改性固井水泥浆及其制备方法和应用与流程

本发明属于油气井固井，特别是涉及一种改性固井水泥浆及其制备方法和应用。

背景技术：

1、油气井勘探开发过程中，环空带压是全球石油行业面临的共同难题，如果控制不当，则容易引发井口安全，缩短油气井寿命，治理难度大，费用昂贵。有学者对水泥环完整性开展了大量研究，分析认为导致b、c环空带压的主要原因是油井水泥自身具有的“硬脆性、体积收缩”缺陷，在井下复杂应力下易塑性变形和张性破坏，从而导致了井筒密封完整性失效。水泥浆体系的综合防窜性能是影响固井水泥环长期密封性的核心因素，现有技术中一般通过在水泥浆体系中引入聚合物乳液以改善其性能的。

2、哈里伯顿公司研发了一种名叫welllock的树脂用于固井时液与水泥浆的隔离，以提高水泥环与套管和地层的胶结强度，但其综合性能差，不足以代替水泥浆用于固井作业；且该产品费用高，不利于全面推广使用。也有人针对环氧树脂进行了研究，结果表明环氧树脂加入水泥浆后可有效改善油气井固井水泥体系的性能；且环氧树脂乳液既可以单独进行固井，也可以加入水泥浆中提高水泥石的抗压强度和胶结强度，提高固井质量。但是环氧树脂为双组份产品，其在现场应用中需要提前配制好树脂与固化剂，再将混拌好的液体加入水泥浆中，需要单独配备批混撬，现场操作复杂；且为了保证水泥浆胶结强度，需在水泥浆体系中添加30～60wt％的树脂乳液，导致树脂水泥浆的单方成本较高，不利于推广。也有人针对有机硅树脂进行了研究，其虽然可以实现树脂水泥浆的单组份固化，但是其对应用环境的水质比较敏感，导致其高温增稠性明显，水泥浆的综合性能不易调节；且其对于水泥石胶结强度的提高有限，往往需要较高比例的树脂才能达到需要的胶结强度，单方成本高，难以满足油田固井的使用需求。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于，提供一种改性固井水泥浆及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是如何提供一种改性固井水泥浆，使其在现场施工时无需使用批混撬进行树脂和固化剂的双组份调配，施工操作简单；且，使用本发明所述改性固井水泥浆固井既可提高水泥石与两界面的胶结强度，同时因其添加量较小，材料成本低，从而更加有利于市场推广。

2、本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种改性固井水泥浆，其包括水泥和可单组份固化的改性树脂乳液；其中，所述改性树脂乳液为有机硅类抗高温树脂反乳化改性的乳液；所述改性树脂乳液的质量占水泥质量的2～10％。

3、本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

4、优选的，前述的改性固井水泥浆，其中所述改性树脂乳液为ate-22l，其性能指标如下：密度：1.20±0.02g.cm3，固含量≥60％，ph值：6-8，粘度：2500-3500mpa.s。

5、优选的，前述的改性固井水泥浆，其中以质量份计，其包括：g级水泥100份，铁矿粉0-110份，微硅0-5份，降失水剂0-5份，分散剂0-5份，工业盐0-10份，改性树脂乳液2-10份，缓凝剂0-1.0份，消泡剂0-0.2份，自来水40-60份。

6、优选的，前述的改性固井水泥浆，其包括所述改性树脂乳液2-6份。

7、优选的，前述的改性固井水泥浆，其中所述改性固井水泥浆为盐水高密度水泥浆体系；以质量份计，其包括：g级水泥100份，铁矿粉70-110份，微硅0-5份，降失水剂0-5份，分散剂0.5-5份，工业盐7-10份，改性树脂乳液2-6份，缓凝剂0.1-1.0份，消泡剂0.1-0.2份，自来水40-60份。

8、优选的，前述的改性固井水泥浆，其中所述改性固井水泥浆为淡水常规密度水泥浆体系；以质量份计，其包括：g级水泥100份，微硅2-5份，降失水剂2-5份，分散剂0.5-5份，改性树脂乳液2-6份，缓凝剂0.1-1.0份，消泡剂0.1-0.2份，自来水40-60份。

9、优选的，前述的改性固井水泥浆，其中所述铁矿粉为磁铁矿粉，密度5.05g/cm3，粒径120目；所述微硅为纯度≥98％的二氧化硅粉末，所述二氧化硅粉末的粒径为0.1μm-0.3μm；所述降失水剂为聚丙烯酸钠与2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸的共聚物；所述分散剂为脂肪族羟基磺酸盐缩合物；所述工业盐为氯化钠盐；所述缓凝剂为2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸聚合物；所述消泡剂为磷酸三丁酯。

10、本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种根据前述的改性固井水泥浆的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

11、按配方计量g级水泥、铁矿粉和微硅，混合均匀，得干混材料；

12、按配方计量工业盐和水，将所述工业盐溶解于所述水中，得拌合水；如果配方中不包括工业盐，则以水作为拌合水；

13、向所述拌合水中加入配方量的降失水剂、改性树脂乳液、分散剂、缓凝剂和消泡剂，搅拌均匀，得湿混材料；

14、以低速档搅拌所述湿混材料，在搅拌的条件下将所述干混材料加入所述湿混材料中，再以高速档将混合料搅拌均匀，最后以变速档搅拌使混合料消泡，得改性固井水泥浆。

15、本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

16、优选的，前述的制备方法，其中所述低速档的搅拌速度为3000～5000r/min；所述高速档的搅拌速度为10000～14000r/min；所述变速档的搅拌速度根据混合料的条件进行调节。

17、本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种根据前述的改性固井水泥浆在页岩气井、致密油井和岩盐层油气井固井中的应用。

18、借由上述技术方案，本发明提出的一种改性固井水泥浆及其制备方法和应用至少具有下列优点：

19、本发明提出的改性固井水泥浆及其制备方法和应用，其通过向常规固井水泥中添加了占水泥质量2～10％的改性树脂乳液，改善了固井的胶结强度。本发明所述的改性树脂乳液为可单组份固化的有机硅类抗高温树脂反乳化改性的乳液，将其加入水泥浆中固井施工时，无需使用批混撬进行树脂和固化剂的双组份调配即可施工，施工操作简单；同时，本发明所述的改性树脂乳液的性价比高，其加入量较小而技术效果较好，其仅需向水泥浆中加入占水泥质量的2～10％的改性树脂乳液，就可以极大地改善固井后的胶结强度；本发明的技术方案中，改性固井水泥浆中改性树脂乳液的添加量小，水泥浆体系的成本增加不明显，材料成本节约，而水泥石的整体性能较好，除了常规性能均能保持原有水泥浆的水平之外，水泥石的胶结强度得到极大地提高，比常规水泥提高近2～3倍，性能更优越。

20、进一步的，本发明的改性固井水泥浆应用范围广，其既适用于淡水常规密度体系的水泥浆，又适用于盐水高密度体系的水泥浆，具有较好的适用性；本发明技术方案通过各种材料的搭配，在不影响水泥浆体其他性能的前提下，有效提高水泥石与地层、套管之间胶结强度，胶结强度值是普通水泥石的2～3倍；且，本发明技术方案在不影响水泥石抗压强度的前提下，明显降低水泥石弹性模量，提高了水泥石的韧性，提高了固井质量，确保了井筒密封完整性；同时，本发明技术方案为固井后续需要压裂酸化，以及其他有压力变化的井提供有力保障，减少了因井筒密封性不完整的二次补救作业，降低了因环空带压带来的井筒密封失效的风险。

21、进一步的，本发明的技术方案适合页岩气井、致密油井以及岩盐层固井，针对伊拉克哈法亚油田244.5mm技术套管固井存在高压盐层、高密度、窄密度窗口的固井难题，通过树脂乳液改性盐水高密度水泥浆体系，提高了水泥环与地层、套管之间的胶结强度，提高了该区块整体固井质量，杜绝井口带压的发生，为该项目争取更多的工作量奠定基础。

22、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。