[发明专利]一种适用于页岩气固井的高密度水泥浆及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于页岩气固井的高密度水泥浆及其制备方法，属于石油化工领域。

背景技术

页岩气是主体上以吸附或游离状态存在于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气，与常规储层气藏不同，页岩既是天然气生成的源岩，也是聚集和保存天然气的储层和盖层。其总孔隙度一般小于10％，而含气的有效孔隙度一般不及总孔隙度的一半。页岩储集层具有低孔、特低渗致密的物性特征，开采难度相对较大。往往需要采用大型分段压裂，这样对水泥石的标准要求更加严格。

目前，页岩气固井主要面临三个问题：1、水泥石力学性能难以满足要求，页岩气井一般都需要进行大型分段压裂，这就要求水泥石需具有高强的弹韧性及耐久性；2、第二界面封固质量难以保证，由于页岩气井采用油基钻井液，地层处于油润湿的环境中，油基钻井液黏度高、附着力强，常规水基前置液对其清洗和驱替效果差；3、水平段套管居中度差，影响顶替效率。

公开号为201110093230.3的发明专利公开了一种抗高温、抗盐超高密度固井水泥浆，但是其中未加入弹塑剂、消泡剂和填充剂，与该专利相比，本专利中弹塑剂的加入不仅对水泥浆稳定性、稠化时间等无负面影响，而且能增强浆体结构和触变性，提高浆体沉降稳定性，同时还有助于改善水泥石力学性能，提高水泥石抗折强度和抗冲击强度，降低水泥石弹性模量，增强抵抗外载荷冲击的能力，为油井后期生产保驾护航。国外页岩气固井的经验表明，页岩气固井水泥环应具有较高的抗压强度，较高的泊松比，较低的弹性模量，这样水泥环才能有效抵抗射孔弹高能聚流的冲击，以及后期分段压裂带来的冲击载荷，保持水泥环的完整性，同时页岩含泥质较多，产层易垮塌破碎，并且存在天然裂缝，安全密度窗口窄，固井施工中易发生漏失，因此研究具备特殊性能的水泥浆体系，对页岩气开采具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种提高水泥石的抗折强度和抗冲击强度，降低水泥石的弹性模量，保证页岩气层间封固能力良好，适用于油气开发中页岩气固井的高密度水泥浆。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种适用于页岩气固井的高密度水泥浆，含有以下重量份的原料：水泥100份，淡水44～57份，加重剂15～120份，加重稳定剂0～30份，高温强度稳定剂30～40份，弹塑剂3～5份，降失水剂4～7份，缓凝剂1～2.5份，分散剂0.5～2.5份。

所述的加重剂为铁矿粉，铁矿粉为120～180目；所述的加重稳定剂为锰矿粉，锰矿粉粒径为300～600目；所述的高温强度稳定剂为活性硅粉，活性硅粉的粒径为80～200目；所述的缓凝剂为丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物；所述的分散剂为醛酮缩合物或萘系分散剂；所述的弹塑剂以膨化处理的橡胶粉为主料，短纤维及云母片为增韧材料制成。

所述的降失水剂为AMPS共聚物，降失水剂由以下重量份的原料制备而成：35～40份的水，20～60份的AMPS，12～33份的丙烯酸，8～19份的N，N-二甲基丙烯酰胺。

一种适用于页岩气固井的高密度水泥浆，还含有0.2～0.5份的消泡剂，所述的消泡剂为聚醚类消泡剂。

一种适用于页岩气固井的高密度水泥浆，还含有10～15份的填充剂，所述的填充剂为超细水泥，超细水泥的粒径为300～600目。

一种适用于页岩气固井的高密度水泥浆的制备方法，包含以下步骤：称取水泥100份，淡水44～57份，加重剂15～120份，加重稳定剂0～30份，高温强度稳定剂30～40份，填充剂10～15份，弹塑剂3～5份，弹塑剂用等离子体表面处理仪对其进行表面处理，表面处理参数为，功率150～220W，处理时间30s，工作气体为空气，真空度为8～12Pa，降失水剂4～7份，缓凝剂1～2.5份，分散剂0.5～2.5份，消泡剂0.2～0.5份；然后将上述成分混合、搅拌，即制备得到所述适用于页岩气固井的高密度水泥浆。