本发明涉及油气井固井工程领域，具体涉及一种固井水泥浆及其制备方法。
背景技术：
：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(纤维、微硅等)组成。普通固井用水泥浆的水泥环弹性小、脆性大，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，水泥环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，造成巨大经济损失。技术实现要素：有鉴于此，本申请提供一种固井水泥浆及其制备方法，该固井水泥浆中的弹韧性材料能够显著提高水泥石抵抗外力变形的能力，既可以降低水泥石的杨氏模量，又不会明显降低抗压强度。为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种固井水泥浆，其特征在于，所述固井水泥浆按重量份数计包括以下组分：水泥100份，弹韧性材料1-4份，膨胀剂1-4份，胶乳5-10份，密度调节剂10-100份，早强剂1-2份，降失水剂2-8份，减阻剂1-2份、缓凝剂1-10份，水20-80份。优选的，所述固井水泥浆按重量份数计包括以下组分：水泥100份，弹韧性材料2-3份，膨胀剂2-3份，胶乳8-10份，密度调节剂10-100份，早强剂1-2份，降失水剂3-6份，减阻剂1-2份、缓凝剂1-8份，水30-60份。优选的，所述弹韧性材料选自脂肪类聚合物、纤维类、树脂、聚丙烯蜡、橡胶、胶乳和合成大分子中的一种或几种。更优选的，所述纤维类可为长短纤维，如木质纤维、尼龙纤维、合成纤维、玻璃纤维等。优选的，所述膨胀剂选自钙铝氧化物、钙镁氧化物及钝化铝复合物、无机盐、碱金属氧化物和橡胶粉中的一种或几种。优选的，所述降失水剂选自四元高分子共聚物、聚乙烯醇和丙烯酞胺基甲基丙磺酸共聚物中的一种或几种。优选的，所述减阻剂选自甲醛丙酮缩聚物或胺基高分子衍生物。优选的，所述缓凝剂选自葡萄糖酸钙液体、葡庚糖酸盐液体、羧基磷酸盐复合物和有机酸中的任意一种。优选的，所述胶乳选自适用于油井水泥浆中的非离子型乳胶、阳离子型胶乳和丁苯胶乳中的任意一种。优选的，所述密度调节剂选自漂珠、玻璃微珠、重晶石、精铁矿粉中的任意一种，所述早强剂选自硫酸钙、有机酸盐和硅铝酸盐中的一种或几种。本发明还提供一种固井水泥浆的制备方法，其包括以下步骤：a、将弹韧性材料、胶乳、密度调节剂、早强剂、降失水剂、减阻剂与水泥进行干混，混合均匀，得到干混料；b、将缓凝剂、膨胀剂与水进行湿混，混合均匀，得到湿混料；c、将干混料加入到湿混料中，搅拌均匀，得到固井水泥浆。本申请与现有技术相比，其详细说明如下：本发明在水泥浆中加入了弹韧性材料，主要作用是降低水泥石的弹性模量，实现对水泥石的增韧止裂，其作用机理是填充水泥水化所形成的晶相间的间隙，改善水泥石内部微观界面，通过弹韧性材料止裂增韧作用能够约束微裂缝的产生和扩展，并形成吸收应变能的结构变形中心，可吸收震动能，同时增加水泥石的变形能力，降低水泥石的弹性模量。纤维类的材料，如木质纤维、尼龙纤维、合成纤维、玻璃纤维等，利用纤维对负荷的传递，使水泥石应力集中的点分散、应力集中的程度减小，即增加水泥石的抗冲击能力来降低水泥石杨氏模量。本申请在水泥浆中加入膨胀剂，可以使本发明的水泥浆硬化后形成的水泥石的体积膨胀率大于0.05％，有效抵消水泥水化造成的体积收缩，防止微裂缝的产生。本申请中的密度调节剂为加重剂或减轻剂，主要用于调节水泥浆的密度，加重剂为重晶石或铁矿粉中的一种或几种，减轻剂为漂珠或微硅中的一种或几种。其余上述各种助剂均为市售。与现有技术相比，本发明提供固井水泥浆的有益效果是：本发明制得的固井水泥浆不仅具有较低的弹性模量，同时还具有较高的抗冲击性能和抗折强度以及抗压强度，本发明制得的水泥浆的弹性模量与常规水泥浆相比降低30％左右，抗压强度不会明显降低。本发明通过添加弹韧性材料以及通过对添加剂的合理的配比，降低了固井水泥浆的弹性模量，使其在一定的应力下，由脆性变形转变为塑性变形，因此具有较高的弹性，从而保证了水泥环的完整性，为后续工作提供保障。本发明添加的弹韧性材料亲水性好，配浆容易，能够均匀的分散在水泥浆中，与其他外加剂配伍性好，水泥浆性能稳定同时成本较低，改善了水泥浆拌浆难和混拌不均匀的问题。另外，本发明的制备方法简单，无需额外的设备，利于现场实施，且原料来源广泛，成本低，能够有效解决由于水泥石固有的脆性，在油气井的后续射孔、大型压裂等试采作业过程中，导致水泥石内部出现微裂缝和/或固井二界面上出现微环空间隙，油气水在地下层间窜流的问题。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。实施例1本实施例提供一种固井水泥浆，以重量份计，其包括以下组分：100份水泥，弹韧性材料1份，膨胀剂1份，胶乳5份，密度调节剂10份，早强剂1份，降失水剂2份，减阻剂1份、缓凝剂1份，水20份。上述固井水泥浆的制备方法包括以下步骤：a、将上述重量份的弹韧性材料、胶乳、密度调节剂、早强剂、降失水剂、减阻剂与水泥进行干混，混合均匀，得到干混料；b、将缓凝剂、膨胀剂与水进行湿混，混合均匀，得到湿混料；c、将干混料加入到湿混料中，搅拌均匀，得到固井水泥浆。实施例2本实施例提供一种固井水泥浆，以重量份计，其包括以下组分：100份水泥，弹韧性材料2份，膨胀剂2份，胶乳8份，密度调节剂30份，早强剂2份，降失水剂3份，减阻剂1份、缓凝剂3份，水30份。制备方法与实施例1相同。实施例3本实施例提供一种固井水泥浆，以重量份计，其包括以下组分：100份水泥，弹韧性材料3份，膨胀剂3份，胶乳8份，密度调节剂50份，早强剂2份，降失水剂6份，减阻剂1份、缓凝剂8份，水60份。制备方法与实施例1相同。实施例4本实施例提供一种固井水泥浆，以重量份计，其包括以下组分：100份水泥，弹韧性材料4份，膨胀剂4份，胶乳10份，密度调节剂100份，早强剂2份，降失水剂8份，减阻剂2份、缓凝剂10份，水80份。制备方法与实施例1相同。对照例1—4对照例1—4分别提供四种固井水泥浆，除不添加弹韧性材料外，其他组分和重量份数分别与实施例1—4相同。实施例5提供实施例1-4和对照例1-4提供的固井水泥浆硬化后得到的水泥石的性能测试实验，其中，弹性模量的测量、抗压强度的测量、抗折强度的测量按照gb/t19139油井水泥试验方法进行。上述性能测试的结果如表1所示：表1实施例弹性模量(gpa)抗压强度(mpa)抗折强度(mpa)实施例15.610.74.5对照例1208.63.7实施例23.917.86.3对照例29.714.24.5实施例39.516.35.9对照例31414.84.4实施例49.216.86.5对照例41513.84.4从表1可以看出，与对照例相比，本发明提供的固井水泥浆弹性模量明显降低，而抗压强度和抗折强度明显提高，通过添加弹韧性材料以及通过对添加剂的合理的配比，降低了固井水泥浆的弹性模量，使其在一定的应力下，由脆性变形转变为塑性变形，因此具有较高的弹性，从而保证了水泥环的完整性，为后续工作提供保障。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12