[发明专利]水泥浆组合物、固井用水泥浆及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种水泥浆组合物、包括所述水泥浆组合物的固井水泥浆体系及其制备方法。所述水泥浆组合物包括水泥、抗高温弹性材料、抗高温降失水剂、抗高温无机防窜乳液、高温强度稳定剂、加重剂和水。使用该水泥浆体系在高温高压环境以及后期的大型压裂施工过程中形成的水泥环具有较好的弹性性能并且具有良好的抗压强度，可以长久地保持自身完整性，有效地保证了层间密封，降低了页岩气井环空带压风险。

技术领域

本发明属于页岩气固井领域，具体涉及一种水泥浆组合物，一种包括所述水泥浆组合物的固井用水泥浆及其制备方法与应用。

背景技术

射孔完井时水泥环受到较大的冲击荷载，为了稳产、增产，各油田都相继进行注水、压裂、酸化等增产措施，不同的作业过程必然会引起井下套管和水泥环受力状态的改变。常规油井水泥浆体系形成的水泥石是脆性材料，形变能力较差，韧性低，容易导致水泥环受损，在油井后期生产或作业过程出现裂纹或者微环隙，从而使得水泥环失去密封能力，影响后期生产。同时生产过程中井下温度压力的变化也会引起水泥环盈利状态的变化，因常规水泥石的缺点易导致水泥环受损而产生裂纹及其进一步的扩展，造成地下油气水层之间的窜流和套管的腐蚀破坏，严重时导致油气井报废。现有弹韧性水泥浆体系能够有效改善水泥石脆性特性，有效降低水泥石的弹性模量，同时水泥石的抗压强度损失较大。弹性模量和抗压强度二者矛盾关系，使得水泥环的弹性模量不能达到最佳状态。因此，本领域急需开发一种具有较高韧性同时强度不会大幅降低的新型的弹韧性固井水泥浆体系。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，在保证水泥浆体系基本性能满足要求的前提下，本发明在水泥浆中添加一种新型弹性材料，提供一种弹韧性水泥浆体系，并使相应的水泥石具有较低的弹性模量和足够的抗压强度，满足页岩气固井施工要求，在后期大型压裂施工过程中，水泥环保持完整性，保证页岩气层间封固能力。

本发明一方面提供了一种水泥浆组合物，所述水泥浆组合物包括水泥、抗高温弹性材料、抗高温降失水剂、抗高温无机防窜乳液、高温强度稳定剂、加重剂和水。

根据本发明的一些实施方式，所述水泥浆组合物还包括分散剂、浆体调节剂和缓凝剂。

根据本发明的一些实施方式，以水泥的质量计，所述抗高温弹性材料为 3-10wt％，优选为4-8wt％，例如4％、5％、6％、7％和8％以及它们之间的任意值。

根据本发明的一些实施方式，以水泥的质量计，所述抗高温降失水剂为 4-8wt％，优选为4-6wt％，例如4％、4.5％、5％、5.5％和6％以及它们之间的任意值。

根据本发明的一些实施方式，以水泥的质量计，所述抗高温无机防窜乳液为 5-10wt％，例如5％、6％、7％、8％、9％和10％以及它们之间的任意值。

根据本发明的一些实施方式，以水泥的质量计，所述高温强度稳定剂为 30-60wt％，例如30％、40％、50％和60％以及它们之间的任意值。

根据本发明的一些实施方式，以水泥的质量计，所述加重剂为60-90wt％，例如60％、70％、78％、80％、85％和90％以及它们之间的任意值。

根据本发明的一些实施方式，以水泥的质量计，所述水为55-59wt％，例如 55％、56％、57％、58％和59％以及它们之间的任意值。

根据本发明的一些实施方式，以水泥的质量计，所述分散剂为0.8-1wt％，例如0.8％、0.85％、0.9％、0.95％和1.0％以及它们之间的任意值。

根据本发明的一些实施方式，以水泥的质量计，所述浆体调节剂0.8-1wt％，例如0.8％、0.85％、0.9％、0.95％和1.0％以及它们之间的任意值。

根据本发明的一些实施方式，以水泥的质量计，所述缓凝剂为1-2wt％，例如1.0％、1.2％、1.5％和2.0％以及它们之间的任意值。