CN104178097B - 一种固井用粉体增韧防气窜剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种固井用粉体增韧防气窜剂；通过对阳离子丁苯胶乳干燥，得到丁苯粉体材料作为1重量份主剂；然后复配0.04‑0.05重量份的有机硅烷表面活性剂、0.05‑0.1份的五水偏硅酸钠、0.1‑0.2重量份的聚羧酸分散剂，作为粉体增韧防气窜剂；用此增韧防气窜剂配制的水泥浆浆体稳定，能均匀分散于水泥浆中，附着在水泥水化物表面，并形成连续的薄膜，具有良好的防气窜性能；另一方面增强了水泥石的柔韧性，降低了水泥石弹性模量，提高了水泥石泊松比，水泥石柔韧性得到改善，适用于气探井、储气库以及页岩气等非常规能源固井工程的需要。

Description

一种固井用粉体增韧防气窜剂
技术领域
本发明涉及油田完井技术固井领域所用的水泥外加剂，属于一种增韧防气窜剂。
背景技术
在油气井注水泥作业和其它地下注水泥作业中常通要求通过地面泵送设备将含有水泥、水和外加剂的水泥浆注入地下预定的地层中，以封固地层和套管之间的环空。典型的水泥浆被泵进套管内并且通过套管和地层之间的空隙上返到环空。水泥浆在环空中凝固，形成一个坚硬的水泥环柱，这个水泥环柱能与地层、与套管之间形成胶结。为达到令人满意的注水泥作业，实现一个高强度的胶结以防止流体沿着水泥环柱或在其内部窜通是必要的，窜通的后果是污染产层或使资源流失。
在钻井和完井过程中，气窜现象已经严重影响到了石油的生产，如何控制并减少气窜对钻完井工艺的危害已经成为了石油工业普遍关注的课题。目前，结合国内固井工艺，通过改变水泥浆体系来控制气窜是最方便且行之有效的方法，尤其是利用防气窜水泥浆。
气窜现象是在水泥浆固化到一定程度的可塑性阶段发生的，水泥浆不能产生静压，也不能传递压力，又还没有充分固化到足以防止气窜所达到的抗压强度，因此，气体便从局部硬化的水泥中窜过。防气窜效果最好的是不渗透水泥，而胶乳是此种水泥的主要外加剂。大量的生产实践及研究表明，造成油、气、水窜的一个主要原因，在于水泥浆凝结过程中，其液柱压力不断降低（即水泥浆失重）。当作用于井筒内的浆柱(泥浆和水泥浆)压力降到低于油、气、水层压力的时刻，油、气、水就会侵入环形空间，造成油、气、水的窜流。
固井质量对延长油气井寿命，提高采收率有重要影响。目前，国内对于油、气、水窜问题没有很好的解决，原因之一是现有水泥浆体系的水泥石形变能力不足。由于射孔、压裂等施工，水泥环受到冲击、振动作用，一方面会发生破坏；另一方面，水泥环第一、第二界面胶结会发生失效，在油气井生产期间不能有效的进行层间封隔，为油气流体及地层流体窜入环空提供通道，造成层间封隔失效。发生窜流的主要危害是：直接影响水泥石胶结强度；导致层间窜流，直接影响油气层的测试评价，污染油气层，降低油气采收率；对油田开发后续作业如注水、酸化压裂和分层开采等造成不利影响；严重时可在井口冒油、冒气，甚至造成固井后井喷事故，即使采用挤水泥等补救工艺也很难奏效。
因此研究一种的具有很好的抗冲击性能、减小水泥环体积收缩、改善水泥环与套管、地层间的胶结状况、降低水泥石渗透率、降低水泥浆失水、具有很好的防气窜性能的水泥浆体系十分必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种油井水泥增韧防气窜剂，用此增韧防气窜剂配制的水泥浆浆体稳定，稠化过渡时间短，具有良好的防气窜性能；水泥石抗压强度发展快，水泥石弹性模量降低，泊松比提高，水泥石柔韧性得到改善。
本发明所述的增韧防气窜剂，是通过阳离子丁苯胶乳干燥，得到丁苯粉体材料，作为1重量份主剂；然后加入0.04-0.05重量份的有机硅烷表面活性剂、0.05-0.1份的五水偏硅酸钠、0.1-0.2重量份的聚羧酸分散剂组成的。
因此该增韧防气窜剂的有益结果是：
1.该增韧防窜剂可溶于水，能均匀分散于水泥浆中，附着在水泥水化物表面，并形成连续的薄膜，这些聚合物丝状膜层横跨在水泥浆硬化体的缺陷和微裂缝中，穿梭连接，可以防止气体侵入，达到防气窜效果。
2.该增韧防窜剂为柔性聚合物，分子链节可以自由旋转，使聚合物具有弹性和伸缩性。当与水泥混合后，在水泥水化过程中形成聚合物薄膜覆盖的C-S-H凝胶，从而增强了水泥石的柔韧性，降低了水泥石弹性模量，提高了水泥石泊松比，增强了水泥石抗冲击性能。
3.该增韧防窜剂中0.04-0.05重量份的有机硅烷表面活性剂，可以改善丁苯粉体材料的表面亲水性，有利于丁苯粉体材料附着在水泥水化物表面，形成网状结构，缩短静胶凝强度48-240Pa内的过渡时间，减少气窜发生的几率。
4.该增韧防窜剂中0.05-0.1重量份的五水偏硅酸钠和0.1-0.2重量份的聚羧酸分散剂，可以使丁苯粉体材料更加稳定均匀的分散于水泥浆中，保证水泥浆的均匀稳定性。
5.该增韧防气窜剂中的材料均为水溶性材料，既可溶于水进行湿混，也可与水泥干混，极大的有利于现场施工。
6.该增韧防气窜剂，在水泥浆中形成的连续薄膜，可以防止水分渗出，降低水泥浆失水，有利于改善水泥浆浆体稳定性。
7.该增韧防气窜剂可适用于各种密度水泥浆体系，可与多种外加剂配伍，具有良好的相容性。
具体实施方式
阳离子丁苯胶乳干燥过程具体为：取一定量的阳离子丁苯胶乳，加入适量的聚乙烯醇溶液（10%）作为保护胶体，加入一定量的月桂醇硫酸钠作为乳化剂，再用10%的NaOH溶液调节pH至9.5，搅拌30分钟后进行喷雾干燥，进料速度为50g/s，出口温度控制在（60±5）℃，雾化盘转速为24000r/s，通过旋风分离器接收、保存，得到粉体材料。
实施例1：
称取1份重量的丁苯粉体材料、0.04份重量的有机硅烷表面活性剂、0.05份重量的五水偏硅酸钠、0.2份重量的的聚羧酸分散剂，混合均匀制成粉体增韧防气窜剂，用G01作为代号。（所用药品均为市售）
防气窜性能评价方法采用行业标准油井水泥外加剂评价方法第5部分：防气窜剂SYT5504.5-2010，所述方法进行的。
表1 80℃下不同掺量的G01防气窜效果及力学性能
表2 120℃下不同掺量的G01防气窜效果及力学性能
实施例2：
称取1份重量的丁苯粉体材料、0.05份重量的有机硅烷表面活性剂、0.01份重量的五水偏硅酸钠、0.1份重量的的聚羧酸分散剂，混合均匀制成粉体增韧防气窜剂，用G02作为代号。
防气窜性能评价方法采用行业标准油井水泥外加剂评价方法第5部分：防气窜剂SYT5504.5-2010，所述方法进行的。
表3 80℃下不同掺量的G02防气窜效果及力学性能
表4 120℃下不同掺量的G02防气窜效果及力学性能

Claims (1)

1.一种固井用粉体增韧防气窜剂，其特征在于：通过对阳离子丁苯胶乳干燥，得到的丁苯粉体材料作为1重量份主剂；然后复配0.04-0.05重量份的有机硅烷表面活性剂、0.05-0.1份的五水偏硅酸钠、0.1-0.2重量份的聚羧酸分散剂，作为粉体增韧防气窜剂；阳离子丁苯胶乳干燥过程为：取阳离子丁苯胶乳，加入10％的聚乙烯醇溶液作为保护胶体，加入月桂醇硫酸钠作为乳化剂，再用10％的NaOH溶液调节pH至9.5，搅拌30分钟后进行喷雾干燥，进料速度为50g/s，出口温度控制在60±5℃，雾化盘转速为24000r/s，通过旋风分离器接收、保存，得到粉体材料。
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