[发明专利]无机有机互穿网络油井水泥防窜剂、制备方法及水泥浆

说明书

本发明公开了一种无机有机互穿网络油井水泥防窜剂、制备方法及水泥浆，属于油井水泥外加剂领域。所述防窜剂采用无机SiO₂溶胶和有机高分子聚合物为原料制成，其质量比为0.2～0.4∶1；其中，所述有机高分子聚合物为水溶性聚合物。制备方法为：将有机高分子聚合物溶于水，形成浓度为6％‑8％的聚合物溶液；将所述聚合物溶液加热至50‑60℃，调节pH值为1.5‑2.0，加入引发剂，搅拌中加入无机SiO₂溶胶，保温反应；反应结束后降至室温，调节pH至中性，形成所述无机有机互穿网络油井水泥防窜剂。该防窜剂可提高固井水泥浆防窜能力，防止固井施工过程中窜流发生，适用温度范围广。

技术领域

本发明涉及油井水泥外加剂领域，特别涉及一种无机有机互穿网络油井水泥防窜剂、制备方法及水泥浆。

背景技术

在油气井注水泥作业和其它地下注水泥作业中通常要求通过地面泵送设备将含有水泥、水和外加剂的水泥浆注入地下预定的地层中，以封固地层和套管之间的环空。典型的水泥浆被泵进套管内并且通过套管和地层之间的空隙上返到环空。水泥浆在环空中凝固，形成一个坚硬的水泥环柱，这个水泥环柱能与地层、与套管之间形成胶结，即固井。为达到令人满意的固井作业，实现一个高强度的胶结以防止流体沿着水泥环柱或在其内部窜通是必要的，窜通的后果是污染产层或使资源流失。在钻井和完井过程中，流体窜流现象已经严重影响到了石油的生产，如何控制并减少流体窜流对钻完井工艺的危害已经成为了石油工业普遍关注的课题。目前，结合国内固井工艺，通过改变水泥浆体系来控制流体窜流是最方便且行之有效的方法，尤其是利用防窜水泥浆。

流体窜流现象是在水泥浆固化到一定程度的可塑性阶段发生的，水泥浆不能产生静压，也不能传递压力，又还没有充分固化到足以防止窜流所达到的抗压强度，因此，气体或液体便从局部硬化的水泥中窜过。大量的生产实践及研究表明，造成油、气、水窜的一个主要原因，在于水泥浆凝结过程中，其液柱压力不断降低(即水泥浆失重)。当作用于井筒内的浆柱(泥浆和水泥浆)压力降到低于油、气、水层压力的时刻，油、气、水就会侵入环形空间，造成油、气、水的窜流。

目前，国内常用的油井防窜剂有泡沫水泥、触变剂、胶乳、膨胀剂、不渗透水泥等，但这些都存在一定的局限性和缺点。泡沫水泥浆体系、膨胀水泥浆体系大部分只能用于中低温固井，很少用于高温高压油气井，而且泡沫水泥浆体系施工过程较复杂，给现场施工带来了一定困难。触变剂具有一定的防气窜作用，但是施工危险性比较大，中途一旦停泵，就有可能造成憋泵或灌“香肠”事故。胶乳由于污染环境，使用受到限制。

因此从目前国内外常用的防窜水泥浆固井技术和国外各大油服公司的防气窜新技术看，国内外对于防气窜的研究越来越倾向于新型的智能型材料及高分子类聚合物材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种无机有机互穿网络油井水泥防窜剂，该防窜剂可提高水泥浆的防窜能力，防止窜流的发生，适应温度范围广。

本发明的目的还在于提供上述防窜剂的制备方法。

一方面，为实现上述目的，本发明提供了一种无机有机互穿网络油井水泥防窜剂，所述防窜剂采用无机SiO₂溶胶和有机高分子聚合物为原料制成，所述有机高分子聚合物与无机SiO₂溶胶的质量比为1∶0.2～0.4；其中，所述有机高分子聚合物为水溶性聚合物。

进一步地，所述有机高分子聚合物为聚乙烯醇或聚丙烯酰胺中任意一种。

进一步地，所述聚乙烯醇的聚合度为1700-1800，醇解度为88％或99％。

进一步地，所述聚丙烯酰胺为阴离子型，相对分子质量在20-40万之间。

进一步地，所述无机SiO₂溶胶中胶粒粒径为10-40nm，和/或SiO₂溶胶固含量为20％-30％。