[发明专利]一种页岩油气井耐高温弹韧性水泥浆体系

说明书

本发明公开了一种页岩油气井耐高温弹韧性水泥浆体系，属于水泥浆体系技术领域，该水泥浆体系包含以下重量份数的组分：100份水泥、2～5份增韧材料、4～10份弹性材料、3～20份增强材料、10～45份高温强度稳定剂、0～120份密度调节剂、0.5～1份分散剂、2～4份缓凝剂、3～7份降失水剂、0.1～1份消泡剂。本发明的水泥浆通过向水泥浆中加入新型弹韧性材料，让水泥石具有高强度、低弹模、低渗透等特点，改善水泥环受到冲击时的应力变形，以满足页岩油气井现场应用的要求。

技术领域

本发明属于水泥浆体系领域，具体涉及一种页岩油气井耐高温弹韧性水泥浆体系。

背景技术

页岩油气是蕴藏于页岩层可供开采的新型能源，中国探明的页岩油气可采储量较大，但长期以来由于页岩气的的开采技术不成熟，页岩油气开发程度较低，近年来，随着水平井以及大型水力压裂等技术的应用使得页岩油气具有了商业开采的价值，但其独特的开采方式易于对固井产生不利影响且对固井质量提出更高的要求。

页岩油气井由于自然产能极低，需要采用水力压裂的手段进行储层改造，达到增产的目的，但水力压裂所产生巨大的冲击力会使得水泥环产生一定的形变，水泥环质量较差时，这会导致水泥环产生裂缝，情况严重时会导致水泥环破碎，严重影响固井施工安全和固井质量。

目前国内外页岩油气井固井时通常向水泥浆中加入弹韧性材料来改善水泥环的弹韧性，如专利CN105254226A《弹性水泥浆及其制备方法》中，通过加入树脂，橡胶粉或胶乳来改善水泥石的弹性；专利CN104371678《一种膨胀韧性固井水泥浆及其制备方法》中，通过加入纤维以及膨胀剂改善水泥石的韧性。但目前弹性材料胶乳存在环境污染严重，加量大，价格贵的问题；树脂存在耐温性较差的问题；橡胶粉与水泥石基体的胶结能力差的问题。而目前韧性材料如纤维的缺点是分散性差，混拌困难，与水泥石基体胶结差且纤维自身的强度和弹性模量低，无法有效提高水泥石的抗拉强度。

发明内容

本发明的目的是提供一种页岩油气井耐高温弹韧性水泥浆体系，通过向水泥浆中加入新型弹韧性材料，让水泥石具有高强度、低弹模、低渗透等特点，改善水泥环受到冲击时的应力变形，以满足页岩油气井现场应用的要求。

为了达到上述目的，本发明提供了一种页岩油气井耐高温弹韧性水泥浆体系，该水泥浆体系包含以下重量份数的组分：100份水泥、2～5份增韧材料、4～10份弹性材料、3～20份增强材料、10～45份高温强度稳定剂、0～120份密度调节剂、0.5～1份分散剂、2～4份缓凝剂、3～7份降失水剂、0.1～1份消泡剂；所述增韧材料选自氧化铝纳米线、碳化硅纳米线和氧化锌纳米线中的任意一种，所述增韧材料的纳米线的直径为10～200纳米，具有一维结构；所述弹性材料选自改性橡胶粉，该改性橡胶粉是将200目橡胶粉经低温等离子改性制得的；所述增强材料选自超细水泥、纳米二氧化硅和液硅中的任意一种，所述高温强度稳定剂选自石英砂；所述密度调节剂为减轻剂或加重剂，所述减轻剂选自空心玻璃微珠或空心陶瓷微珠，所述加重剂选自铁矿粉或重晶石粉；所述分散剂选自酮醛缩合物分散剂；所述缓凝剂选自耐高温的AMPS类缓凝剂；所述降失水剂选自耐高温的AMPS类降失水剂；所述消泡剂选自有机硅消泡剂。

本发明的改性橡胶粉相较于未改性前橡胶粉，改性橡胶粉表面润湿性好，能够均匀分散在水泥浆中。本发明通过密度调节剂加入水泥浆，能够有效增大或者降低水泥浆密度，获得不同密度的水泥浆体系，具有密度适应性范围广的特点。

优选地，该水泥浆体系包含以下重量份数的组分：100份水泥、2～5份增韧材料、4～6份弹性材料、3～20份增强材料、10～35份高温强度稳定剂、0～90份密度调节剂、0.5～1份分散剂、2.5～3份缓凝剂、5～6份降失水剂、0.5～1份消泡剂。

优选地，所述增韧材料的纳米线的长度为1～50微米。

优选地，所述改性橡胶粉的水接触角为30.7°～31.2°。