一种油井水泥用遇水膨胀剂及其制备方法

摘要

本发明涉及油田化学及油气井固井材料领域，公开了一种油井水泥用遇水膨胀剂及其制备方法。该遇水膨胀剂由以下成分及其重量份组成：高吸水树脂10～15份；包被剂1～2份；引发剂0.01～0.03份；去离子水50～100份；制备过程中物料的加入次序为：先加入离子水，再依次加入包被剂、引发剂及高吸水树脂。本发明遇水膨胀剂既能在油井水泥浆稠化过程中发生膨胀补偿水泥石自然收缩，又可对水泥石后期的微间隙或微裂缝有修复作用；现场易混拌，膨胀效果好，能够延时膨胀，可对环空油气层进行有效封固；能够在不同井深、温度及压力下使水泥石具有良好的收缩补偿和自愈合功能。

权利要求

1.一种油井水泥用遇水膨胀剂的制备方法，其特征在于：所述油井水泥用遇水膨胀剂由以下成分及其重量份组成：高吸水树脂10～15份；包被剂1～2份；引发剂0.01～0.03份；去离子水50～100份；所述高吸水树脂为聚丙烯酸树脂；

所述聚丙烯酸树脂的粒径为150～180目；

所述包被剂为速溶型聚乙烯醇粉剂、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸粉剂中的一种；

所述速溶型聚乙烯醇粉剂、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸粉剂的粒径均为120～150目；

所述引发剂为硼酸；

该种油井水泥用遇水膨胀剂的制备方法包括以下步骤：（1）将配方量的去离子水加入至搅拌反应器中预加热至40～50℃；

（2）将配方量的包被剂加入搅拌器中搅拌均匀，形成均一性胶液；

（3）加入配方量的引发剂至搅拌器中，维持温度至40～50℃充分搅拌80～120min，使其反应完全；

（4）将配方量的高吸水树脂加入到搅拌器中，维持温度至40～50℃充分搅拌60～

80min，使反应后的包被剂将高吸水树脂充分包裹；

（5）将反应所得胶液干燥并粉碎即得所需产品。

2.根据权利要求1所述的一种油井水泥用遇水膨胀剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）粉碎后所得产品的粒径为150～180目。

说明书

一种油井水泥用遇水膨胀剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及油田化学及油气井固井材料领域，具体涉及一种油井水泥用遇水膨胀剂及其制备方法。

背景技术

[0002] 随着各大油田不断勘探开发深入，高温高压油气井及页岩气井逐渐增多，其固井施工后的固井质量要求也越来越苛刻。然而在固井作业结束后，其后续工序中的通井或开
钻往往会使水泥环形成微间隙或微裂缝，造成水泥环封固质量较差，影响后期油气的采收。
现有的水泥膨胀剂类外加剂都是在水泥浆凝固过程中发生微膨胀，用来补偿水泥石凝固过
程中的自然收缩，待水泥石凝固之后的修复却无能为力，因此需要研发一种既能满足水泥
浆在凝固过程中的膨胀需求，又可在后期水泥石发生微裂缝时在一定触发条件下有效修补
水泥石缝隙，从而使水泥环有效封隔油气层。

发明内容

[0003] 为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种油井水泥用遇水膨胀剂及其制备方法，其技术方案如下：

[0004] 一种油井水泥用遇水膨胀剂，由以下成分及其重量份组成：高吸水树脂10～15份；包被剂1～2份；引发剂0.01～0.03份；去离子水50～100份。

[0005] 所述高吸水树脂为聚丙烯酸树脂。

[0006] 所述聚丙烯酸树脂的粒径为150～180目。

[0007] 所述包被剂为速溶型聚乙烯醇粉剂、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸粉剂中的一种。

[0008] 所述速溶型聚乙烯醇粉剂、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸粉剂的粒径均为120～150目。

[0009] 所述引发剂为硼酸。

[0010] 一种油井水泥用遇水膨胀剂的制备方法，包括以下步骤：

[0011] （1）将配方量的去离子水加入至搅拌反应器中预加热至40～50℃；

[0012] （2）将配方量的包被剂加入搅拌器中搅拌均匀，形成均一性胶液；

[0013] （3）加入配方量的引发剂至搅拌器中，维持温度至40～50℃充分搅拌80～120min，使其反应完全；

[0014] （4）将配方量的高吸水树脂加入到搅拌器中，维持温度至40～50℃充分搅拌60～80min，使反应后的包被剂将高吸水树脂充分包裹；

[0015] （5）将反应所得胶液干燥并粉碎即得所需产品。

[0016] 步骤（5）粉碎后所得产品的粒径为150～180目。

[0017] 与现有技术相比，本发明主要具有以下优势：

[0018] 1.本发明遇水膨胀剂既能在油井水泥浆稠化过程中发生膨胀补偿水泥石自然收缩，又可对水泥石后期的微间隙或微裂缝有修复作用。

[0019] 2.本发明遇水膨胀剂现场易混拌，膨胀效果好，能够延时膨胀，可对环空油气层进行有效封固。

[0020] 3.本发明通过使用包被剂种类的不同和添加量的控制，可使遇水膨胀剂具有膨胀时间可调、膨胀效果可调、适应温度不同的特点，针对不同井深、温度、压力和后续作业工序
的需求，能够使水泥石具有良好的收缩补偿和自愈合功能。

[0021] 4.本发明遇水膨胀剂具有独特的膨胀机理。高吸水树脂为膨胀基础材料，包被剂在引发剂催化作用下会在高吸水树脂分子表面形成一层保护膜，包被剂种类和加量的多少
会影响保护膜的厚度、均匀度及耐温性，从而控制主材料的膨胀时间、膨胀效果和适应温
度；待水泥石遭遇碰撞或挤压形成微间隙后，保护膜遭受到破坏，高吸水树脂遇水发生膨
胀，从而补偿微间隙，起到修补微间隙的作用。

[0022] 5.本发明遇水膨胀剂制备方法简便易行，有利于大范围推广应用。

具体实施方式

[0023]  一种油井水泥用遇水膨胀剂，由以下成分及其重量份组成：高吸水树脂10～15份；包被剂1～2份；引发剂0.01～0.03份；去离子水50～100份。根据所使用包被剂种类和加
量的不同，可以制成延时膨胀、膨胀率可调及适应不同温度的产品。具体配方及其制备方法
参见以下实施例：

[0024] 实施例1

[0025] 一种油井水泥用遇水膨胀剂，由以下成分及其重量份组成：

[0026] 高吸水树脂：粒径为150～180目的聚丙烯酸树脂10份；包被剂：粒径为120～150目的速溶型聚乙烯醇粉剂1份；引发剂：硼酸0.01份；去离子水50份。

[0027] 其制备方法包括以下步骤：

[0028] （1）将50份去离子水加入至搅拌反应器中预加热至40～50℃；

[0029] （2）将1份速溶型聚乙烯醇粉剂加入搅拌器中搅拌均匀，形成均一性胶液；

[0030] （3）加入0.01份硼酸至搅拌器中，维持温度至40～50℃充分搅拌80～120min，使其反应完全；

[0031] （4）将10份聚丙烯酸树脂加入到搅拌器中，维持温度至40～50℃充分搅拌60～80min，使反应后的包被剂将高吸水树脂充分包裹；

[0032] （5）将反应所得胶液干燥并粉碎至粒径150～180目即得所需产品。

[0033] 实施例2

[0034] 一种油井水泥用遇水膨胀剂，由以下成分及其重量份组成：

[0035] 高吸水树脂：粒径为150～180目的聚丙烯酸树脂10份；包被剂：粒径为120～150目的2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸粉剂1份；引发剂：硼酸0.01份；去离子水50份。

[0036] 其制备方法包括以下步骤：

[0037] （1）将50份去离子水加入至搅拌反应器中预加热至40～50℃；

[0038] （2）将1份2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸粉剂加入搅拌器中搅拌均匀，形成均一性胶液；

[0039] （3）加入0.01份硼酸至搅拌器中，维持温度至40～50℃充分搅拌80～120min，使其反应完全；

[0040] （4）将10份聚丙烯酸树脂加入到搅拌器中，维持温度至40～50℃充分搅拌60～80min，使反应后的包被剂将高吸水树脂充分包裹；

[0041] （5）将反应所得胶液干燥并粉碎至粒径150～180目即得所需产品。

[0042] 实施例3

[0043] 一种油井水泥用遇水膨胀剂，由以下成分及其重量份组成：

[0044] 高吸水树脂：粒径为150～180目的聚丙烯酸树脂15份；包被剂：粒径为120～150目的速溶型聚乙烯醇粉剂2份；引发剂：硼酸0.03份；去离子水100份。

[0045] 其制备方法包括以下步骤：

[0046] （1）将100份去离子水加入至搅拌反应器中预加热至40～50℃；

[0047] （2）将2份速溶型聚乙烯醇粉剂加入搅拌器中搅拌均匀，形成均一性胶液；

[0048] （3）加入0.03份硼酸至搅拌器中，维持温度至40～50℃充分搅拌80～120min，使其反应完全；

[0049] （4）将15份聚丙烯酸树脂加入到搅拌器中，维持温度至40～50℃充分搅拌60～80min，使反应后的包被剂将高吸水树脂充分包裹；

[0050] （5）将反应所得胶液干燥并粉碎至粒径150～180目即得所需产品。

[0051] 根据GB/T 13139‑2012 油井水泥试验方法所述将实施例1、实施例2、实施例3分别按同比例加入量制备水泥浆和未加入以上材料的水泥浆（对比例1）进行对比，如表1所示：

[0052] 表1 实施例与对比例的水泥石膨胀情况

[0053]

[0054] 其中水泥浆体系配方：G级油井水泥+1.5%SGJS‑S油井水泥降失水剂+1.0%SGJZ‑1油井水泥减阻剂+2.0%SGZR‑1油井水泥增韧剂+1.5%实施例+44%纯净水；配方中所述百分比
均为所加外加剂占油井水泥的质量百分比。

[0055] 从表1中可以看出，本发明实施例（实验序号1、2、3）所述浆体相对于对比例1（实验序号4）在相同实验条件下具有明显的水泥收缩补偿特性；根据加入包被剂类型的不同和加
量的不同（实验序号1、5、6），可分别满足不同温度、不同压力条件下的性能需求；根据24h和
72h水泥石的膨胀情况，显示其能够使水泥石具有良好的收缩补偿和自愈合功能。