[发明专利]一种高抗压强度、低杨氏模量固井韧性水泥组合物

说明书

本发明提供了一种高抗压强度、低杨氏模量固井韧性水泥组合物。以重量份计，该韧性水泥组合物的成分包括：水泥100份、增韧剂3～10份、降失水剂3～5份、缓凝剂0.05～0.1份、分散剂0.1～0.5份、消泡剂0.1～0.2份以及水30～50份。该韧性水泥组合物可以依据API10A规范配制得到。本发明提供的韧性水泥组合物具有较高抗压强度的同时还具有较低的杨氏模量，即具有较高韧性系数(抗压强度/杨氏模量)，可有效改善井筒的长期密封完整性。

技术领域

本发明属于油田固井水泥技术领域，具体涉及一种高抗压强度、低杨氏模量固井韧性水泥组合物。

背景技术

近年来，随着国内天然气井钻井数量增多、开采时间延长、储气库建设速度加快，以及页岩气、致密气开发力度不断加大，“水平井+体积压裂”经济高效开发模式得到推广，井筒密封完整性及固井长期封固质量日益受到重视。为了延长固井水泥环的使用寿命，提高固井质量，必须对水泥石的力学性能进行优化设计。

抗压强度与杨氏模量是检验水泥石力学性能的两个关键指标。抗压强度是衡量水泥石在外力作用下抵抗破坏(永久变形和断裂)的能力，其值越大，水泥石的抗破坏能力越强；杨氏模量是衡量水泥石抵抗弹性变形能力大小的尺度，可视为衡量水泥石韧性大小的一个重要指标，其值越大，水泥石的韧性越小。

当前，提高油井水泥石的韧性及形变能力的常用方法为在油井水泥浆中掺入弹性材料、胶乳及纤维等材料。然而，这些措施的增韧效果有限，常以牺牲水泥石的抗压强度来达到增韧目的，即获得了低杨氏模量低抗压强度的水泥石。因此，亟需开发高抗压强度、低杨氏模量固井韧性水泥组合物，以满足井筒密封完整性及固井长期封固质量。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高抗压强度、低杨氏模量固井韧性水泥组合物。该韧性水泥组合物具有较高抗压强度的同时还具有较低的杨氏模量，即具有较高韧性系数(抗压强度/杨氏模量)，可有效改善井筒的长期密封完整性。

为达到上述目的，本发明提供了一种高抗压强度、低杨氏模量固井韧性水泥组合物，以重量份计，其成分包括：水泥100份、增韧剂3～10份、降失水剂3～5份、缓凝剂0.05～0.1份、分散剂0.1～0.5份、消泡剂0.1～0.2份以及水30～50份。

在上述韧性水泥组合物中，所采用的水泥为G级油井水泥。

在上述韧性水泥组合物中，所采用的水为淡水。

在上述韧性水泥组合物中，优选地，所述增韧剂为含有晶须材料的增韧剂，具体地，所述晶须材料可以包括钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、硫酸镁晶须、碳化硅晶须以及硼酸镁晶须等中的一种或几种的组合。

根据本发明的具体实施方式，更优选地，在上述韧性水泥组合物中，以重量份计，所述增韧剂的原料组成包括：20～60份晶须材料、5～10份表面活性剂、5～10份硅烷偶联剂、1～5份消泡剂、10～25份稳定剂、100份水以及250～1000份无水乙醇。

在上述的增韧剂中，优选地，所述晶须材料的长度为10-500μm，直径为0.1-10μm，长径比为1-5000。

在上述的增韧剂中，优选地，所述表面活性剂包括苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚、十二烷基磺酸钠以及脂肪酸聚氧乙烯醚等中的一种或几种的组合。

在上述的增韧剂中，优选地，所述硅烷偶联剂包括KH-550和/或KH-560等。

在上述的增韧剂中，优选地，所述消泡剂包括磷酸三丁酯等。

在上述的增韧剂中，优选地，所述稳定剂包括超细矿渣、白炭黑、微硅粉、硅灰石粉、纳米二氧化硅以及黄原胶等中的一种或几种的组合。

在上述的增韧剂中，优选地，所述水为蒸馏水。