一种油井水泥用抗渗弹性体及水泥浆制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种油井水泥用抗渗弹性体及水泥浆制备方法，属于油气井固井领 域。
【背景技术】
[0002] 井筒中水泥环长期有效的层间封隔能力是实现油气田开发增产的前提，是实现分 层开采、分层管理、分层注水和分层改造的基础，一口井要达到应有的产能，主要取决于完 井过程中所达到的层间封隔程度。但是一般来说，固井水泥石是属于先天微观缺陷的脆性 材料，存在抗拉强度低、抗破裂性能差和抗冲击能力低等固有缺陷，在后续开发和作业中， 水泥环在井下温度压力环境下，受到外界力的作用使内部应力发生变化极易发生开裂，使 水泥环的封隔作用失效，造成地下流体（油、气、水）层间窜流。
[0003]目前国内大多数油田已进入中后期开采阶段，为了提高油井寿命，保证稳产高产， 固井质量成为油气固井工程所面临的突出问题。同时，非常规油气资源开发已成为重要的 能源组成部分，致密油气、页岩气等勘探开发一般采用长水平段水平井工厂化作业+分段 压裂或体积压裂开发方式，需要对储层进行大型酸化压裂改造，对水泥环密封性提出了更 高要求。因此，迫切需要开发一种与水泥浆相容性好，改善水泥力学性能的弹性体材料，优 化水泥石力学性能，以抵抗钻柱的冲击，射孔以及压裂等后期作业对水泥石破坏，保证水泥 环的密封完整性，防止油气水窜，提高油气采收率和油气井使用寿命，满足油气勘探开发需 要。
[0004] 目前常用的固井增韧材料主要胶乳、橡胶粉和纤维等，在专利CN201210029067， CN20121022859等有一定的介绍和描述。但是一般存在加量大、抗压强度损失、改善抗冲击 性能差，不易分散，环境污染等问题，而且没有考虑水泥石的抗渗性。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有抗拉强度低、抗冲击性能弱，本发明提供一种油井水泥用抗渗弹性 体及水泥浆制备方法，本发明加入固井水泥浆中，不仅提高了水泥石的抗拉强度和抗冲击 性能；而且降低了水泥石的弹性模量，在井下水泥环受力由脆性形变转化成塑性形变，保持 水泥环的完整性，同时水泥石具有极低的抗气、水渗能力，为不渗透水泥，保证密封，延长了 油气井的使用寿命。
[0006] 本发明采用的技术方案：
[0007] -种油井水泥用抗渗弹性体，抗渗弹性体的组分及质量比例为：丙烯腈-丁二 烯-苯乙烯共聚物粉末20~80份，烯类醋酸乙烯酯共聚物粉末20~80份，有机硅烷或聚 硅烷疏水材料〇. 4~16份。
[0008] 所述的丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯共聚物是以弹性体为主链的接枝共聚物和以坚硬 的AS树脂为主链的接枝共聚物的均匀混合物，颗粒细度325目。
[0009] 所述的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物粉粉末用浓度为5%的盐酸硝酸复合溶液 进行浸泡处理，处理温度50°C，浸泡时间3~4小时。
[0010] 所述的烯类醋酸乙烯酯共聚物粉末为分散胶粉，分散胶粉为乙烯醋酸乙烯酯共聚 物粉末，简称EVA。
[0011] 所述有机硅烷为为国民淀粉公司提供的SEAL80,聚硅烷粉末疏水材料为道康宁 SPH50或瓦克公司BSP0WDERA。
[0012] -种如权利要求1-5中任意一项权利要求所述的油井水泥用抗渗弹性体的制备 方法，在卧式螺带混合机中加入20~80的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物粉末和0. 4~ 16的有机硅烷或聚硅烷疏水材料，搅拌30分钟，然后再将20~80的烯类醋酸乙烯酯共聚 物粉末加入混料中再搅拌30分钟。
[0013] -种包含权利要求1-5中任意一项权利要求所述的油井水泥用抗渗弹性体的水 泥衆，其组成为：抗渗弹性体5~15份，降滤失剂1~4份，分散剂0~2份，缓凝剂0~ 5份，水44~53份，消泡剂0? 2份，水泥100份。
[0014] 所述水泥为硅酸盐G级油井水泥；分散剂为磺化单宁、磺化酮醛缩合物、聚奈磺酸 或其混合物；降失水剂为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物或PVA降失水剂；缓凝剂为有 机磷酸盐、多羟基有机酸、AMPS不饱和羧酸共聚物或他们的复配物；消泡剂为二甲基硅油 或磷酸三丁酯。
[0015]-种如权利要求7所述的水泥浆制备方法，具体步骤为：
[0016] 1)制备抗渗弹性体，在卧式螺带混合机中加入20~80的丙烯腈-丁二烯-苯乙 烯共聚物粉末和〇. 4~16的有机硅烷或聚硅烷疏水材料，搅拌30分钟，然后再将20~80 的烯类醋酸乙烯酯共聚物粉末加入混料中再搅拌30分钟；
[0017] 2)制备抗渗弹性体水泥浆，将步骤1)中制备的抗渗弹性体选取5~15份，1~4 份降滤失剂，〇~2份分散剂，0~5份缓凝剂，44~53份水，0. 2份消泡剂，100份水泥；将 所有粉料干混，液料湿混，然后按GB/T19139-2012油井水泥试验方法规定步骤进行制备。
[0018] 本发明的有益效果：
[0019] 1、本发明将工业五大合成树脂之一的丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯共聚物（ABS)树 脂作为抗渗弹性体材料，并引入了烯类醋酸乙烯酯共聚物和有机硅烷或聚硅烷粉末疏水材 料。
[0020] 2、由本发明配制的抗渗弹性体水泥具有不渗透和增韧效果，水泥石强度损失很 小、弹性模量降低30 %，水泥石抗冲击功提高10~15 %，抗拉强度增加5~10 %，水泥石渗 透率小于 0.001X10 3ym2。
【具体实施方式】：
[0021] 实施例1 :
[0022] 为了克服现有抗拉强度低、抗冲击性能弱，本发明提供一种油井水泥用抗渗弹性 体及水泥浆制备方法，本发明加入固井水泥浆中，不仅提高了水泥石的抗拉强度和抗冲击 性能；而且降低了水泥石的弹性模量，在井下水泥环受力由脆性形变转化成塑性形变，保持 水泥环的完整性，同时水泥石具有极低的抗气、水渗能力，为不渗透水泥，保证密封，延长了 油气井的使用寿命。
[0023] -种油井水泥用抗渗弹性体，抗渗弹性体的组分及质量比例为：丙烯腈-丁二 烯-苯乙烯共聚物粉末20份，烯类醋酸乙烯酯共聚物粉末20份，有机硅烷或聚硅烷疏水材 料0.4份。
[0024] 本发明中，采用丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯共聚物（简称ABS)粉末作为弹性体主体 材料。ABS具有优异抗冲击性、耐热性、耐低温性和耐化学药品性，加入水泥中ABS和水泥颗 粒、水泥水化产物相结合通过充填孔隙和分散水泥石内部应力，改善水泥石韧性性能。
[0025] 采用烯类醋酸乙烯酯共聚物粉末作为弹性体辅助材料，烯类醋酸乙烯酯共聚物易 成膜，提高水泥石抗渗和抗冲击性能。
[0026] 加入有机硅烷或聚硅烷粉末疏水材料，在水泥浆中，疏水剂释放出包裹的硅烷使 其再分散到拌合水中，在水泥水化后的高碱性环境下硅烷中亲水的有机官能团水解形成高 反应活性的硅烷醇基团，硅烷醇基团继续同水泥水化产物中的羟基基团进行不可逆反应形 成化学结合，从而使通过交连作用连接在一起的硅烷牢固地固定在水泥石孔壁的表面，由 于疏水的有机官能团朝向孔壁的外侧，使得孔隙的表面获得了疏水性，提高水泥石整体抗 水渗能力。
[0027] 实施例2 :
[0028] 本实施例中选取抗渗弹性体的组分及质量比例为：丙烯腈_ 丁二烯-苯乙烯共聚 物粉末80份，烯类醋酸乙烯酯共聚物粉末80份，有机硅烷或聚硅烷疏水材料16份。
[0029] 本发明中，采用丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯共聚物（简称ABS)粉末作为弹性体主体 材料。ABS具有优异抗冲击性、耐热性、耐低温性和耐化学药品性，加入水泥中ABS和水泥颗 粒、水泥水化产物相结合通过充填孔隙和分散水泥石内部应力，改善水泥石韧