[发明专利]增塑剂及其制备方法和包括该增塑剂的水泥浆

说明书

本发明涉及一种用于固井水泥浆的增塑剂，其特征在于，所述增塑剂包括由作为壳的高分子聚合物包裹作为核的刚性颗粒构成的复合颗粒。本发明还涉及该增塑剂的制备方法，以及包括该增塑剂的水泥浆。

技术领域

本发明涉及一种添加剂，尤其涉及一种工业添加剂。本发明还涉及该添加剂的制备方法，以及包括其的水泥浆。

背景技术

水泥石是构成井内水泥环的主要材料，具有保护套管的功能，但常规水泥石是一种脆性材料。井下水泥环受射孔弹高能聚流的作用，在瞬间承受3-4Gpa的冲击压力，其应力波在水泥环局部形成拉伸的高应力区，当水泥环的径向拉应力超过其极限时，水泥环会破裂形成宏观裂纹。为了稳产、增产，各油田都相继进行注水、压裂、酸化、补孔、提高生产压差等井下工程作业，不同的作业过程必然引起井下套管受力状态发生不同的变化。采油后期的所有这些措施使水泥环裂纹进一步延伸，甚至会使水泥环的封隔作用失效，造成地下油气水层之间的窜流和套管的腐蚀破坏，严重时造成油井报废。

为了提高水泥石的弹性和胶结性能，人们常采用在水泥石的配比中添加增韧材料，目前常用的韧性材料有纤维、乳胶、橡胶颗粒及有机树脂类等物质，但乳胶及有机树脂类物质因价格高而限制了它们的使用。因此，本领域亟需一种新的性能良好的适用于固井水泥浆的增塑剂。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的发明人经过大量实验，发明了一种全新的用于固井水泥浆的增塑剂，其具有良好的增塑性能。

本发明的一个目的在于，提供一种用于固井水泥浆的增塑剂，其特征在于，所述增塑剂包括由作为壳的高分子聚合物包裹作为核的刚性颗粒构成的复合颗粒。本发明的发明人出乎意料地发现，本发明的增塑剂不仅能提高由其制得的水泥浆中水泥石的抗折强度和抗冲击强度；而且降低了水泥石的弹性模量，在高温高压下，由脆性形变转化成塑性形变，保证了后期的开采，延长了油气井的使用寿命。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述高分子聚合物为丁苯乳液，所述刚性颗粒为硅灰石。

本发明的方案选择以刚性颗粒和高分子聚合物制备复合颗粒，减少了乳胶及有机树脂类物质的用量，以刚性颗粒为核可以维持水泥较高的强度，包覆高分子聚合物可以提高水泥的韧性。再对优选的高分子聚合物的表面进行处理(例如，用表面活性剂进行处理)，改善与水泥的结合性。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述高分子聚合物与刚性颗粒的质量比为1-5：50。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述复合颗粒的粒径为300-400μm。具有该优选粒径的复合颗粒加入水泥浆后不会影响水泥浆的流变性能，形成的水泥浆石在降低水泥石弹性模量的同时不会损失水泥石的抗压强度。

本发明的另一个目的在于，提供制备上述的增塑剂的方法，所述方法为通过喷雾干燥和乳液聚合技术将作为壳的高分子聚合物均匀包覆在作为核的刚性颗粒表面上，优选还用表面活性剂对作为壳的高分子聚合物表面进行处理。通过喷雾干燥及乳液聚合技术，实现高分子聚合物在硅灰石表面的均匀包覆，防止颗粒漂浮的同时保证必须的强度与韧性。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述方法包括如下步骤：

1)将100质量份刚性颗粒、优选硅灰石加入含有0.5-1.0质量份表面活性剂的200-300质量份水溶液中，制得刚性颗粒悬浮液、优选硅灰石悬浮液；

2)将步骤1)制得的刚性颗粒悬浮液、优选硅灰石悬浮液与2-10质量份高分子聚合物、优选丁苯胶乳混合；

3)将步骤2)得到的混合液通过喷雾干燥机(例如压力式喷雾干燥机)进行喷雾干燥，收集得到所述增塑剂。