本发明专利技术公开了一种改性天然岩沥青增韧剂及其增韧的油井水泥浆体系，该增韧剂通过如下方法制备：将2-10克天然岩沥青粉末放在干燥的样品板上，放入低温等离子体处理仪腔体内，打开真空泵，待腔体内真空度达到10Pa以下时，通入氧气，设置氧气流量为30-50cm3/min，调节高频电源功率为80-120w，60-300s后即得改性天然岩沥青增韧剂。该油井水泥浆体系由油井水泥、改性天然岩沥青增韧剂、分散剂、降失水剂、缓凝剂、悬浮稳定剂、消泡剂与水组成。本发明专利技术所述增韧剂软化点高达120℃，能在中深井环境中使用，将其作为增韧剂的油井水泥浆体系，综合力学性能良好，既能满足固井所需的各项工程性能指标，又能改善水泥石固有脆性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种低温等离子体改性的天然岩沥青增韧剂，以及该改性天然岩沥青 增韧的油井水泥浆体系。
技术介绍
固井工程是钻井后下入套管，并在套管与井壁的环空中注入水泥浆，将泥浆自下 而上地置换出来，同时固结井壁筒的作业。水泥浆与地层和套管形成良好胶结，并形成均一 完整的水泥环，能够固定套管、加固井壁、有效封隔油气层，具有良好的层间封隔能力，是油 气正常开采的有力保障。 固井作业中注入的水泥浆体硬化后形成的水泥石是一种多相多晶非均质的复合 材料体系，其键合类型主要以离子键和共价键为主，体系的可活动滑移系较少，在外力作用 下水泥石不能产生塑性变形，表现为脆性断裂。注水泥所形成的水泥石本身就是带有大量 微裂纹和孔隙缺陷的脆性材料，随着应力的增加容易引起缺陷的发展。油井开采过程中的 套管试压，大规模强化开采措施，如射孔、酸化、压裂等后期作业均会对水泥环带来严重的 应力冲击，根据断裂力学理论，随着应力水平的发展，一旦断裂强度因子大于材料的断裂韧 性时，裂纹将迅速扩展，导致突发性脆性开裂，造成油、气、水薄夹层段间窜槽，使水泥环失 去层间封固能力。所以提高水泥环的形变能力，使其在整个油气井正常生产寿命期保持完 整性，对提高固井质量，满足油气井长期安全开采的生产要求意义重大。 目前，国内外学者多借鉴陶瓷增韧的机理和方法，采用掺入各种外掺料的方式来 降低固井水泥石的脆性，提高其抗形变能力。也有学者曾采用乳化沥青、磺化沥青等来增韧 油井水泥石（张春梅，张虎，尹强.改性沥青粉对油井水泥浆体系的影响研究.钻井液与 完井液，2014, 31 (5) :75-77)。研究发现，沥青能明显地提高油井水泥石的抗拉强度和抗形 变变形的能力，在固井工程中极具应用前景。由于井底高温高压的特殊环境和固井水泥浆 体系性能的要求，使得沥青的软化点和亲水性成为了衡量沥青能否在固井中应用的重要指 标。要使沥青增韧油井水泥浆体系达到大规模的工程化应用，还需重点解决以下两方面的 问题：一是满足井底环境的要求，选择的沥青材料的软化点要高，能满足中深井或深井的使 用要求；二是水泥浆体的稳定性问题，解决沥青与水泥浆体的相容性和分散性问题。 针对以上问题，本专利技术采用天然岩沥青作为固井水泥石的增韧剂。天然岩沥青 是石油在自然界长期受地壳的挤压，从地壳中冒出来，存在于山体和岩石裂缝中，在热、压 力、氧化、触媒、细菌等的综合作用下，经过长达亿万年的蒸发凝固而形成的以天然形态存 在的沥青类物质。同人工炼制的沥青相比，天然岩沥青的优点是性质稳定，软化点高，可达 120-200°C，能满足中深井和深井的使用的要求。但是天然岩沥青表面是亲油的，与油井水 泥浆体系相容性差，因此本专利技术采用低温等离子体技术对其进行表面改性，改善岩沥青表 面的浸润性，提高其与水泥浆体的相容性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种改性天然岩沥青增韧剂，该增韧剂软化点高达120°C， 能在中深井环境中使用，其制备方法具有高效、低温、低能耗、环保、不破坏材料本体性能等 优点，应用前景广阔。 本专利技术的另一目的还在于提供上述改性天然岩沥青增韧剂增韧的油井水泥浆体 系，该水泥浆体系改善了增韧剂与油井水泥浆体的相容性和分散性，保证了水泥浆体的稳 定性，其综合力学性能良好，硬化后的水泥石初性提尚幅度大，能满足中深井使用要求。 为达到以上技术目的，本专利技术提供以下技术方案。 -种改性天然岩沥青增韧剂，通过如下方法制备：将2-10克天然岩沥青粉末盛于 干燥的样品板上，放入低温等离子体处理仪腔体内，打开真空栗，待腔体内真空度达到l〇Pa 以下时，通入氧气，设置氧气流量为30-50cm3/min，调节高频电源功率为80-120w，开始对天 然岩沥青进行低温等离子体改性，60-300S后即得改性天然岩沥青增韧剂。 上述改性天然岩沥青增韧剂增韧的油井水泥浆体系，由以下各组分按重量份配比 组成： 油井水泥 100份， 改性天然岩沥青增韧剂1~4份， 分散剂 1~3份， 降失水剂 1~3份， 缓凝剂 0.1~2份， 悬浮稳定剂1~3份， 消泡剂 0.01~0.6份，水 40~50份。 所述油井水泥为G级油井水泥。 所述分散剂为磺化三聚氰胺甲醛树脂。 所述降失水剂为羟丙基纤维素或磺化聚乙烯甲苯。 所述缓凝剂可以是葡萄糖酸钙、磺化单宁中的一种或两种混合物。 所述悬浮稳定剂为膨润土，产品技术指标符合标准GB/T5005-2001。 所述消泡剂为磷酸三丁酯或聚乙二醇。 改性天然岩沥青增韧的油井水泥浆体系的制备方法如下： 称取100重量份油井水泥、1~4重量份增韧剂、1~3重量份悬浮稳定剂、1~3 重量份分散剂、1~3重量份降失水剂、0. 1~2重量份缓凝剂，将上述材料干混为干粉混合 物。量取40~50重量份水，0. 01~0. 6重量份消泡剂混于水中，将水溶液放在高速搅拌器 中，搅拌器以低速（4000±200转/分）转动，并在15秒内加完称取的干粉混合物，盖上搅 拌器的盖子，高速（12000±500转/分）下继续搅拌35秒，即得改性天然岩沥青增韧的油 井水泥浆体系。 与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果： (1)增韧剂采用的天然岩沥青软化点高达120°C，能满足中深井和深井使用要求； (2)低温等离子体技术改性天然岩沥青的方法可靠，成本低，性能优良； (3)低温等离子体技术改性后的天然岩沥青亲水性好，配制的水泥浆体系稳定性 好、流动性好、能延长安全注水泥时间，满足现场注水泥施工要求； (4)该水泥浆体硬化后形成的水泥石同未加改性天然岩沥青增韧剂的水泥石 相比，抗压强度降低幅度不大。60°C抗拉强度最大可以提高69. 5%，脆性系数最大降低 44. 6% ;90°C抗拉强度最大可以提高20. 3%，脆性系数最大降低23. 2% ;120°C抗拉强度最 大可以提高31. 7%，脆性系数最大降低39. 7%，水泥石脆性改善，韧性得到提高。 本专利技术提供了一套技术可靠，现场施工方便，成本低，既能满足固井所需的各项工 程性能指标，又能改善水泥石固有脆性的天然岩沥青增韧的油井水泥浆体系。【具体实施方式】 下面通过实施例进一步说明本专利技术。 实施例1 空白水泥浆体系的配制： 称取100重量份油井水泥、1重量份的膨润土、1重量份磺化三聚氰胺甲醛树脂、3 重量份磺化聚乙烯甲苯、〇. 5重量份葡萄糖酸钙干混为干粉混合物。量取46重量份水、0. 03 重量份磷酸三丁酯混于水中，将水溶液放在高速搅拌器中，搅拌器以低速（4000 ± 200转/ 分）转动，并在15秒内加完称取的干粉混合物，盖上搅拌器的盖子，高速（12000±500转/ 分）下继续搅拌35秒，即得空白对比样水泥浆体系。 实施例2①改性天然岩沥青增韧剂的制备： 将5克天然岩沥青粉末盛于干燥的样品板上，放入低温等离子体处理仪腔体内， 然后关闭反应腔门。点击手动实验后打开真空栗，待腔体内真空度达到l〇Pa以下时，打开 氧气瓶阀门，在控制面板上设置流量阀流量为40cm3/min，打开流量阀，待当前流量与设定 流量一致时，设置改性功率为l〇〇w，调节高频电源使当前功率与设置功率相同，此时，开始 对天然岩沥青进行低温等离子体改性。待改性时间为180s时，依次关掉高频电源、流量阀 和真本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种改性天然岩沥青增韧剂，通过如下方法制备：将2‑10克天然岩沥青粉末放在干燥的样品板上，放入低温等离子体处理仪腔体内，打开真空泵，待腔体内真空度达到10Pa以下时，通入氧气，设置氧气流量为30‑50cm3/min，调节高频电源功率为80‑120w，开始对天然岩沥青进行低温等离子体改性，60‑300s后即得改性天然岩沥青增韧剂。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张春梅，宋玉龙，郭小阳，程小伟，张兴国，李早元，李明，刘健，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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