一种耐高温柔性水泥浆用悬浮剂及其制备方法和水泥浆[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 107973537 A(43)申请公布日 2018.05.01

(21)申请号 201610937072.8(22)申请日 2016.10.25

(71)申请人 中国石油化工股份有限公司

地址 100028 北京市朝阳区朝阳门北大街

22号

申请人 中国石油化工股份有限公司石油工

程技术研究院(72)发明人 汪晓静　谭春勤　曾敏　刘仍光　

高元　(74)专利代理机构 北京知舟专利事务所(普通

合伙) 11550

代理人 杨茜(51)Int.Cl.

C04B 24/26(2006.01)C04B 24/42(2006.01)

权利要求书2页 说明书5页 附图2页

C04B 28/00(2006.01)C09K 8/467(2006.01)C09K 8/487(2006.01)

()发明名称

一种耐高温柔性水泥浆用悬浮剂及其制备方法和水泥浆(57)摘要

本发明涉及石油勘探领域的一种耐高温柔性水泥浆用悬浮剂及其制备方法和水泥浆。所述悬浮剂以水的用量为100重量份，包含以下组分：水100份，球形氧化物20～50份，短纤维5～8份，硅酸盐3～8份，胶乳3～8份。加入本申请所述悬浮剂后水泥浆的沉降稳定性能优良，密度差≤0.02g/cm3；无明显的弹性粒子上浮现象；加入本申请所述悬浮剂后水泥浆的流变性在不同温度下的流变性能无明显差别。

CN 107973537 ACN 107973537 A

权　利　要　求　书

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1.一种耐高温柔性水泥浆用悬浮剂，以水的用量为100重量份，包含以下组分：

2.根据权利要求1所述的一种耐高温柔性水泥浆用悬浮剂，以水的用量为100重量份，包含以下组分：

3.根据权利要求1或2所述的一种耐高温柔性水泥浆用悬浮剂，其特征在于：所述球形氧化物选自球形二氧化硅、球形氧化铝、球形氧化钛中的至少一种；所述球形氧化物的粒径范围为100～200μm。

4.根据权利要求1或2的一种耐高温柔性水泥浆用悬浮剂，其特征在于：所述短纤维的尺寸范围为2.5mm～3.5mm；所述纤维选自碳纤维、玻璃纤维、硼纤维中的至少一种。

5.根据权利要求1或2的一种耐高温柔性水泥浆用悬浮剂，其特征在于：所述硅酸盐选自硅酸钾、硅酸钠中的至少一种。

6.根据权利要求1或2的一种耐高温柔性水泥浆用悬浮剂，其特征在于：所述胶乳选自苯丙胶乳、丁苯胶乳、硅丙胶乳、乙烯基胶乳中的至少一种。

7.根据权利要求1～6之任一项所述的一种耐高温柔性水泥浆用悬浮剂的制备方法，包括以下步骤：

将包含所述球形氧化物、短纤维、硅酸盐、胶乳在内的组分加入水中，在30～50℃下混拌，搅拌均匀后，即得所述耐高温柔性水泥浆用悬浮剂。

8.包含权利要求1～6之任一项所述的一种耐高温柔性水泥浆用悬浮剂在内的固井用水泥浆，其特征在于：以固井用水泥浆中水泥用量为100重量份数计，所述耐高温柔性水泥浆用悬浮剂的用量为1.0～3.0重量份。

9.根据权利要求8所述的固井用水泥浆，其特征在于，以油井水泥为100重量份，包含重量份计的以下组分：

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权　利　要　求　书

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其中，弹性粒子选自丁腈橡胶、硅橡胶、丁苯橡胶中的至少一种。10.根据权利要求8或9所述的固井用水泥浆的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将包含油井水泥、弹性粒子、降失水剂、缓凝剂、分散剂、耐高温柔性水泥浆用悬浮剂在内的组分混合均匀即得。

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一种耐高温柔性水泥浆用悬浮剂及其制备方法和水泥浆

技术领域[0001]本发明涉及石油勘探领域，更进一步说，涉及一种耐高温柔性水泥浆用悬浮剂及其制备方法和水泥浆。

背景技术[0002]国内在柔性水泥浆体系研究领域起始于分段压裂井对水泥石力学性能的需求，同时随着国内非常规油气资源的进一步开发，分段压裂技术在得到了广泛的应用，因此柔性水泥浆(或类似功能产品)的研究达到了白热化阶段。而柔性水泥浆的关键材料就是弹性材料。目前弹性材料多为橡胶类产品，而橡胶粒子在水泥浆中不具有相容性，又由于橡胶粒子与水泥浆的密度差较大，经常会造成加有橡胶颗粒的水泥浆在养护或静置一段时间后，出现橡胶颗粒与水泥浆的上下分层，造成了体系的不稳定性。因此，需要合适的悬浮剂增加橡胶颗粒在水泥浆中的悬浮稳定性能。[0003]而目前的现有专利、文献中针对低/高密度水泥的悬浮剂、冲洗液/隔离液的悬浮剂较多，但是很少有针对橡胶颗粒在水泥浆中的悬浮剂。[0004]《一种高密度钻井液泥饼的清洗方法》(申请号：201510511434.2)、《提高油基钻井液固化质量的乳化冲洗隔离液及其制备方法》(申请号：201510396876.7)、《一种油田固井用加重隔离液及其制备方法》(申请号：201510339049.4)、《油井注水泥前置液外加剂及制备方法》(申请号：200710175665.6)中，作者给出的增粘剂、悬浮剂用于清洗液、隔离液中，易导致水泥浆流变性变差，因此不适用于做橡胶颗粒的悬浮剂。[0005]《新型固井悬浮剂的开发》(钻井液与完井液，第31卷，2014年第1期)、《超高密度抗盐水泥浆体系的研究》(钻井液与完井液，第22卷，2005年增刊)中作者给出的是针对低/高密度水泥的悬浮剂。《高温悬浮稳定剂DRY-S2的研究及应用》(钻井液与完井液，第30卷，2013年第3期)中，作者未给出悬浮稳定剂DRY-S2的制作方法，也未给出水泥浆体在加入DRY-S2的流变性能指标，只给出了水泥浆的沉降实验，无法保证浆体的流动性、可泵性是否良好。

发明内容[0006]为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种耐高温柔性水泥浆用悬浮剂。具体地说涉及一种耐高温柔性水泥浆用悬浮剂及其制备方法和水泥浆。本发明的耐高温柔性水泥浆用悬浮剂可以在柔性水泥浆中防止弹性粒子产生沉降现象，增强体系的稳定性，保证了体系的良好的悬浮性、流变性，保证了固井施工的安全进行。[0007]本申请的目的之一在于提供一种耐高温柔性水泥浆用悬浮剂，所述耐高温柔性水泥浆用悬浮剂，以水的用量为100重量份，包含重量份计的以下组分：

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[0008]

其中，

[0010]所述球形氧化物粒径范围为100～200μm。具体可选自球形二氧化硅、球形氧化铝、球形氧化钛中的至少一种，优选球形二氧化硅。由于所述球形氧化物为球形结构，所以可以在水泥浆中起到分散、润滑水泥浆的作用，故而水泥浆不会产生高粘、难以泵送的现象。[0011]所述短纤维尺寸范围可为2.5mm～3.5mm，具体可选自碳纤维、玻璃纤维、硼纤维中的至少一种，优选玻璃纤维。所述短纤维可以起到耐温、桥接作用。[0012]所述硅酸盐可选自硅酸钠、硅酸钾中的至少一种，优选硅酸钠。所述胶乳可选自苯丙胶乳、丁苯胶乳、硅丙胶乳、乙烯基胶乳中的至少一种，优选苯丙胶乳。所述硅酸盐、胶乳可以将球形氧化物、弹性粒子粘结在一起，更好的起到悬浮弹性粒子的作用。[0013]以上组分选用的物质原料均可经市售而得。[0014]本申请的目的之二在于提供一种耐高温柔性水泥浆用悬浮剂的制备方法，包括以下步骤：[0015]将包含所述球形氧化物、短纤维、硅酸盐、胶乳在内的组分加入水中，在30～50℃下混拌，搅拌均匀后，即得所述耐高温柔性水泥浆用悬浮剂。所述搅拌机为本行业常用设备，优选双螺旋混合机。放入搅拌机中均匀搅拌至少2～5个小时。[0016]具体实施中，所述方法可包括以下步骤：在浆杯中放入100份水，加入20～50份球形氧化物，加入5～8份短纤维，加入3～8份硅酸盐，加入3～8份胶乳，在30～50℃下搅拌至少2～5个小时，搅拌均匀后，即得所述耐高温柔性水泥浆用的悬浮剂。[0017]将本申请的悬浮剂加入柔性水泥浆体系中，在不同温度下，水泥浆体系的沉降稳定性能良好(固井行业中认为，水泥浆体系养护后的密度变化量小于0.03g/cm3，该体系具有优异的沉降稳定性能)。[0018]本申请的目的之三在于提供一种固井用水泥浆，所述固井用水泥浆包含所述耐高温柔性水泥浆用悬浮剂在内。其中，以固井用水泥浆中水泥用量为100重量份数计，所述耐高温柔性水泥浆用悬浮剂的用量为1.0～3.0重量份。一般以固井用水泥浆中水泥用量为100重量份数计，将不同量的本申请所述的悬浮剂加入固井水泥浆，混合均匀即可。固井水泥浆是现有技术中常用到的一些固井用水泥浆体系。[0019]具体地，所述的固井用水泥浆，以油井水泥为100重量份，可包含重量份计的以下组分：

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其中，油井水泥可为嘉华G级油井水泥，弹性粒子、降失水剂、分散剂和缓凝剂为常

用的外加剂，均由市售而得。弹性粒子可选自丁腈橡胶、硅橡胶、丁苯橡胶等中的至少一种。[0023]所述的固井用水泥浆的制备方法，可包括以下步骤：将包含油井水泥、弹性粒子、降失水剂、缓凝剂、分散剂等油井水泥外加剂、耐高温柔性水泥浆用悬浮剂在内的各组分混合均匀即得。具体可按照GB/T 19139的方法制备水泥浆。[0024]针对弹性粒子在水泥浆中的悬浮稳定差、易发生沉降的问题，本申请提供一种耐高温柔性水泥浆用悬浮剂，使得柔性水泥浆具有低粘高切的特性，即：一、水泥浆具有足够的粘度以悬浮住弹性粒子，使得弹性粒子可以均匀分散在水泥浆中，无沉淀无上浮现象；二、水泥浆的粘度不会过高，流动度良好，利于施工泵送，保证了固井施工的安全进行；三、在高温水泥浆中，具有耐温性能，悬浮剂不会失效。[0025]加入本申请所述悬浮剂后水泥浆的沉降稳定性能优良，密度差≤0.02g/cm3；无明显的弹性粒子上浮现象；加入所述悬浮剂后水泥浆的流变性在不同温度下的流变性能无明显差别。

附图说明[0026]图1为本申请实施例2的柔性水泥浆2#的稠化曲线；测试标准：GB/T 19139；测试仪器型号：千德乐稠化仪7222。[0027]图2为本申请实施例2的柔性水泥浆2#稠化结束后胶塞面；拍照设备型号：手机iphone6。[0028]图3为未加悬浮剂的3#水泥浆的稠化结束后胶塞面；拍照设备型号：手机iphone6。具体实施方式[0029]下面结合实施例，进一步说明本发明。但本发明不受这些实施例的。[0030]其中所用原料均为市售。[0031]实施例1[0032]制备耐高温柔性水泥浆用悬浮剂：在浆杯中放入100重量份水，加入30重量份粒径为100～200μm球形二氧化硅，加入6重量份尺寸为2.5mm～3.5mm的玻璃纤维，加入6重量份硅酸钠，加入6重量份苯丙胶乳，在50℃下搅拌3小时，搅拌均匀后，即得悬浮剂A。[0033]制备固井水泥浆：按GB/T19139标准制备水泥浆，称取嘉华G级油井水泥100重量份，8份的弹性粒子(丁苯橡胶)，5份的降失水剂DZJ-Y(市售)、2.0份的分散剂DZS(市售)和

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3.5份的缓凝剂DZH(市售)，混合均匀，在固井水泥浆中加入1.0份的本发明的悬浮剂A，液固比为0.44，得到柔性水泥浆1#。[0034]实施例2[0035]制备耐高温柔性水泥浆用悬浮剂：在浆杯中放入100重量份水，加入40重量份球形二氧化硅(100～200μm)，加入7重量份玻璃纤维(尺寸为2.5mm～3.5mm)，加入7重量份硅酸钠，加入7重量份苯丙橡胶，在30℃下搅拌5小时，搅拌均匀后，即得悬浮剂B。[0036]制备固井水泥浆：按GB/T19139标准制备水泥浆，称取嘉华G级油井水泥100重量份，20份的弹性粒子(丁苯橡胶)，5份的降失水剂DZJ-Y(市售)、2.0份的分散剂DZS(市售)和3.5份的缓凝剂DZH(市售)，混合均匀，在固井水泥浆中加入3.0份的本发明的悬浮剂B，液固比为0.44，得到柔性水泥浆2#。按GB/T 19139测试标准测试实施例2的柔性水泥浆2#的稠化曲线，具体请见图1，测试仪器型号：千德乐稠化仪7222。[0037]对比例1[0038]除不加本发明的悬浮剂，其他原料及步骤均与实施例2相同。[0039]制备固井水泥浆：按GB/T19139标准制备水泥浆，称取嘉华G级油井水泥100重量份，20份的弹性粒子(丁苯橡胶)，5份的降失水剂DZJ-Y(市售)、2.0份的分散剂DZS(市售)和3.5份的缓凝剂DZH(市售)，混合均匀，液固比为0.44，得到水泥浆3#。[0040]对比例2[0041]制备固井水泥浆：按GB/T19139标准制备水泥浆，称取嘉华G级油井水泥100重量份，20份的弹性粒子(丁苯橡胶)，5份的降失水剂DZJ-Y(市售)、2.0份的分散剂DZS(市售)和3.5份的缓凝剂DZH(市售)，混合均匀，在固井水泥浆中加入3.0份纤维素HPMC(常用悬浮剂)，液固比为0.44，得到水泥浆4#。[0042]按GB/T19139标准对实施例1、2及对比例1、2制备的水泥浆进行沉降稳定性能试验、稠化试验，试验结果见表1。[0043]表1柔性水泥浆性能试验结果对比表

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图1为2#水泥浆的稠化曲线，从曲线可以看出，整个稠化过程水泥浆无明显波动，流变性能在高温下仍然保持不变。

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图2为2#水泥浆的稠化结束后胶塞面，由于加入了悬浮剂，稠化结束后弹性粒子不

再浮在浆体表面，因此也不会黏在胶塞面上。[0047]图3为3#水泥浆的稠化结束后胶塞面，稠化结束后，弹性粒子黏在胶塞面上，很难清洗。[0048]由表1的“沉降稳定性能”项可以看出，加有悬浮剂的体系，水泥浆密度差≤0.02g/cm3(没有超出0.03g/cm3)说明体系在高温度下都没有分层(分层的体系，沉降稳定性能将大于0.03g/cm3)，即：高温下，体系有效的悬浮住了弹性粒子。[0049]由表1中的“流变参数”项可以看出，加有悬浮剂的水泥浆可以有效悬浮住弹性粒子；可以看出，加有悬浮剂的水泥浆粘度不会过高，不会出现施工难以泵送的现象，体系的流动度良好，易于泵送，保证了施工安全。[0050]由表1中4#水泥浆配方加入了常规悬浮剂纤维素后，水泥浆流变性较差，在高温养护后，浆体没有流动性，不能施工泵送。[0051]由此可以看出，本申请的悬浮剂，可以很好的将弹性粒子悬浮于水泥浆中，不造成沉降，保证了体系的良好的悬浮性、流变性，保证了固井施工的安全进行。

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图1

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图2

图3

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