专利名称：一种弹塑性固井水泥浆及其制备方法
技术领域：
本发明涉及水泥，具体的，涉及固井水泥浆及其制备方法。
背景技术：
在油气井开发过程中，水泥石是属于先天微观缺陷的脆性材料，并存在抗拉强度低、抗破裂性能差和抗冲击强度低等固有缺陷。井下水泥环受射孔弹高能聚流的作用，在瞬间承受3_4Gpa的冲击压力，其应力波在水泥环局部形成拉伸的高应力区，当水泥环的径向拉应力超过其极限时，水泥环会破裂形成宏观裂纹。油气井开发过程中的后续增产措施使这些裂纹进一步扩大，甚至使水泥环的封隔作用彻底失效，造成地下流体(油、气、水)层间窜流。如果在生产井中出现这种情况，油气资源就会因层间窜流而流失或使其他地层的流体进入产层；如果在注水泥中出现这种情况，注入的流体可能通过水泥环进入非目的层，从而影响油气采收率的提高。目前，主要通过添加外加剂来解决这一问题，所添加外加剂的种类主要有三种胶乳水泥、颗粒材料水泥和纤维水泥。(I)胶乳水泥具有以下优点降低水泥石的弹性模量，提高水泥石的弹性；降低油井水泥浆的滤失量；提高水泥环的粘结性能。缺点是掺量大、价格昂贵、污染环境、抗压强度损失过大、不能改善抗冲击性能等。(2)颗粒材料包括无机颗粒和有机颗粒。无机颗粒主要包括膨润土、硅灰、微珠、活性矿渣和云母粉等；有机颗粒主要包括天然橡胶粉、工业合成橡胶粉、有机玻璃珠等。颗粒材料具有价格低廉、原料易得、改善水泥石的弹性、延缓水泥石裂纹扩展等优点。缺点是掺量大、不具备胶结能力、不易混拌均匀、抗压强度损失过大、抗冲击性能改善不明显。(3)纤维增韧材料可分为刚性纤维和非刚性纤维，纤维增韧材料具有掺量小、可增加油井水泥石的抗折强度、抗冲击性能和抗压强度、改善水泥环与地层的胶结、抑制水泥石的收缩等优点。缺点是价格昂贵、混拌要求高、施工设备要求高、不易分散、与水泥基体的粘结性能不好。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种弹塑性固井水泥浆，这种固井水泥浆不仅提高了水泥石的抗折强度和抗冲击强度；而且降低了水泥石的弹性模量，在高温高压下，由脆性形变，转化成塑性形变，保证了后期的开采，延长了油气井的使用寿命。本发明所要解决的技术问题还在于提供一种弹塑性固井水泥浆的制备方法，该制备方法对增塑剂进行表面处理，得到的增塑剂亲水性较好，配浆容易；成本较低且能够均匀的分散在水泥浆中，与其他外加剂配伍性好，水泥浆性能稳定。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是一种弹塑性固井水泥浆，包括以下各组分及重量份数水泥100份，高温稳定剂0-12份，密度调节剂0-200份，降滤失剂 4-10份，分散剂0-2份，缓凝剂0-1. 5份，水35-110份，消泡剂O. 2份，增塑剂2-15份；所述高温稳定剂为微硅或纯度大于95%的无定型二氧化硅；所述降滤失剂为AMPS聚合物、酮醛缩合类和PVA体系中的任意一种；所述分散剂为醛酮缩合物或萘系分散剂；所述缓凝剂为AMPS聚合物；所述消泡剂为聚醚类，所述增塑剂为苯乙烯类聚合物；所述密度调节剂为加重剂或减轻剂，所述加重剂为重晶石或铁矿粉，并且所述加重剂的重量份数为0-200份; 所述减轻剂为粉煤灰或漂珠，并且所述减轻剂的重量份数为0-100份。其中，所述水优选淡水或含盐量小于O. 5 g/L的水。进一步的技术方案，所述弹塑性固井水泥浆的组成成分中，所述增塑剂的重量份数为3-12份。当加入增塑剂并且增塑剂的重量份数为3份-12份时，对水泥石抗压强度影响很小，但提高了水泥石抗折强度和抗冲击强度，降低水泥石弹性模量；表现出了较强的抵抗外载荷冲击的能力；并且水泥石由脆性变形转变为塑性变形，即水泥石的弹性模量较低。优选的是，所述增塑剂的重量份数为8份。进一步的技术方案，所述密度调节剂为加重剂或减轻剂，所述加重剂的重量份数为0-50份；所述减轻剂的重量份数为0-35份。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案还包括一种弹塑性固井水泥浆的制备方法，称取水泥100份，高温稳定剂0-12份，密度调节剂0-200份，降滤失剂4-10份，分散剂0-2份，缓凝剂0-1. 5份，水35-110份，消泡剂O. 2份，增塑剂2_15份；将上述成分混合、搅拌，即制备得到所述一种弹塑性固井水泥浆；所述高温稳定剂为微硅或纯度大于95% 的无定型二氧化硅；所述降滤失剂为AMPS聚合物、酮醛缩合类和PVA体系中的任意一种； 所述分散剂为醛酮缩合物或萘系分散剂；所述缓凝剂为AMPS聚合物；所述消泡剂为聚醚类，所述增塑剂为苯乙烯类聚合物；所述密度调节剂为加重剂或减轻剂，所述加重剂为重晶石或铁矿粉，并且所述加重剂的重量份数为0-200份；所述减轻剂为粉煤灰或漂珠，并且所述减轻剂的重量份数为0-100份。进一步的，所述增塑剂在混合之前采用等离子体表面处理仪进行表面处理。进一步的，所述增塑剂在等离子体表面处理仪中的处理参数是功率15(T220W， 处理时间30s，工作气体为空气，真空度为8 12Pa。进一步的，所述增塑剂在等离子体表面处理仪中的处理参数是功率200W，处理时间30s，工作气体为空气，真空度为10Pa。
综上所述，本发明与现有技术相比，具有如下优点
I、本发明制备得到的固井水泥浆不仅具备较低的弹性模量，同时还具有较高的抗冲击性能和抗折强度。2、本发明通过添加增塑剂降低了固井水泥浆的弹性模量；制备得到的水泥浆在一定的应力下，由脆性变形转变为塑性变形，因此具有较高的弹性，从而来保证了水泥环的完整性，为后续工作提供保障。3、本发明增塑剂在混合之前采用等离子体表面处理仪进行表面处理，等离子体表面处理仪的原理是在真空状态下，给气体施加电场，气体在电场提供的能量下会由气态转变为等离子体状态。其中含有大量的电子、离子、光子和各类自由基等活性粒子。等离子体表面改性技术就是利用这些高能粒子和活性粒子与材料表面发生物理或化学的反应，从而达到改变材料表面性质的目的。增塑剂经过表面处理后亲水性较好,配浆容易；成本较低且能够均匀的分散在水泥浆中，与其他外加剂配伍性好，水泥浆性能稳定。相对于现有技术改善了水泥浆拌浆难和混拌不均匀的问题，同时相对胶乳体系价格低廉，节约了成本。
具体实施例方式下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。实施例有添加增塑剂和无添加增塑剂的固井水泥浆的分别制备及性能测定如表I所示，实施例的弹塑性固体水泥浆，由下列重量组成的原料混合制成
权利要求
1.一种弹塑性固井水泥浆，其特征在于，包括以下各组分及重量份数水泥100份，高温稳定剂0-12份，密度调节剂0-200份，降滤失剂4-10份，分散剂0-2份，缓凝剂0-1. 5份， 水35-110份，消泡剂O. 2份，增塑剂2-15份；所述高温稳定剂为微硅或纯度大于95%的无定型二氧化硅；所述降滤失剂为AMPS聚合物、酮醛缩合类和PVA体系中的任意一种；所述分散剂为醛酮缩合物或萘系分散剂；所述缓凝剂为AMPS聚合物；所述消泡剂为聚醚类，所述增塑剂为苯乙烯类聚合物；所述密度调节剂为加重剂或减轻剂，所述加重剂为重晶石或铁矿粉，并且所述加重剂的重量份数为0-200份；所述减轻剂为粉煤灰或漂珠，并且所述减轻剂的重量份数为0-100份。
2.如权利要求I所述的一种弹塑性固井水泥浆，其特征在于，所述密度调节剂为加重剂或减轻剂，所述加重剂的重量份数为0-50份；所述减轻剂的重量份数为0-35份。
3.如权利要求2所述的一种弹塑性固井水泥浆，其特征在于，所述增塑剂的重量份数为3-12份。
4.如权利要求2所述的一种弹塑性固井水泥浆，其特征在于，所述增塑剂的重量份数为8份。
5.如上述权利要求所述的一种弹塑性固井水泥浆的制备方法，其特征在于，称取水泥 100份，高温稳定剂0-12份，密度调节剂0-200份，降滤失剂4-10份，分散剂0_2份，缓凝剂 0-1. 5份，水35-110份，消泡剂O. 2份，增塑剂2_15份；将上述成分混合、搅拌，即制备得到所述一种弹塑性固井水泥浆；所述高温稳定剂为微硅或纯度大于95%的无定型二氧化硅； 所述降滤失剂为AMPS聚合物、酮醛缩合类和PVA体系中的任意一种；所述分散剂为醛酮缩合物或萘系分散剂；所述缓凝剂为AMPS聚合物；所述消泡剂为聚醚类，所述增塑剂为苯乙烯类聚合物；所述密度调节剂为加重剂或减轻剂，所述加重剂为重晶石或铁矿粉，并且所述加重剂的重量份数为0-200份；所述减轻剂为粉煤灰或漂珠，并且所述减轻剂的重量份数为0-100份。
6.如权利要求5所述的一种弹塑性固井水泥浆的制备方法，其特征在于，所述增塑剂在混合之前采用等离子体表面处理仪进行表面处理。
7.如权利要求6所述的一种弹塑性固井水泥浆的制备方法，其特征在于，所述表面处理的处理参数是功率15(T220W，处理时间30s，工作气体为空气，真空度为8 12Pa。
8.如权利要求6所述的一种弹塑性固井水泥浆的制备方法，其特征在于，所述表面处理的处理参数是功率200W，处理时间30s，工作气体为空气，真空度为10Pa。
全文摘要
本发明公开提供一种弹塑性固井水泥浆，包括以下各组分及重量份数水泥100份，高温稳定剂0-12份，密度调节剂0-200份，降滤失剂4-10份，分散剂0-2份，缓凝剂0-1.5份，水35-110份，消泡剂0.2份，增塑剂2-15份。这种固井水泥浆不仅提高了水泥石的抗折强度和抗冲击强度；而且降低了水泥石的弹性模量，在高温高压下，由脆性形变，转化成塑性形变，保证了后期的开采，延长了油气井的使用寿命。
文档编号C09K8/467GK102604610SQ201210029069
公开日2012年7月25日 申请日期2012年2月10日 优先权日2012年2月10日
发明者付洪琼, 史芳芳, 曹智 申请人:成都欧美科石油科技股份有限公司