[发明专利]油井水泥减轻剂及其制备和应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油勘探领域，具体涉及一种深井低压易漏层固井用的油井水泥减轻剂及其制备和应用方法。

背景技术

川东北地区的油气勘探开发主要集中在普光、河坝、毛坝、清溪和元坝等区块，并相继发现了普光、毛坝、清溪等大型海相油气田。这些以白云岩、灰岩为主的海相地层的地质条件复杂，构造受力强烈，断层多，纵向气层达十多个，纵向压力体系不一致形成多压力系统，同一口井易出现塌、漏、涌、卡等异常情况。固井过程中往往都面临着高压气层，并伴随着严重的水泥浆漏失、水泥浆返高达不到设计要求的问题，以致固井质量难以保证，因此固井时应尽量降低水泥浆密度，并保证低密度水泥浆的高承压性能。目前国内外常用的水泥浆减轻剂主要有美国3M微珠、粉煤灰、漂珠等。

美国3M微珠承压能力高，但是价格昂贵，在国内不易加工制作；粉煤灰、漂珠的价格低廉，但是承压能力有限，降低水泥浆密度能力有限。因此，国内很多厂家研制开发了不同的减轻剂。但是据专利、文献报道，目前市售的有效减轻剂只能将油井水泥浆的密度降低至1.2g/cm³，并且1.2g/cm³密度的水泥浆体系不稳定，沉降稳定性能差。

CN200710120029.3“低温低密度固井水泥浆”介绍了一种低密度固井水泥浆的配方，但是未给出减轻剂的具体成分以及减轻剂的制作方法。

CN200910131051.7“一种制备空心陶瓷微珠的方法与装置”介绍了制作微珠的方法。但是其制作出的微珠成珠率低、微珠在水泥浆中的承压能力有限。

CN200910228925.0“软模板法制备的空心玻璃微珠及其制备方法”介绍了用软模板法制备的空心玻璃微珠，但是该微珠无法将水泥浆的密度由1.9g/cm³降至1.1g/cm³。

CN200810138749.7介绍了一种空心玻璃微珠的制备方法，该方法包括：配料，溶化，水碎，烘干，粉碎，分级，空心球化，收集，风选。该方法主要有三方面缺点：

1、该方法利用粉碎玻璃后分选的方法控制粒径，因此其不能精确地控制空心微珠产品的粒径；

2、该方法是利用熔融玻璃粉末充气的方法得到空心球，这样不能较好的控制空心度和壁厚，因此空心微珠产品的强度不会特别高；

3、该方法采用两次高温熔融加热和两次分选的方法，这样既繁琐又浪费能量。

发明内容

为解决固井水泥浆减轻剂制备现有技术中存在的制作工艺复杂、能耗大、微珠承压能力低的问题，以及现有减轻剂不能有效降低水泥浆密度的问题。本发明针对固井施工过程中面临的高压易漏地层，开发出一种高承压的油井水泥减轻剂及其制备以及应用方法。

本发明的目的在于提供一种制备油井水泥减轻剂的方法，该方法制备的减轻剂承压能力高、破碎率低，粒径可控；本发明的另一目的在于提供减轻剂在油井水泥中的应用方法，该减轻剂可以有效降低水泥浆的密度，并且能实现低密度水泥浆的高承压性能。

本发明所述的油井水泥减轻剂制作工艺简易可行，减轻剂的承压能力高，破碎率低，并能有效的降低水泥浆的密度，满足井下水泥浆的高承压要求，为勘探开发和安全生产提供保障。

本发明提供了一种油井水泥减轻剂，以100重量份水为基准，各组分的所占分数如下：

所述的水为生活用水；

所述的纳米氧化物粉末为纳米二氧化硅、纳米氧化铝或纳米氧化钙中的一种或几种的混合物，优选纳米二氧化硅，更优选粒径范围为100-300nm的纳米二氧化硅，可经市售而得；

所述的微米级二氧化硅的粒径范围为0.1-0.25μm，可经过市售而得；

甲基硅醇钠可以促进微珠在水泥石孔隙中分散，可经过市售而得；硅酸钠、乳胶可以将纳米二氧化硅、微硅粉较好的粘结在一起，均可经过市售而得。

本发明还提供了一种上述减轻剂的制备方法，包括如下步骤：

a)按所述含量称取纳米氧化物、微米级二氧化硅在球磨机粉碎混合；

b)将步骤a)制得的混合物和所述的水、甲基硅醇钠、硅酸钠、胶乳按所述含量放入搅拌机中均匀混拌至少2个小时，得到浆液；

c)将上述浆液通过离心喷雾设备及100-280℃高温干燥得到减轻剂的前驱体；

d)将步骤c)制得的前躯体进行高温烧结，烧结温度范围控制在3000-8000℃，得到样品；

e)将步骤d)得到的样品用酒精浮选，取沉在酒精底部的样品；