石膏微球及低弹性模量膨胀固井水泥体系的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种石膏微球及包含它的可W长期保证固井质量的低弹性模量膨胀 固井水泥体系，属于油气井固井材料领域。
【背景技术】
[0002] 固井水泥环具有支撑套管和封隔地层的作用，其中后一种是主要作用。水泥环提 供层间封隔，防止层间窜流，避免层间污染，保证油气安全生产。为了实现该一功能，水泥环 必须连续且非渗透。水泥硬化后环空水泥石体积的收缩是影响水泥环密封性能的主要因素 之一。水泥石体积收缩主要包括化学收缩和干缩。化学收缩是水泥自身的缺陷；干缩与水 灰比正相关，固井工程中，为了保证水泥浆可累性，水灰比较高，所W其干缩较严重。解决水 泥石体积收缩的最有效方法是在水泥中加入膨胀剂。晶格膨胀剂和发气膨胀剂是油井水泥 常用膨胀剂类型。
[0003] 对于晶格膨胀剂（石膏和氧化儀），研究表明（步玉环，柳华杰，宋文宇.晶格膨胀 剂对水泥一套管界面胶结性能的影响实验[J].石油学报，2011，32化）：1067-1071.)，晶格 膨胀剂的加入虽然可W弥补水泥石体积的收缩，但是并不能有效改善固井质量，使水泥环 抵抗温度和压力变化引起的应力应变的能力下降，导致水泥环与套管的胶结强度在温度和 压力变化后大幅度下降。该是由于石膏和氧化儀类晶格膨胀剂的加入，会在水泥环中生成 大量的晶体。大量晶体的存在增加了水泥石的弹性模量，降低了水泥石抵抗温度和压力变 化的能力。
[0004] 对于发气膨胀剂，通过研究发现（柳华杰，步玉环，王雪英，郭辛阳.气孔对发气膨 胀固井水泥石强度影响[J].中国石油大学学报（自然科学版）2014,38(2):75-81.)，发气 膨胀剂产生的气孔具有补偿水泥石体积收缩及降低水泥石弹性模量的双重作用，但是发气 膨胀过程较难控制，气孔分布不均匀反而影响水泥石的强度性能，所W在应用发气膨胀剂 时应采取特殊工艺或发气膨胀剂应用技术，使气孔直径分布范围较集中，而该些措施实施 起来是十分困难的。
[0005] 体积收缩是水泥石自身缺陷，同时油气井各种井下作业必然对水泥环施加压力和 热应力，因此要求水泥环具有一定的膨胀性能，并且具有较低的弹性模量，可W在受到加 载-卸载过程中，防止发生脆性破坏。所W开发一种低弹性模量膨胀固井水泥体系，可W保 证水泥环长期完整性，对保证固井质量及油气井长期安全生产具有重要的工程意义。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于为了解决上述现有技术中存在问题之一，提供一种石膏微球及 低弹性模量膨胀固井水泥体系。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[000引本发明一方面提供一种石膏微球的制备方法，将无水石膏、半水石膏混合均匀后 加入到水中揽拌得到石膏悬浊液，再将石膏悬浊液加入到油相分散介质中继续揽拌，过 滤得石膏微球；其中所述无水石膏、半水石膏和水的质量百分比为（10~30% ) : (30~ 50% ) : (30~50% )，所述石膏悬浊液占所述油相分散介质体积的5%~25%。
[0009] 本发明的石膏微球是一定比例的无水石膏、a型半水石膏和水通过反相凝结硬化 得到的产物。
[0010] 优选的，所述半水石膏为a型半水石膏。
[0011] 优选的，所述无水石膏目数为500~1000目。
[0012] 优选的，所述a型半水石膏目数为500~1000目。
[0013] 优选的，所述石膏悬浊液的揽拌时间为不超过5min。
[0014] 优选的，所述石膏悬浊液加入到油相分散介质中揽拌速度为200~7(K)r/min，揽 拌时间为1~化。
[0015] 优选的，所述油相分散介质为藍麻油或菜巧油或豆油或玉米油或花生油。
[0016] 采用上述石膏微球的制备方法制备的石膏微球。
[0017] 优选的，所述石膏微球的粒径范围为50~200ym。
[001引本发明另一方面提供一种低弹性模量膨胀固井水泥体系，包括W下组分W及其各 组分重量份比组成为：油井水泥100份，石膏微球10份~40份，微娃5份~10份，水65 份~75份。
[0019] 优选的，所述各组份及其各组分的重量份比组成为：油井水泥100份，石膏微球 25-30份，微娃8-10份，水65-70份。
[0020] 优选的，所述各组份及其各组分的重量份比组成为：油井水泥100份，石膏微球25 份，微娃8份，水65份。
[0021] 优选的，所述各组份及其各组分的重量份比组成为：油井水泥100份，石膏微球30 份，微娃10份，水70份。
[0022] 上述低弹性模量膨胀固井水泥体系的制备方法，首先将油井水泥，石膏微球及微 娃进行干混，然后将干混后的体系与水按照标准进行配浆。
[0023] 本发明的低弹性模量膨胀固井水泥体系在中低温条件下具有微膨胀性能，且水泥 浆在凝固硬化后具有低的弹性模量，即可W解决水泥环体积收缩导致的封固质量差的问 题，又可W有效抵抗应力应变作用，保证水泥环长期完整性，更好的满足固井工程需要。
[0024] 本发明采用特殊的组分和工艺开发出具有一定强度的石膏微球，然后将石膏微球 加入水泥中，同时在水泥中引入微娃，W防止石膏微球沉降。石膏是油井水泥常用的晶格膨 胀剂，因此石膏微球可W使水泥石膨胀；同时由于开发石膏微球的过程中引入了较多的水 分，微球具有很多孔隙结构，使其弹性模量较低，因此石膏微球同时可W降低水泥石整体的 弹性模量。但是石膏作为油井水泥的晶格膨胀剂，使用温度理论上不超过85°C，所W本发明 并不适用于高温井固井。
[0025] 本发明的石膏微球的加入同时实现了使水泥石体积膨胀和降低水泥石弹性模量 的功能。本发明的低弹性模量膨胀固井水泥体系有利于水泥环封隔完整性的长期需求，对 保证固井质量及油气井长期安全生产具有重要的工程意义。
[0026]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0027]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中：
[002引图1是本发明石膏微球（G1)的显微图；
[0029] 图2是本发明石膏微球佑2)的显微图；
[0030] 图3是水泥石体积变化图。
【具体实施方式】
[0031] 下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不