油井水泥气体膨胀剂的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及油气井固井工程作业技术领域，特别涉及一种油井水泥气体膨胀剂。
【背景技术】
[0002] 油气井内环空油、水、气窜槽一直是国内外石油行业普遍关注的突出问题，至今未 能从根本上解决，给各国石油工业造成了很大的经济损失。固井后环空窜槽及水泥环胶结 不良一直是影响产能评价、注水效果和油气井产量的突出问题，如果层间封固不良，高压层 流体必然会窜流入低压层，造成油气资源流失或储层伤害，对环境保护也是一个巨大威胁。 近年来，国内外各油田先后采用了多种防窜技术，但均未从根本上解决问题，其中很重要的 一点是对窜槽的本质认识不足。事实证明要从根本上解决固井后的窜槽问题和提高二界面 胶结质量，必须首先解决水泥浆的体积收缩问题。而在水泥中添加气体膨胀剂就是补偿水 泥浆体积收缩从而防止窜槽提高固井质量的有效措施之一。
[0003] 气体膨胀剂按气体类型分类主要包括两种，分别是氢气膨胀剂和氮气膨胀剂。其 中，氢气膨胀剂通常利用经纯化处理的金属铝粉，在碱性条件下反应放出大量氢气而产生 膨胀效果。该气体膨胀剂在碱性条件下迅速反应产生大量氢气，不利于现场配浆施工，且氢 气对套管存在腐蚀现象，易造成氢脆事故发生；氮气膨胀剂目前主要是利用偶氮化合物作 为气源，通过添加助气剂使其在一定温度的碱性条件下反应放出氮气而产生膨胀效果，可 干混或者湿混，现场配浆方便，但偶氮化合物反应后的伴随产生的气体C0、NH3和部分产物 会对管材造成不同程度腐蚀。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种能够有效补偿水泥浆的体积收缩，防止固井后环空窜 槽，提高水泥环界面胶结质量的油井水泥气体膨胀剂。
[0005] 为此，本发明的技术方案如下：
[0006] 一种油井水泥气体膨胀剂，由30~40重量份的发气剂和60~70重量份的稳定 剂构成，所述发气剂为磺酰肼类化合物，所述稳定剂为二氧化硅、硅酸钙中至少一种。
[0007] 优选地，所述发气剂为3, 3-二磺酰肼二苯砜、苯磺酰肼、对（N-甲氧基甲酰氨基） 苯磺酰肼中至少一种。
[0008] 优选地，所述稳定剂由二氧化硅和硅酸钙混合而成，且所述二氧化硅或硅酸钙在 该油井水泥气体膨胀剂中的质量分数为10~60%，即当稳定剂采用二氧化硅和硅酸钙两 种组分混合时，每一种组分的最低含量不低于膨胀剂总含量的10 %，最高含量不超过膨胀 剂总含量的60%。
[0009] 更优选地，所述稳定剂由二氧化硅和硅酸钙混合而成，且二者重量比为3:4。该比 例的二氧化硅和硅酸钙配置成的稳定剂应用范围最广，且使生成的微小气泡在水泥浆中均 勾分布。
[0010] 该油井水泥气体膨胀剂制备方法简单，即将发气剂和稳定剂按一定比例混合磨粉 制备而成。
[0011] 该油井水泥气体膨胀剂既可用于日常干混作业，也可以用于现场湿混作业，均具 有良好的膨胀效果。
[0012] 该油井水泥气体膨胀剂在水泥浆中加量为0. 2wt%~0. 4wt%即可达到膨胀效 果，即常压体积膨胀率达到5%~25%。
[0013] 该油井水泥气体膨胀剂与水泥混合均匀，碱性条件下温度超过35°C时即开始释放 氮气，通过稳定剂的作用可使微小气泡均匀的分布在水泥浆中，产生的氮气不腐蚀管材；与 其他水泥外加剂相容性好，不影响其它水泥外加剂的性能以及水泥浆的综合性能，即具有 较好的配伍性。
[0014] 与现有技术相比，该油井水泥气体膨胀剂既可用于日常干混作业，也可以用于现 场湿混作业；其与水泥混合在碱性条件下温度达到35°C时开始释放氮气，通过组分中稳定 剂的作用可使微小气泡均匀的分布在水泥浆中，且产生气体仅为氮气，不腐蚀管材；此外， 该油井水泥气体膨胀剂与其他水泥外加剂相容性好，与其它水泥外加剂具有较好的配伍 性；并且可有效补偿水泥浆凝固时的压力损失和体积收缩，防止固井油气水窜。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图对本发明的油井水泥气体膨胀剂进行详细说明，但本发明不仅仅局 限于以下实施例。
[0016] 实施例1
[0017]将30份苯磺酰肼和70份二氧化硅磨粉混合制备而成。
[0018] 实施例2
[0019] 将30份苯磺酰肼、30份二氧化硅和40份硅酸钙磨粉混合制备而成。
[0020] 实施例3
[0021] 将20份苯磺酰肼、15份对（N-甲氧基甲酰氨基）苯磺酰肼、30份二氧化硅和40 份硅酸钙磨粉混合制备而成。
[0022] 实施例4
[0023] 将20份苯磺酰肼、20份对（N-甲氧基甲酰氨基）苯磺酰肼和70份二氧化硅磨粉 混合制备而成。
[0024] 性能测试：
[0025] 按照标准SY/T5504. 8-2013对本申请的油井水泥气体膨胀剂进行了膨胀性试 验、抗压强度试验和与分散剂和降失水剂的配伍性试验。
[0026] 各项试验中所用的水泥浆制备方法：将800g天山G级水泥和实施例4制备的该油 井水泥气体膨胀剂采用油井水泥气体膨胀剂均匀混入336g淡水中制备而成（其中，该油井 水泥气体膨胀剂在水泥中的加入量为〇. 2~0. 4wt% )。
[0027] (1)膨胀性试验
[0028] 将配制好的水泥浆分别在35°C、65°C和95°C条件下进行膨胀性试验，试验结果见 表1。
[0029] 表1 :膨胀性试验测试结果
[0030]
【主权项】
1. 一种油井水泥气体膨胀剂，其特征在于，由30~40重量份的发气剂和60~70重量 份的稳定剂构成，所述发气剂为磺酰肼类化合物，所述稳定剂为二氧化硅、硅酸钙中至少一 种。
2. 根据权利要求1所述的油井水泥气体膨胀剂，其特征在于，所述发气剂为对（N-甲氧 基甲酰氨基）苯磺酰肼、苯磺酰肼、3, 3-二磺酰肼二苯砜中至少一种。
3. 根据权利要求2所述的油井水泥气体膨胀剂，其特征在于，所述稳定剂由二氧化硅 和硅酸钙混合而成，且所述二氧化硅或硅酸钙在该油井水泥气体膨胀剂中的质量分数为 10%~60%〇
4. 一种根据权利要求3所述的油井水泥气体膨胀剂的制备方法，其特征在于，所述稳 定剂由二氧化硅和硅酸钙混合而成，且二者重量比为3:4。
【专利摘要】本发明公开了一种油井水泥气体膨胀剂，由30～40重量份的发气剂和60～70重量份的稳定剂构成，所述发气剂为磺酰肼类化合物，所述稳定剂为二氧化硅、硅酸钙中至少一种；该油井水泥气体膨胀剂既可用于日常干混作业，也可以用于现场湿混作业；其作用于水泥浆中，碱性条件下温度达到35℃时开始释放氮气，通过组分中稳定剂的作用可使微小气泡均匀的分布在水泥浆中，且产生气体仅为氮气，不腐蚀管材；此外，该油井水泥气体膨胀剂与其他水泥外加剂相容性好，与其它水泥外加剂具有较好的配伍性；并且可有效补偿水泥浆凝固时的压力损失和体积收缩，防止固井油气水窜。
【IPC分类】C09K8-473
【公开号】CN104818007
【申请号】CN201510112506
【发明人】王野, 任强, 任路, 赵德喜, 彭松, 王红科, 赵秋羽, 曹洪昌, 刘景丽, 罗文丽, 侯士东
【申请人】中国石油集团渤海钻探工程有限公司
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年3月13日