專(zhuān)利名稱(chēng)：：油井水泥防漏增韌劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種增韌劑，更具體地說(shuō)涉及一種油井水泥防漏增韌劑。
背景技術(shù)：
：固井作業(yè)是鉆井完井作業(yè)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它既意味著投資幾百萬(wàn)到上億元鉆井施工的結(jié)束，又標(biāo)志著持續(xù)幾十年采油作業(yè)的開(kāi)始，是一個(gè)承上啟下的重要工程環(huán)節(jié)。固井質(zhì)量的優(yōu)劣與油氣井生產(chǎn)壽命和油氣采收率的提高有著直接的關(guān)系，不同種類(lèi)的油井水泥是油氣井固井施工的主要材料，其固有的三高缺陷(高體積收縮、高脆性和高濾失量)和井漏問(wèn)題一直是造成油氣井固井質(zhì)量差、壽命短和油氣資源散失的主要根源，也是國(guó)內(nèi)外尚未完全解決的重大技術(shù)難題之一。其中井漏對(duì)鉆井和固井作業(yè)的危害最大，據(jù)統(tǒng)計(jì)前蘇聯(lián)石油部所屬企業(yè)每年井漏復(fù)雜時(shí)率(處理井漏時(shí)間/鉆井總時(shí)間)為4%10%;1990年國(guó)內(nèi)油田發(fā)生重大井漏復(fù)雜853次，損失鉆井時(shí)間7萬(wàn)小時(shí)以上，平均井漏復(fù)雜時(shí)率3%左右；在四川氣田裂縫性灰?guī)r儲(chǔ)層所鉆的近百口井中，約90%發(fā)生過(guò)井漏，其中20多口高產(chǎn)井就有16口發(fā)生漏失(漏失量上萬(wàn)立方米的有5口)，井漏復(fù)雜時(shí)率為7.6%。1999年川東鉆探公司在川東北探區(qū)鉆井17口，平均井漏復(fù)雜時(shí)率超過(guò)20%，經(jīng)濟(jì)損失巨大。我國(guó)目前的石油資源十分欠缺，石油工業(yè)要持續(xù)發(fā)展，就必須重視固井質(zhì)量的提高，特別要解決井漏問(wèn)題，為后續(xù)的開(kāi)發(fā)工作提供堅(jiān)實(shí)的保障。目前國(guó)內(nèi)外用于固井防竄防漏的水泥漿體系主要有三類(lèi)①低濾失早強(qiáng)體系；②低濾失膨脹體系；③專(zhuān)用防竄水泥漿體系，如大慶油田的鎖水抗竄劑。從材料我發(fā)和應(yīng)用效果來(lái)看，前兩類(lèi)材料作用單一，只具有早強(qiáng)效果或只能產(chǎn)生塑性體微膨脹，沒(méi)有真正解決水泥體系的收縮問(wèn)題，因而防竄作用不明顯且效果不穩(wěn)定；鎖水抗竄劑屬硫鋁酸鹽體系，只能適用于中抗硫酸鹽高C3A含量的油井水泥，具使用地層溫度不能高于75°C，從而限制了它的使用。國(guó)外為提高水泥漿的韌性進(jìn)行了多年的研究，如CARTE等人1988年提出在水泥中加入0.5%纖維材料可增加水泥石抗射孔應(yīng)力破壞的能力；HOOK在1997年提出用5%磨碎橡膠可明顯改善水泥的抗沖擊強(qiáng)度，油井壽命得以提高。為確保固井質(zhì)量，解決井漏問(wèn)題，近幾年國(guó)外對(duì)纖維水泥的研究增多，《世界石油》編輯的"世界主要固井公司產(chǎn)品匯總"中，七大固井公司有有四家公司(哈里伯頓、福拉斯馬斯特公司、道威爾公司、BJ服務(wù)公司)均提供纖維增韌產(chǎn)品，并通過(guò)多種外加劑復(fù)配和使用你密度材料(漂珠、硅藻土和水玻璃等)解決存在的固井和井漏問(wèn)題，取得了一定的效果，但材料費(fèi)用昂貴，單井外加劑費(fèi)用高達(dá)2080萬(wàn)美元，同時(shí)其油井水泥外加劑的功能也比較單一，只能解決某一方面的問(wèn)題。而國(guó)內(nèi)尚無(wú)油井水泥防漏增韌材料，研制出既具有防漏功能又能提高水泥石韌性、且綜合工程性能良好的油井水泥防漏增韌新材料，則可一劑雙效，同時(shí)解決固井過(guò)程中的水泥漿漏失和水泥石固有脆性的技術(shù)難題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種油井水泥防漏增韌劑，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，該油井水泥防漏增韌劑既具有防漏功能又能提高水泥石韌性、且綜合工程性能良好，一劑雙效，同時(shí)解決固井過(guò)程中的水泥漿漏失和水泥石固有脆性的技術(shù)難題。本發(fā)明的技術(shù)方案為本發(fā)明的油井水泥防漏增韌劑，按重量百分比由以下組分組成-高性能有機(jī)纖維材料5%30%特種無(wú)機(jī)纖維35%70%有機(jī)高分子材料1.0%10%改性劑5.0%15%輔料1.0%10%所述的高性能有機(jī)纖維材料為改性聚丙烯異形纖維或聚酯類(lèi)異形纖維，優(yōu)選改性聚丙烯纖維或聚酯類(lèi)異形纖維的直徑為10~30um,彈性模量為520GPa，長(zhǎng)徑比為200-800;所述的特種無(wú)機(jī)纖維為富含硅、鎂和鋁的天然礦物經(jīng)1300。C175(TC熔融拉絲制成，制成的特種無(wú)機(jī)纖維的直徑為5-20um，彈性模量為1530GPa，長(zhǎng)徑比為100~600，其中所述的富含硅、鎂和鋁的天然礦物中Si02的含量》30%，MgO的含量^4(m，"302含量》10%，所述的富含硅、鎂和鋁的天然礦物優(yōu)選玄武巖、蛇紋石、海泡石或硅灰石。所述的有機(jī)高分子材料為富含羥基官能團(tuán)水溶性聚合物，其平均分子量在50~500萬(wàn)之間，其中所述的富含羥基官能團(tuán)水溶性聚合物優(yōu)選聚氧乙烯醚、改性聚乙烯醇或單月桂酸甘油酯；所述的改性劑為聚醚類(lèi)化合物和磺化醛酮縮聚物的混合物，兩者的重量配比為聚醚類(lèi)化合物磺化醛酮縮聚物-l:0.15~10，聚醚類(lèi)化合物優(yōu)選聚氧乙烯月桂醚或二乙醇脂肪酸酯，磺化醛酮縮聚物為減阻劑，優(yōu)選河南衛(wèi)輝化工股份公司生產(chǎn)的USZ減阻劑或成都川鋒化學(xué)工程有限責(zé)任公司生產(chǎn)的SXY減阻劑；所述的輔料為富含硅鋁的無(wú)機(jī)礦物微纖維，其長(zhǎng)徑比為80-200，Si02的含量》30%，A1302含量》10%，無(wú)機(jī)礦物微纖維優(yōu)選角閃石、硅灰石或海泡石。本發(fā)明的有益效果為-(1)本發(fā)明的油井水泥防漏增韌劑既具有防漏功能又能提高水泥石韌性、且綜合工程性能良好，一劑雙效，同時(shí)解決固井過(guò)程中的水泥漿漏失和水泥石固有脆性的技術(shù)難題。(2)本發(fā)明的油井水泥防漏增韌劑摻量小(2.0%)且防漏堵漏效果顯著，使用后可使水泥石的抗折強(qiáng)度比凈漿提高18%33%，抗沖擊功提高32%53%，靜態(tài)彈性模量降低46%61%，達(dá)到了一劑雙效的目的。為提高易漏地層的固井防漏、改善水泥環(huán)韌性、提高固井質(zhì)量和延長(zhǎng)油氣井生產(chǎn)壽命提供了新材料的支持。(3)添加本發(fā)明的油井水泥防漏增韌劑的水泥漿體系，其流變性能好、稠化曲線規(guī)范、稠化時(shí)間可調(diào)，自由水為零，水泥石抗壓強(qiáng)度在1929MPa之間，不受地層水和溫度的影響，且無(wú)毒副作用。(4)添加本發(fā)明的油井水泥防漏增韌劑的水泥漿體系，水泥漿返深符合設(shè)計(jì)要求，固井優(yōu)質(zhì)率為100%。(5)本發(fā)明的油井水泥防漏增韌劑制備工藝簡(jiǎn)單，原料資源豐富，價(jià)格低廉。同時(shí)固井質(zhì)量的提高和水泥韌性的改善，不但可延長(zhǎng)油井的生產(chǎn)壽命，增加油井產(chǎn)量，提高油田的最終采收率，而且還可降低由于固井質(zhì)量差和聚能射孔作業(yè)引起的套管變形，層間互串的修補(bǔ)作業(yè)費(fèi)用和地下油氣資源的浪費(fèi)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。圖1為本發(fā)明油井水泥防漏增韌劑的生產(chǎn)工藝示意圖具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例和對(duì)比例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，在實(shí)施例和對(duì)比例中，水泥石的抗折強(qiáng)度表征材料承受非均衡外力的能力，反映水泥石抵抗彎曲應(yīng)變的程度，間接反映水泥石的抗拉強(qiáng)度(即韌性)；沖擊功是檢驗(yàn)水泥石初性的重要指標(biāo)，通常試樣的抗沖擊功越大，其增韌效果也越好。水泥漿的稠化時(shí)間、濾失量、流變性及析水率是體現(xiàn)水泥槳的工程性能很重要的技術(shù)指標(biāo)。實(shí)施例l按以下重量配比稱(chēng)取原料，混拌均勻后，即得本發(fā)明的產(chǎn)品，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表l。改性聚丙烯異形纖維25kg，其直徑為20um，彈性模量為15GPa，長(zhǎng)徑比為500;特種無(wú)機(jī)纖維50kg，由玄武巖經(jīng)155(TC熔融拉絲制成，制成的的直徑為10nm，彈性模量為20GPa，長(zhǎng)徑比為350;聚氧乙烯醚7kg，其平均分子量為300萬(wàn)；改性劑10kg，其中聚氧乙烯月桂醚2kg、成都川鋒化學(xué)工程有限責(zé)任公司生產(chǎn)的SXY減阻劑8kg;角閃石8kg，長(zhǎng)徑比為150，其中Si02的含量55%，八1302含量35%。實(shí)施例2按以下重量配比稱(chēng)取原料，混拌均勻后，即得本發(fā)明的產(chǎn)品，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表l。聚酯類(lèi)異形纖維10kg，其直徑為30nm，彈性模量為5GPa，長(zhǎng)徑比為200;特種無(wú)機(jī)纖維70kg，由海泡石經(jīng)130(TC熔融拉絲制成，制成的的直徑為5um,彈性模量為15GPa，長(zhǎng)徑比為600;改性聚乙烯醇10kg，其平均分子量為100萬(wàn)；改性劑5kg，其中聚氧乙烯月桂醚4kg、成都川鋒化學(xué)工程有限責(zé)任公司生產(chǎn)的SXY減阻劑lkg;硅灰石5kg，長(zhǎng)徑比為80，Si02的含量50%，八1302含量30%。實(shí)施例3按以下重量配比稱(chēng)取原料，混拌均勻后，即得本發(fā)明的產(chǎn)品，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表l。改性聚丙烯異形纖維30kg，其直徑為20um，彈性模量為15GPa，長(zhǎng)徑比為800;特種無(wú)機(jī)纖維50kg，由海泡石經(jīng)175(TC熔融拉絲制成，制成的的直徑為10um，彈性模量為20GPa，長(zhǎng)徑比為500;聚氧乙烯醚2kg，其平均分子量為300萬(wàn)；改性劑15kg,其中聚氧乙烯月桂醚3kg、成都川鋒化學(xué)工程有限責(zé)任公司生產(chǎn)的SXY減阻劑12kg;角閃石3kg，長(zhǎng)徑比為150，其中Si02的含量55%，八1302含量35%。實(shí)施例4按以下重量配比稱(chēng)取原料，混拌均勻后，即得本發(fā)明的產(chǎn)品，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表l。改性聚丙烯異形纖維28kg，其直徑為30um，彈性模量為15GPa，長(zhǎng)徑比為200;特種無(wú)機(jī)纖維43kg，由海泡石經(jīng)1750。C熔融拉絲制成，制成的的直徑為IOum,彈性模量為20GPa，長(zhǎng)徑比為500;聚氧乙烯醚10kg，其平均分子量為300萬(wàn)；改性劑12kg，其中聚氧乙烯月桂醚10kg、河南衛(wèi)輝化工股份公司生產(chǎn)的USZ減阻劑2kg;角閃石7kg，長(zhǎng)徑比為150,其中Si02的含量55%，"302含量35%。實(shí)施例5按以下重量配比稱(chēng)取原料，混拌均勻后，即得本發(fā)明的產(chǎn)品，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表l。改性聚丙烯異形纖維5kg，其直徑為20um，彈性模量為15GPa,長(zhǎng)徑比為500;特種無(wú)機(jī)纖維65kg，由玄武巖經(jīng)1550'C熔融拉絲制成，制成的的直徑為IOum，彈性模量為20GPa，長(zhǎng)徑比為350;單月桂酸甘油酯9kg，其平均分子量為300萬(wàn)；改性劑13kg，其中聚氧乙烯月桂醚6kg、河南衛(wèi)輝化工股份公司生產(chǎn)的USZ減阻劑7kg;角閃石8kg，長(zhǎng)徑比為150，其中Si02的含量55%，八1302含量35%。對(duì)比例本發(fā)明的油井水泥防漏增韌劑性能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)原料F27A本發(fā)明實(shí)施例1的防漏增韌劑；G級(jí)抗硫油井水泥(四川嘉華)；F17A油井水泥膨脹劑(江蘇海特曼公司)；M—83S降濾失劑、SXY減阻劑(成都川鋒化學(xué)工程有限責(zé)任公司)；SS—51緩凝劑；USZ減阻劑(河南衛(wèi)輝化工股份公司)；RC800降失水劑。實(shí)驗(yàn)方法-1)水泥漿工程性能測(cè)試方法水灰比為0.44，水泥槳制漿及工程性能測(cè)定按API規(guī)范10和GB1346—2001進(jìn)行；2)水泥漿防漏性能測(cè)試方法制備水泥漿2000mL，在DL型堵漏材料實(shí)驗(yàn)裝置(青島石油機(jī)械廠生產(chǎn))上進(jìn)行動(dòng)態(tài)狹孔堵漏評(píng)價(jià)，縫板尺寸為1X35mm，工作壓力010MPa;3)水泥石力學(xué)性能測(cè)試方法①抗折強(qiáng)度和抗沖擊功將配好的水泥漿體倒入lcmXlcmX6cm的模具中，置于6(TC水浴中養(yǎng)護(hù)48小時(shí)后脫模，在KZY30型電動(dòng)抗折儀上測(cè)試試樣的抗折強(qiáng)度(每組5個(gè)，取平均值)，在XCJ—40沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)上測(cè)試抗沖擊功(每組5個(gè)試樣，取平均值)；②抗壓強(qiáng)度和彈性模量將配好的水泥漿體注入cj)2.54cm，高為2.54cm的試模中，置于6(TC溫度下養(yǎng)護(hù)48小時(shí)，在CSS—2005液壓式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試抗壓強(qiáng)度和彈性模量(每組5個(gè)試樣，取平均值)。表1本發(fā)明的油井水泥防漏增韌劑性能指標(biāo)<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>實(shí)驗(yàn)條件為G級(jí)高抗硫油井水泥(四川嘉華)，W/C=0.44，本發(fā)明產(chǎn)品摻量占水泥重量的2.0%其中Rx。為凈漿抗折強(qiáng)度，Rx為摻入本發(fā)明的產(chǎn)品后漿體抗折強(qiáng)度Wx。為凈槳抗沖擊功，Wx為摻入本發(fā)明的產(chǎn)品后漿體抗沖擊功水泥漿防漏性能室溫條件下對(duì)水泥凈漿、低濾失水泥漿體系和摻有本發(fā)明實(shí)施例1防漏增韌水泥漿體系的防漏性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，本發(fā)明的防漏增韌劑的防漏堵漏效果優(yōu)異，結(jié)果見(jiàn)表2和表3。從表2和表3可知，無(wú)論是模擬地層滲漏或是裂縫性漏失，摻有本發(fā)明的防漏增韌劑的配方C和E與配方A、B、D相比，防漏堵漏效果優(yōu)異，其10分鐘承壓能力達(dá)到7MPa;而常規(guī)水泥漿體系和漂珠低密度水泥漿體系在80秒內(nèi)全部漏失，不具備防漏堵漏作用。本發(fā)明的油井水泥防漏增韌劑應(yīng)用于青海澀北氣田，成功封固高壓氣井90口中，解決了長(zhǎng)期困擾青海氣田固井施工的氣竄和漏失低返難題，固井低返率比其它體系降低50%，優(yōu)質(zhì)率提高48%。應(yīng)用于江蘇油田沙7區(qū)塊漏失井打水泥塞堵漏作業(yè)和5口易漏井層套管固井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，水泥漿返深符合設(shè)計(jì)要求，固井優(yōu)質(zhì)率達(dá)100%。表2:防漏水泥漿體系堵塞模擬裂縫試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果(25°C)配方組成0.7MPaIO分鐘承壓(MPa)堵塞情況漏失時(shí)間(秒)漏失量(mL)A凈漿5520000嘗仝兀王漏失BM-83S1.8%+SXY0.5%+SS-510.1%7520000兀生漏失CF27A2.0%+M-83S1.8%+SXY0.5%+F17A3.0%+SS-510.1%651467.0兀生堵住D漂珠15%+M-83S1.8%+SXY0.5%+SS-510.1%6020000兀生漏失E漂珠15%+M-83S1.8%+SXY0.5%+SS-510.1%+F27A2.0%702157.0^仝兀王堵住表3:防漏水泥漿體系堵塞模擬滲漏試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果(25°C)配方0.7MPalO分鐘承壓(MPa)堵塞情況漏失時(shí)間(秒)漏失量(mL)A6020000完全漏失B8020000完全漏失C601257.0完全堵住D7020000完全漏失E552007.0完全堵住1權(quán)利要求1、一種油井水泥防漏增韌劑，按重量百分比由以下組分組成高性能有機(jī)纖維材料5％～30％特種無(wú)機(jī)纖維35％～70％有機(jī)高分子材料1.0％～10％改性劑5.0％～15％輔料1.0％～10％。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的油井水泥防漏增韌劑，其特征在于所述的高性能有機(jī)纖維材料為改性聚丙烯異形纖維或聚酯類(lèi)異形纖維。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的油井水泥防漏增韌劑，其特征在于所述的改性聚丙烯纖維或聚酯類(lèi)異形纖維的直徑為10~30um，彈性模量為520GPa，長(zhǎng)徑比為200-800。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的油井水泥防漏增韌劑，其特征在于所述的特種無(wú)機(jī)纖維為富含硅、鎂和鋁的天然礦物經(jīng)1300。C175(TC熔融拉絲制成，制成的特種無(wú)機(jī)纖維的直徑為5~20um，彈性模量為1530GPa，長(zhǎng)徑比為100~600，其中所述的富含硅、鎂和鋁的天然礦物中Si02的含量》30%，MgO的含量》40%，"302含量》10%。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的油井水泥防漏增韌劑，其特征在于所述的富含硅、鎂和鋁的天然礦物為玄武巖、蛇紋石、海泡石或硅灰石。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的油井水泥防漏增韌劑，其特征在于所述的有機(jī)高分子材料為富含羥基官能團(tuán)水溶性聚合物，其平均分子量在50500萬(wàn)之間，其中所述的富含羥基官能團(tuán)水溶性聚合物為聚氧乙烯醚、改性聚乙烯醇或單月桂酸甘油酯。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的油井水泥防漏增韌劑，其特征在于所述的改性劑為聚醚類(lèi)化合物和磺化醛酮縮聚物的混合物，兩者的重量配比為聚醚類(lèi)化合物磺化醛酮縮聚物=1:0.15~10。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的油井水泥防漏增韌劑，其特征在于所述的聚醚類(lèi)化合物為聚氧乙烯月桂醚或二乙醇脂肪酸酯；所述的磺化醛酮縮聚物為減阻劑。9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的油井水泥防漏增韌劑，其特征在于所述的輔料為富含硅鋁的無(wú)機(jī)礦物微纖維，其長(zhǎng)徑比為80-200，Si02的含量》30%，八1302含量》10%。10、根據(jù)權(quán)利要9所述的油井水泥防漏增韌劑，其特征在于所述的無(wú)機(jī)礦物微纖維為角閃石、硅灰石或海泡石。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種油井水泥防漏增韌劑，該油井水泥防漏增韌劑既具有防漏功能又能提高水泥石韌性、且綜合工程性能良好，一劑雙效，同時(shí)能解決固井過(guò)程中的水泥漿漏失和水泥石固有脆性的技術(shù)難題；本發(fā)明的油井水泥防漏增韌劑，按重量百分比由以下組分組成高性能有機(jī)纖維材料5％～30％、特種無(wú)機(jī)纖維35％～70％、有機(jī)高分子材料1.0％～10％、改性劑5.0％～15％、輔料1.0％～10％。文檔編號(hào)C09K8/467GK101481606SQ200510094588公開(kāi)日2009年7月15日申請(qǐng)日期2005年9月28日優(yōu)先權(quán)日2005年9月28日發(fā)明者吳葉成,唐明述,曉姚,峰張,樊松林,許仲梓申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué);江蘇海特曼新材料有限公司