[发明专利]一种油气井固井用超高温弹韧剂及其组成与应用

说明书

本发明涉及一种油井固井用超高温弹韧剂及其组成，该超高温弹韧剂包括以下按重量比共混而成的组分：60％～90％聚四氟乙烯胶粉、5％～20％玄武岩纤维、5％～20％纳米氧化铝纤维。本发明的超高温弹韧剂使用温度能够达到265℃，当其加量为油井水泥干粉质量2.5％～5％时，能够显著降低水泥石弹性模量，并增强水泥石抗压强度，明显提高水泥石的抗冲击性能，可有效解决了超高温油气井固井水泥石硬脆性明显、抗应变能力差、水泥石易破坏等问题，有利于保障超高温油气井井筒完整性。

技术领域

本发明涉及油气井固井水泥增韧剂技术领域，尤其涉及一种油气井固井用超高温弹韧剂，属于油气井固井技术领域。

背景技术

随着中国经济的快速发展，石油的供需矛盾越来越严重，除了积极开拓国外石油资源市场，加快深部地层石油天然气资源勘探开发是解决问题的一个重要措施。随着勘探开发的进一步深入，地下岩层结构和温度压力的不断增加，对固井质量和后期井筒完整性提出了极大挑战。

目前所常用的油井水泥为一种波特兰水泥，其主要成分为硅酸钙和铝酸钙类的矿物。油井水泥在高温条件下(温度超过110℃)会发生强度下降和渗透率急剧增大的现象。目前防止水泥石高温强度衰退的最普遍的方法为向水泥中掺加30～40％的石英砂或石英粉，通过降低油井水泥中CaO与SiO₂(C/S)的摩尔比(钙硅比)，来改善水泥的水化产物并形成更加致密的结构。但是石英砂的加入会明显提升水泥石的弹性模量，硬脆性明显。高温高压井水泥石所处工况复杂，不仅受作业管柱的机械冲击作用，而且还要承受后期增产作业和套管试压引起的高压、温度变化和腐蚀。在复杂应力作用下，脆性水泥环整体完整性会遭到破坏，导致后期层间密封性能失效，无法保障油气井安全生产，造成巨大的经济损失。因此研发耐高温高韧性水泥浆体系具有十分重要的意义。

中国专利文件CN105505350A公开了一种基于温敏形状记忆聚合物的弹韧性固井水泥浆体系，原料组分及重量含量如下：水泥100重量份；温敏形状记忆聚合物粉末弹性粒子材料1～5重量份；温敏形状记忆聚合物纤维0.1～0.5重量份；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/丙烯酸/丙烯酰胺三元聚合物降失水剂3～6重量份；醛酮缩合聚合物分散剂0.5～1.5重量份；长度3～5mm的聚丙烯纤维0.1～0.5重量份；微硅0～5重量份；磷酸三丁酯0.05～0.1重量份；缓凝剂0.01～1.5重量份，水37～44重量份；所述温敏形状记忆聚合物为：聚降冰片烯、反式1,4-聚异戊二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、聚氨酯、交联聚乙烯、聚乙烯醇缩醛凝胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚己内酯、聚酰胺或聚氟代烯烃；温敏形状记忆聚合物形状记忆转变温度在50～80℃之间；该体系能显著降低水泥石弹性模量，增强水泥石抗折强度，使得水泥环具有较高的抗冲击性和韧性。但是该发明所制得的水泥浆在高温条件下的性能还有待研究。

中国专利文件CN107699216A公开了一种储气库井用韧性水泥浆，解决了现有橡胶颗粒增韧水泥浆不耐高温的问题。其组分中包括：油井水泥、水泥外加剂及水，其特征在于：所述组分中还包括熔结的环氧树脂粉末。该体系最高耐150℃高温。

中国专利文件CN107434375A公开了一种油气井固井用增强型高密度韧性防窜水泥浆，以100％水泥的重量为基准，由如下重量百分比的组分构成：硅砂22.5％～24％，铁矿粉66％～117.5％，增强剂8.9％～11.9％，柔性防窜剂10％～12.5％，增韧剂1％～1.25％，分散剂2％～2.5％，降滤失剂5.6％～7.1％，缓凝剂2％～2.5％，消泡剂0.2％～0.25％，水54.2％～64％。该发明提供的水泥浆耐温达到120℃。

中国专利文件CN105154041A公开了一种油井水泥增韧剂，包括如下质量份数的组分：15～50份抗温橡胶材料、0～20份表面改性纤维、10～20份稳定剂、10～50份流变性调节剂。该增韧剂耐温达到180℃，在降低弹性模量的同时，抗压强度也会略有下降。