固井水泥浆用增韧膨胀剂及韧性微膨胀水泥浆体系的制作方法

本发明涉及固井技术领域，具体涉及一种固井水泥浆用增韧膨胀剂及包含有该增韧膨胀剂的水泥浆体系。

背景技术：

固井是钻完井作业中不可缺少的一部分，它的主要过程包括下套管和注水泥，主要目的是将套管和井壁的环形空间封固起来，形成一个高抗压强度和高胶结能力的水泥环，以封隔油气水层，防止层间窜流。因此，固井质量的好坏与油气井能否正常生产以及生产寿命有着直接的关系。

固井工程中常用的硅酸盐水泥，水泥石存在着脆性过高、体积收缩以及水泥浆胶凝失重等缺陷；水泥石本身具有一定的脆性，抗拉强度低，在试压、压裂等后期作业时水泥石易产生微裂隙，完整性遭到破坏的水泥环的层间封固能力也遭到破坏甚至彻底失效；水泥水化过程中发生的体积收缩使得环空水泥环易产生裂缝或微环隙，降低水泥环与套管和井壁间的第一、第二界面胶结质量，并导致层间窜流，严重影响油气井的生产寿命。

技术实现要素：

针对目前的固井水泥浆用增韧膨胀剂的缺点，本发明提出了一种类固井水泥浆用增韧膨胀剂，该新型增韧膨胀剂能有效减少水泥浆水化过程中的体积收缩并增强水泥石的韧性，目的在于提高环空水泥环的层间封固能力，防止窜流发生，满足固井施工需求。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种固井水泥浆用增韧膨胀剂，以重量比计，由以下组分组成：

所述碳酸钙晶须相对密度为2.8g/cm3，长度为20～300μm，直径为0.5～2μm，比径长为20～40μm。

所述氧化镁颗粒需在800～1000℃的条件下煅烧150～300s，冷却后通过20目，而不通过40目筛。

所述氧化铝通过80目，而不通过100目筛网；所述氧化钙通过40目，而不通过80目筛网。

本发明还提供了一种韧性微膨胀水泥浆体系，该水泥浆体系通过在常用的水泥浆中加入4.5～5.5％的前述增韧膨胀剂，具体的，该水泥浆体系的水灰比为0.44，以重量百分比计，该水泥浆体系中的水泥及其添加剂包括以下组分：

所述降失水剂为amps类聚合物。

所述分散剂为甲醛和丙酮的缩聚物。

所述消泡剂为磷酸酯类消泡剂。

本发明有益效果如下：

1、本发明所涉及增韧膨胀剂能均匀分布于水泥浆中，有效填充水泥浆体系中的微孔隙，提高水泥石致密性。

2、本发明所涉及增韧膨胀剂在不影响水泥浆流动度的同时，大大增加了抗压、抗折强度以及韧性等水泥石力学性能。

3、本发明所涉及增韧膨胀剂能有效减少水泥石的体积收缩，增强水泥石与套管、井壁间的胶结能力，能有效防止油气水窜的发生。

附图说明

图1水泥石的扫描电子显微镜(sem)的电镜扫描图，其中，a为空白水泥石，b为本发明韧性微膨胀水泥石。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

(一)实施例：

本实施例中的韧性微膨胀剂的组成如下：碳酸钙晶须44wt％；氧化铝颗粒35wt％；氧化钙颗粒17wt％；氧化镁颗粒2.6wt％；将前述组分混合均匀既得本发明所述的固井水泥浆用增韧膨胀剂。

其中，各原料的选择如下：

碳酸钙晶须：优选相对密度为2.8g/cm³，长度为100～300μm，直径为1～2μm，比径长为30～40；

氧化镁颗粒：氧化镁颗粒置于马弗炉中，在900℃温度下煅烧240s，冷却后过20目而不通过40目筛网；

氧化铝颗粒：通过80目而不通过100目筛网；氧化钙颗粒：通过40目而不通过80目筛网。

本实施例中的韧性微膨胀水泥浆体系的组成如下：g级油井水泥、5％增韧膨胀剂、1.0％sz-1降失水剂、0.73％sxy分散剂、0.2％x60l消泡剂，水灰比为0.44，按gb/t19139-2012标准制备水泥浆。

本实施例中的空白水泥浆体系组成如下：g级油井水泥、1.0％sz-1降失水剂、0.73％sxy分散剂、0.2％x60l消泡剂，水灰比为0.44，按gb/t19139-2012标准制备水泥浆。该空白水泥浆与本发明的韧性微膨胀水泥浆体系相比，仅不含本发明的增韧膨胀剂，其余组分和含量均相同。

(二)性能测试：

1、水泥石性能综合测试

取本发明的韧性微膨胀水泥浆体系，按gb/t19139-2012标准评价其密度、流动度、失水、稠化时间等常规性能。测试结果见表1。

表1.韧性微膨胀水泥浆综合性能

从表1中可以看出，本发明的水泥浆综合性能与常规空白水泥浆差距较小，能够满足施工需求。

2、水泥石体积收缩测试

将实施例中本发明的韧性微膨胀水泥浆体系和对比水泥浆在60℃、常压条件下养护，分别于1、3、5、7、14、28天测量其体积收缩率，按照jc/t313-2009所述方法测得具体数据见表2。

表2水泥石体积收缩率(％)

由表2可知，在1、3、5、7、14、28d养护龄期时，本发明水泥浆相比空白水泥石的相对膨胀率分别为：0.77％，1.28％，1.59％，2.25％，3.2％，4.26％，同时，从表1中可以看出，本发明的韧性微膨胀水泥浆体系形成的水泥石在28天的养护期内，其收缩率在1.98％-2.27％之间，表明其体积变化极小，说明本发明的增韧膨胀剂能有效降低水泥石的体积收缩，同时能够使水泥浆的体积相对稳定，防止裂缝或微环隙的产生，极大的增强层间封固能力。

3、水泥石胶结强度测试

将实施例中本发明的韧性微膨胀水泥浆体系和对比水泥浆在60℃、常压条件下养护，分别于1、3、7、14、28天时测量其水泥石胶结强度。

测试方法为：将水泥浆倒入φ25mm×50mm模具中，在60℃、常压条件下水浴养护至指定龄期，在压力机上测试胶结强度，测试结果如表3所示。

表3水泥石胶结强度(mpa)

由表3可知，分别在1、3、7、14、28养护龄期时，实施例3的水泥石胶结强度相比于空白水泥石增强了0.42％、24％、76％、156％、357％，说明本发明应用于水泥浆体系后相对于空白水泥浆能大大增强水泥石与井壁、套管的胶结能力，有效解决常规水泥胶结强度衰退较为严重的问题。

4、水泥石强度测试

将实施例中本发明的韧性微膨胀水泥浆体系和对比水泥浆在60℃、常压养护条件下，按gb/t19139-2012所述方法，分别于1、3、7、14、28天测量两者的抗压强度；将水泥浆倒入40mm×40mm×160mm三联模具中，脱模后置于60℃、常压条件下养护至指定龄期，用电动抗折仪测试两者的抗折强度，测试结果见表4。

表4水泥石抗压强度与抗折强度(mpa)

由表4可知，养护条件相同的情况下，水泥浆中加入5％的增韧膨胀剂，不但可以提高水泥石早期抗折、抗压强度，后期水泥石强度也保持着增长的趋势，突出了水泥石高强度的优秀力学性能，满足固井施工需求。

5、水泥石电镜扫描图

采用扫描电子显微镜(sem)对空白水泥石和本发明的韧性微膨胀水泥石做电镜扫描，扫描结果见图1，图中，a为空白水泥石的电镜扫描图，b为本发明韧性微膨胀水泥石的电镜扫描图。从图中可以看出，常规的空白水泥石中，具有一定的孔隙；在水泥浆中添加本发明的增韧膨胀剂并养护一段时间后，形成的韧性微膨胀水泥石中孔隙明显减少，这是由于本发的增韧膨胀剂有效的填充到水泥浆体系中，提高水泥石的致密性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。