一种新型固井用液硅防窜水泥浆的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种新型固井用液硅防窜水泥浆，属于石油天然气钻井工程技术油田 化学领域。
【背景技术】
[0002] 目前对固井水泥浆的防窜效果越来越重视，水泥浆的防窜能力已成为固井领域的 重点研究课题。现有的固井作业中，存在浅气层和地表含水层、地层承压能力低以及冬季作 业温度低的情况，使水泥浆胶凝发展强度缓慢，水泥浆侯凝时的失重导致液柱压力降低，极 易导致水气窜流的发生，气窜是天然气固井中常见的现象，是指固井后气体从体层孔隙侵 入环空并沿着水泥环本体、固井二界面运移的现象，是几乎所有天然气井固井都存在的一 个潜在问题，严重影响固井质量。如果水泥浆防气窜能力弱，水泥浆在未凝固前使得流体、 气体侵入，水泥石完整性受到破坏，造成层间窜通，从而导致环空带压，严重时甚至造成一 口井的报废，影响后续钻井、完井、开发、酸化压裂等生产作业的顺利进行，而且影响油气田 的安全勘探开发。气窜问题于上世纪60年代在储气井完井过程中被发现，目前国内外主 要通过限制水泥浆返高，在水泥浆柱结构设计中采取多凝水泥浆体系，环空憋压候凝，注水 泥前增加混合水或提高环空泥浆密度，采用常规多级注水泥技术，使用管外封隔器、膨胀尾 管、脉冲振动发生器等工具，使用充气水泥或非渗透性等特种水泥浆体系等方式措施来预 防水泥浆在凝结过程中发生环空气窜现象。
[0003] 国外开发的泡沫水泥浆体系、膨胀水泥浆体系、聚合物胶乳水泥浆体系都已经在 固井及隧道工程中得到应用，特别是聚合物胶乳水泥浆体系自1958年应用以来，被称为最 佳防气窜水泥浆体系，能有效的控制气窜。
[0004] 如公开号为CN1425627的中国专利文献公开了一种油田钻井固井技术深井固井 领域所用的高温防窜胶乳水泥外加剂。解决了水泥浆防窜性能差、油气层损害严重、固井 质量差的问题。其具有抗高温、低失水、直角胶凝、低渗透率、流变性好的特点，能够满足深 井高温条件下固井施工的要求，深井高温条件下防窜能力好、固井质量好、有利于油气层保 护，提高勘探开发的效果，延长油井使用寿命，但也存在相应的不足之处。比如说，通过现 有技术制得的液态胶乳其固含量仅能做到50%左右，而聚合物胶乳粉的固含量往往达到 95%以上，若需达到相应的防窜效果，液态胶乳的加量还要增加，这就会降低水泥石的抗压 强度，对水泥浆的密度，流动度以及稠化时间都会造成波动。为了解决上述问题，本发明通 过大量的实验和根据油气田实践经验开发一种新型固井用液硅防窜水泥浆。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型固井用液硅防窜水泥浆， 该水泥浆体系使用的液硅使水泥浆低失水、稳定性好、静胶凝过度时间短、防气窜能力强； 水泥浆低温下早期强度发展快，同时耐酸性介质腐蚀，水泥浆干结后微膨胀、孔隙度小、致 密性高、渗透率低。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0007] -种新型固井用液硅防窜水泥浆，它含有以下重量份的原料：95~105份G级水 泥，5~15份防气窜剂，10~35份强度稳定剂，0. 5~4份缓凝剂，0. 1~0. 2份消泡剂， 0. 5~2份分散剂，5~10份降失水剂，100份水。
[0008] 所述的防气窜剂为液硅或硅溶胶。
[0009] 所述的防气窜剂为液硅。
[0010] 所述的防气窜剂液硅为纳米级的液体二氧化硅，分为两种型号，I型密度为 1. 20~1. 25g/cm3,无色，II型密度为1. 40~1. 45g/cm3,颜色为灰黑色。
[0011] 所述的强度稳定剂为微硅或纯度大于95%的无定型二氧化硅。
[0012] 所述的缓凝剂为AMPS聚合物，所述的消泡剂为聚醚类消泡剂。
[0013] 所述的分散剂为醛酮缩合物或萘系分散剂。
[0014] 所述降失水剂为AMPS聚合物、酮醛缩合类、PVA中的任意一种。
[0015] -种新型固井用液硅防窜水泥浆，还包括5~15份填充剂，所述的填充剂为超细 微粒材料。
[0016] -种新型固井用液硅防窜水泥浆，还包括密度调节剂，所述密度调节剂为减轻剂 或加重剂，所述的减轻剂为漂珠或粉煤灰，所述减轻剂的添加量为〇~60份，所述加重剂为 重晶石或铁矿粉，所述加重剂的添加量0~120份。
[0017] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案还包括：一种液硅防窜水泥浆的制备 方法，称取水泥95~105份，强度稳定剂10~35份，防气窜剂5~15份，降失水剂5~10 份，缓凝剂〇. 5~4份，分散剂0. 5~2份，消泡剂0. 1~0. 2份，填充剂5~15份，100份 水，再根据密度需要添加密度调节剂；将上述成分混合、搅拌，即制备得到所述的一种液硅 防窜水泥浆。
[0018] 本发明的有益效果是：本发明所述的液硅防窜水泥浆，其主要技术优势在于将液 硅或硅溶胶运用于水泥浆体系中，本发明与现有技术相比，具有如下优势特点：
[0019] (1)本发明的液硅防窜水泥浆体系适用温度、密度广泛，适用温度（BHCT): 4-150°C，密度范围：1. 45-2. 45g/cm3,适用于淡水或欠饱和盐水，因此，可以满足各种固井 要求；
[0020] (2)液硅具有非常高的比表面积，颗粒表面的硅羟基与水泥浆空隙溶液的Ca2+形 成离子键，起到悬浮水泥颗粒、稳定水泥浆体的作用，零自由水；
[0021] (3)液硅具有火山灰作用，有较明显的促凝作用，提高低温下的早期抗压强度，能 减少水泥石中的孔洞，从而降低水泥石的渗透率；
[0022] (4)液硅单独使用或与硅粉配合使用，均可起到防止水泥石强度衰退的效果，具有 防止水泥石高温衰退的作用，同时可防气窜，提高界面胶结强度；
[0023] (5)液硅防窜剂对温度压力变化不敏感；
[0024] (6)本发明采用防气窜剂为液体，现场混配使用简单、均匀性好、易操作。
【附图说明】
[0025] 图1为低密度（实施例1，1. 50g/cm3)90°C稠化曲线；
[0026] 图2为常规密度（实施例2,1. 90g/cm3) 120°C稠化曲线；
[0027] 图3为常规密度（实施例3,1. 90g/cm3) 135°C稠化曲线；
[0028] 图4为高密度（实施例4, 2. 20g/cm3) 120°C稠化曲线；
[0029] 图5高密度（实施例5, 2. 50g/cm3) 150°C稠化曲线；
[0030] 图6液硅加量对初始稠度、API失水、稠化时间的影响。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合与现有技术水泥浆的性能比较、实施例与附图进一步详细描述本发明的 技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
[0032] 实施例和对比例如下：
[0033] 【实施例1】本发明提供的一种新型固井用液硅防窜水泥浆，低密度（1.50g/cm3)， 它含有以下重量份的原料，95份的G级水泥，10强度稳定剂，0. 5份缓凝剂，0. 1份消泡剂，5 份填充剂，〇. 5份分散剂，5份防气窜剂，5份降失水剂，20份减轻剂，100份水。所述强度稳 定剂为微硅，所述缓凝剂为AMPS聚合物，所述消泡剂为聚醚类，所述填充剂为超细微粒材 料，所述分散剂为醛酮缩合物，所述防气窜剂为液硅，降失水剂为AMPS聚合物，所述减轻剂 为漂珠。将所述原料混合、并搅拌均匀，即制备得到固井水泥浆，测定水泥浆的相关性能，结 果见表1。90°C稠化曲线如图1所示。
[0034] 【实施例2】本发明提供的一种新型固井用液硅防窜水泥浆，它含有以下重量份的 原料，100份的G级水泥，15份强度稳定剂，1. 5份缓凝剂，0. 15份消泡剂，10份填充剂，1份 分散剂，8份防气窜剂，2份降失水剂，100份水。所述强度稳定剂为纯度98%的无定型二氧 化硅，所述缓凝剂为AMPS聚合物，所述消泡剂为聚醚类，所述填充剂为超细微粒材料，所述 分散剂为萘系分散剂，所述防气窜剂为硅溶胶，降失水剂为PVA。将所述原料混合、并搅拌均 匀，即制备得到固井水泥衆，测定水泥浆的相关性能，结果见表1。120°C稠化曲线如图2所 不。
[0035] 【实施例3】本发明提供的一种新型固井用液硅防窜水泥浆，它含有以下重量份的 原料，105份的G级水泥为基准，35份强度稳定剂，4. 0份缓凝剂，0. 2份消泡剂，15份填充 剂，2. 0份分散剂，15份防气窜剂，10份降失水剂，100份水。所述强度稳定剂为微硅，所述缓 凝剂为AMPS聚合物，所述消泡剂为聚醚类，