一种含有弹性粒子的油井水泥浆的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及石油钻井领域，更进一步说，涉及一种含有弹性粒子的油井水泥浆。
【背景技术】
[0002] 普通固井用水泥浆一般由水、水泥、外加剂（降失水剂、分散剂、缓凝剂等）和外掺 料（如微硅等）组成。
[0003] 普通固井用水泥浆形成的油井水泥环在井下承受高聚能射流的射孔冲击、大型压 裂和分段压裂的冲击以及下套管和继续钻进时套管和钻头对水泥环的碰撞冲击时，具有脆 性的水泥环其整体完整性会遭到破坏，导致后期层间密封性能失效，对油气井特别是高含 酸性气体井后期增产措施及开发生产具有潜在安全隐患，无法保障油气井安全生产，造成 巨大的经济损失。因此保证油井水泥环的完整性具有重要的意义。
[0004] 弹性水泥是在油井水泥中加入适量弹性材料并经紧密堆积设计而成，与普通水泥 相比具有较低杨氏模量和较高的泊松比，能够更好地吸收压裂时套管膨胀引起的水泥变形 能量，降低水泥环密封失效的风险。有研究表明，将橡胶粉碎成颗粒作为分散相掺入到水泥 基体中，可以提高水泥石的弹性。但是，由于橡胶颗粒是表面是疏水的，与水泥浆相容性差， 其在水泥浆中成团聚集，不能均匀分散，严重时甚至漂浮在水泥浆表面。同时，橡胶颗粒与 成型后的水泥石的界面粘结不好，影响水泥石力学性能。所以，一般需要对橡胶颗粒进行表 面改性，但改性后橡胶性能不稳定或作用效果降低。
【发明内容】
[0005] 为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了 一种含有弹性粒子的油井水泥浆。 本发明的弹性粒子与水泥浆相容性好，能显著降低水泥石弹性模量，且在温度达到可引发 形状转变的温度时能进一步显著降低水泥石弹性模量。
[0006] 本发明的目的是提供一种含有弹性粒子的油井水泥浆。
[0007] 所述水泥浆包括：
[0008] 弹性粒子2~8重量份；
[0009] 所述弹性粒子为温敏形状记忆聚合物：苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-丙烯酸丁 酯共聚物、聚氨酯、聚乙烯醇缩醛凝胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种或几种经低温冷冻 粉碎制备。
[0010] 温敏形状记忆聚合物形状记忆转变温度在60°c~80°C之间，优选在60°C~70°C 之间；颗粒粒径在50目~300目之间，优选在100目~300目之间。
[0011] 温敏形状记忆聚合物是形状记忆聚合物的一种。形状记忆聚合物（Shape Memory Polymer,简称SMP)是一类新型智能材料，该材料在成型加工过程中被赋予某种初始固有 形状，在某些条件下发生变形并被固定下来，当需要它时只要对它施加一定手段（如加热， 光照，通电，化学处理等），便能使其迅速恢复到初始形状。特定聚合物的这种"初型一形 变一固定一回复初型"的特性被称为聚合物的形状记忆性能，形状记忆聚合物（SMP)属于形 状记忆材料的一种。SMP可分为温（热）敏型SMP、光敏型SMP、电敏型SMP、化学感应型SMP 等。其中温敏型SMP形状记忆效应由温度改变引发，本身性能相对成熟、可操作性强，得到 了广泛应用。目前，尚没有资料显示以温敏形状记忆聚合物作为油井水泥弹性增强剂。选 用合适的温敏形状记忆聚合物制备弹性粒子能够满足与水泥浆相容性好的需求，同时在温 度达到可引发形状转变的温度时，温敏形状记忆聚合物能够发生弹性形变，进一步显著降 低水泥石弹性模量。这些特性是传统橡胶粉颗粒所不具备的。
[0012] 更具体地，
[0013] 本发明的水泥浆包括按重量份数计的以下组分：
[0014] 水泥100重量份；
[0015] 温敏形状记忆聚合物粉末弹性粒子材料2~8重量份；优选2~4重量份；
[0016] 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/丙烯酸/丙烯酰胺三元聚合物降失水剂3~6重 量份；
[0017] 醛酮缩合聚合物分散剂0. 5~1. 5重量份；
[0018] 微石圭0~5重量份；
[0019] 磷酸三丁酯0· 05~(λ 1重量份；
[0020] 羟基乙叉二膦酸缓凝剂0.5重量份；
[0021] 水38~42重量份；
[0022] 醛酮缩合聚合物分散剂是目前固井助剂中最常用的分散剂。
[0023] 缓凝剂采用现有技术中固井中常用的缓凝剂，羟基乙叉二膦酸。
[0024] 本发明的固井水泥浆体系中还可以根据实际情况添加本领域通常采用的其他助 剂，如：膨胀剂、流型调节剂、防气窜剂等，其用量为常规用量，本领域技术人员可根据实际 情况适当调整。
[0025] 基于含有所述温敏形状记忆聚合物的弹性粒子的水泥浆具有下述优点：
[0026] ①基于温敏形状记忆聚合物的油井水泥用弹性粒子可在油井水泥浆中使用，使用 该弹性粒子配置的水泥浆流变性好，易于固井施工；
[0027] ②通过使用含有此弹性粒子的水泥浆，其形成的水泥石弹性得到有效增加，水泥 环具有较高的抗冲击性。
[0028] ③当温度达到温敏形状记忆聚合物形状记忆转变温度以上时，能进一步降低水泥 石弹性模量，增加其弹性。
【附图说明】
[0029] 图1实施例1的苯乙烯-丁二烯SMP水泥石模块弹性模量图；
【具体实施方式】
[0030] 下面结合实施例，进一步说明本发明。
[0031] 实施例中所用原料均为市售。
[0032] 对比例1:空白水泥浆和水泥石制备
[0033] 称取100重量份油井水泥，40重量份水，0. 1重量份磷酸三丁酯，3重量份2-丙 烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/丙烯酸/丙烯酰胺三元聚合物降失水剂，0. 5重量份醛酮缩合 聚合物分散剂，0. 5重量份缓凝剂。将水泥以外的其他材料放在混合容器中，搅拌器以低 速（4000±200转/分）转动，并在15秒内加完称取的水泥，盖上搅拌器的盖子，并在高速 (12000 ±500转/分）下继续搅拌35秒，制得空白水泥浆，密度1. 89g/cm3。
[0034] 将上述空白水泥浆，倒入4cmX4cmX 16cm的养护模块中，放入50°C的水浴中养护 24小时，取出已经凝固的水泥，得到空白水泥石模块。
[0035] 对比例2 :加入橡胶粉的水泥浆和水泥石制备
[0036] 称取100重量份油井水泥，占水泥重量4%即4重量份橡胶粉（100~200目），5 重量份微硅，39重量份水，0. 08重量份磷酸三丁酯，6重量份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸 /丙烯酸/丙烯酰胺三元聚合物降失水剂，1. 5重量份醛酮缩合聚合物分散剂，0. 5重量份缓 凝剂。将水泥、橡胶粉和微硅以外的其它材料放在混合容器中，搅拌器以低速（4000±200 转/分）转动，并在15秒内加完称取的水泥、橡胶粉和微硅混合物，盖上搅拌器的盖子，并 在高速（12000±500转/分）下继续搅拌35秒，制得橡胶粉水泥浆，密度1. 89g/cm3。
[0037] 将上述橡胶粉水泥浆，倒入4cmX4cmX 16cm的养护模块中，放入50°C的水浴中养 护24小时，取出已经凝固的水泥，得到橡胶粉水泥石模块。
[0038] 实施例1 :基于苯乙烯-丁二烯形状记忆共聚物的油井水泥用弹性粒子、水泥浆和 水泥石模块制备
[0039] 将形状记忆转变温度为60°C的一种苯乙烯-丁二烯形状记忆共聚物，采用低温冷 冻粉碎为50~100目，得到SMP弹性粒子。
[0040] 称取100重量份油井水泥，占水泥重量2 %即2重量份SMP弹性粒子，3重量份微 硅，38重量份水，0. 05重量份磷酸三丁酯，6重量份2-丙烯酰胺基-2