量的1％～200％时，可使水泥浆密度降低至1.78～1.15g/cm3及以下。同现有技术比较，本发明的优点在于该材料易得，可加工性强，所得粉末细、密度低、不吸水、耐腐蚀，实心颗粒耐压高、无破碎，适应温度范围广，化学性能稳定，无毒无味，可直接干混于水泥干粉中，也可与缓凝剂、降失水剂、分散剂、消泡剂等添加剂及其他减轻剂复配使用，无需额外增加施工设备，即能配制成流变性能优良的低密度水泥浆，可形成致密性强，弹柔性好，强度高的轻质水泥石。特别适合于对易漏地层实施平衡压力固井，防止井漏，确保质量，提高油气井寿命。
【专利说明】一种减轻剂
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种减轻剂，更具体地涉及钻井固井【技术领域】的油井水泥减轻剂。
【背景技术】
[0002]低压易漏地层，不仅钻井过程中易发生井漏，在固井过程中也容易发生。井漏将导致固井水泥浆上返不到设计位置，无法保证对地层的有效封固隔。固井质量差，危害很大。
[0003]国家标准及API标准规范下的基本水泥密度为3.15g/cm3左右，配制的水泥浆最佳密度为1.88~1.90g/cm3，在相关添加剂的辅助下一般可在1.78~1.98g/cm3左右。当遇当量密度低于1.78g/cm3的易漏地层固井时，通常的做法是在水泥中加入一些被称作减轻剂的轻质材料。这轻质材料自身密度应低于水泥密度，与水泥混合后，混合物密度降低，可配制成密度较低的低密度水泥浆，以降低水泥浆液柱压力，从而防止水泥浆柱压力在固井过程中压漏地层而出现井漏。
[0004]以往使用的减轻剂主要有膨润土、粉煤灰、矿渣等，在一定程度上起到了降低水泥浆密度的作用，但用这些减轻剂配制的低密度水泥浆体系存在配制工艺复杂，稳定性不佳，水泥石强度低，渗透率高，易开裂等缺陷，还不能完全满足深井易漏失层段固井作业的要求。
[0005]中国专利ZL201010135449.0公开的“非漂珠低密度水泥”所使用的减轻剂为纳米硅灰石和粉煤灰的组合，所能降低的密度难以满足低于1.60g/cm3水泥浆要求。中国专利ZL200910310954.1公开的“高温低密度水泥浆及其应用”使用的减轻剂为粉煤灰、微珠、硅藻土、膨润土单剂或组合，适用于温度在90~140°C的深井超深井固井中，但其密度仅能控制在1.30~1.60g/cm3之间，难以更低。中国专利ZL200410092887.8公开的“触变早强防窜低密度水泥浆”所使用的减轻剂为漂珠，水泥浆最低密度可降至1.25g/cm3，但因漂珠本身空心壁簿、质脆易破碎，仅限在4000rpm较低的剪切速率下配衆,而当以标准转速12000rpm配浆时，水泥浆各项性能变化较大，达不到设计要求。试验研究和实践结果表明，此前所使用的玻璃微珠、陶瓷漂珠、膨润土、珍珠岩、硅藻土、纳米硅灰石、粉煤灰等作为减轻剂所形成的低密度水泥浆，有的流变性能差，施工泵压高；有的因组份吸水性太强，使浆体施工性能敏感，不易控制；有的(如空心漂珠)容易破碎而出现密度自然增高现象，不能获得预期的低密度，难以达到易漏井的固井工程要求。
[0006]目前国际上有美国3M公司提供的空心玻璃微球产品，符合技术要求，可使水泥浆密度降低至1.15g/cm3及以下。但其价格昂贵，难以广泛使用。
【发明内容】
[0007]本发明的任务在于提供一种减轻剂，尤其是一种用于石油天然气井、页岩气井、盐卤井、地热井、地质地矿井等井筒类固井的油井水泥减轻剂。也可用作欠平衡钻井的低密度钻井液减轻剂以及其他【技术领域】的减轻剂。
[0008]本发明所公开的减轻剂，其特征在于其主要成分为高分子聚合物。其固有密度低，质量轻，具有诸多符合固井工程及低密度水泥浆所要求的特性。尤其如聚丙烯在大宗热塑性塑料中具有最低的密度和最高的熔点、适中的价格以及优良的耐化学品性能。
[0009]本发明所公开的减轻剂，在技术方案上扬长避短，充分利用了高分子聚合物的性能优点，包括其固有密度低、化学性能稳定、耐热耐温性较好、机械强度高、耐腐蚀能力强、及其良好的可加工特性。同时，采取适当改性处理的方法来提高其抗氧化和抗老化能力。
[0010]作为减轻剂，要求密度要低，这是其最关键指标。由于高分子聚合物的密度一般在0.80~2.20g/cm3之间，大多数都在0.85~1.20g/cm3范围内，低于水泥干粉3.15g/cm3的密度值，也低于目前在用的膨润土、珍珠岩、硅藻土等材料。尤其如聚丙烯树脂密度0.85~0.91g/cm3,为高分子聚合物中适合作为减轻剂的最轻的通用塑料,通过改性处理，可成为最佳的减轻剂。尼龙密度1.01~1.16g/cm3，也是一种不错的减轻剂材料。研究结果表明，按水泥量I %~200%左右的掺入量混合到水泥中，在相应的水固比条件下，可形成所需密度低至1.78~1.15g/cm3及以下的低密度水泥浆，各项性能符合设计要求。
[0011]本发明公开的减轻剂，其主要成分高分子聚合物的耐热耐温性能较好。如聚丙烯其本身的软化点为164~170°C，聚碳酸脂为220~230°C，尼龙66为250~260°C，有的更高。可见，其耐热温度范围广，可从常温达120°C至150°C以上，所形成的低密度水泥浆可适用于深井超深井的中高温以及150°C以上超高温的固井作业中。高分子材料本身具有一个软化特性，适当温度时体现出软而不化，这一特性也正好可以满足固井工程增韧水泥石防脆抗裂的要求。
[0012]本发明公开的减轻剂，其主要成分高分子聚合物的抗拉强度高，机械性能好。如聚丙烯的屈服抗拉强度为39~56MPa，洛氏硬度R95_105，PVDF的屈服抗拉强度为50MPa，PET的屈服抗拉强度为90MPa，PI的屈服抗拉强度高达116MPa，对水泥石强度的提高有显著的改善作用，所配制的低密度水泥浆所形成的水泥石，其强度远远高于固井工程13.SMPa的强度基本要求。研究表明，其48小时抗压强度可达28~35MPa以上，完全能满足后续的采油采气及增产改造和其他井筒作业要求。
[0013]本发明公开的减轻剂，其主要成分高分子聚合物的化学性能稳定，呈惰性。化学持久性能及耐溶剂性能好，耐酸、碱、盐性能优。除强氧化剂外，与大多化学药品不发生化学反应，抗腐蚀力强。因此，该减轻剂只起减轻的作用而不参与水泥浆体中任何化学反应，无论对于水泥浆碱性环境还是缓凝剂、降失水剂等弱酸性条件下，都表现出良好的适应性。同时，还是一种无毒无味的绿色环保型产品。当然，有的聚合物(如聚丙烯)对紫外线也很敏感。然而作为用作油井水泥的减轻剂，工作于地下，凝固于水泥石之中，不存在紫外线照射因而其这一弱点是极其次要的。尽管如此，也可通过加入氧化锌、硫代二丙酸二月桂酯、碳黑或类似的乳白填料等来提高其抗氧化和耐老化能力。
[0014]本发明所公开的减轻剂，其主要成分高分子聚合物具有良好地可加工特性。实践表明，可将相应的高分子聚合物加工成其粒径为10~900 μ m左右的非球体粉末，可按常规的方法混配就能十分均匀地分散于水泥干粉中。最佳粒度为120~300 μ m。在制作方法上，一般采取以下两种:一是根据固井工程所要求的温度及密度要求，选取合适的高分子聚合物(如聚丙烯树脂)，添加少量抗氧化、抗老化助剂，在相应温度条件下经粉碎、细磨、分选等严格的加工工艺，制得符合要求的高分子材料粉末，经包装即得减轻剂成品待用。二是选取如聚丙烯或高密度聚乙烯或尼龙之类某种材料，添加适量助剂，在相应温度条件下经粉碎、细磨、分选等严格的加工工艺，制得符合要求的高分子材料粉末，经包装即得减轻剂成品，随时待用。
[0015]实践结果表明，在现场使用这种减轻剂是十分方便的，效果好。需要使用时，将其成品运至水泥干混站(或现场)按固井设计要求的比例与水泥混拌均匀，便形成相应的低密度水泥。在无需额外增加施工设备情况下，固井施工现场即可配制成所需性能的低密度水泥浆，达到固井施工要求的目的。
[0016]总之，本发明公开的减轻剂，其特征在于其主要成分为高分子聚合物，掺入量为水泥量的1%~200%，可使水泥浆密度降低至1.78~1.15g/cm3及以下。同现有技术比较，其优点在于该材料易得，可加工性强，所得粉末细、密度低、不吸水、耐腐蚀，实心颗粒耐压高、无破碎，适应温度范围广，化学性能稳定，无毒无味。可直接干混于水泥干粉中，可与缓凝剂、降失水剂、分散剂、消泡剂等添加剂及其他减轻剂复配使用，无需额外增加施工设备，即能配制成流变性能优良的低密度水泥浆，可形成致密性强，弹柔性好，强度高的轻质水泥石，实现对套管及地层的有效封固。特别适合于易漏地层实施平衡压力固井，防止井漏，确保质量，提闻油气井寿命。
【具体实施方式】
[0017]下面给出本发明的最典型实施例。
[0018]一种改性聚丙烯(PP)油井水泥减轻剂。
[0019]1、加工方法:原料:聚丙烯树脂(PP)。生产条件:_35°C。添加剂:硫代二丙酸二月桂酯。设备:冷却装置、粉碎机、研磨机、分选筛、包装机。生产工艺流程是:PP原料一输送上料一料斗存一进料一冷却脆化一粉碎一细磨一分选一检验一入库。
[0020]2、产品理化性能:
[0021 ] 改性PP油井水泥减轻剂理化性能
[0022]
【权利要求】
1.一种减轻剂，其特征在于其主要成分为高分子聚合物。尤其是聚丙烯、聚乙烯、尼龙等几种密度低而性能优、价格适中的高分子聚合物。
2.根据权利要求1的减轻剂，其特征在于:其主要成分的高分子聚合物呈粉末状，属实心颗粒，其粒径为I~900 μ m左右。最佳粒径为120~300 μ m。
3.根据权利要求1的减轻剂，其特征在于:其在水泥中的掺入量为水泥量的1%~200%左右时，可使水泥浆`密度降低至1.78~1.15g/cm3及以下。
【文档编号】C04B16/04GK103509539SQ201210234154
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月30日 优先权日:2012年6月30日
【发明者】李越, 李国恒, 李佳铭 申请人:李越