一种页岩气固井用高密度防窜韧性水泥浆体系及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种页岩气固井用高密度防窜韧性水泥浆体系及其制备方法和应用，属于页岩气井固井技术领域。包括G级水泥、水、复合加重剂、纳米防窜剂、增韧剂、降失水剂、缓凝剂、分散剂和消泡剂0.5～1份，所述纳米防窜剂由包括以下步骤的方法制得：将纳米级氧化铝与碳酸钠溶液超声混合。本发明专利技术中，纳米防窜剂的加入不仅对水泥浆的施工性能无负面影响，且能够促进水泥早期强度的形成，降低水泥石渗透率，使水泥石的结构变的更加均匀密实，有效的增强水泥石的防窜性；此外，本申请中加重剂采用的一种复合加重剂，使用复合加重剂的水泥石的弹性模量比常规加重剂形成水泥石要低，对抗冲击强度等力学性能影响不大。等力学性能影响不大。

【技术实现步骤摘要】
一种页岩气固井用高密度防窜韧性水泥浆体系及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及页岩气井固井
，尤其涉及一种页岩气固井用高密度防窜韧性水泥浆体系及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]页岩气开发，为了追求最大产能，常常结合水平井钻井和大型分段压裂完井方式进行作业。油基钻井液因其性能更加稳定，对页岩抑制效果更加突出，钻井摩阻低及更好的储层保护性能被大范围运用；随着开发的深入，钻遇异常高压地层越来越频繁，因此，高密度油基钻井液体系在开发中运用越来越广泛；在固井作业中，为了达到良好的顶替效果，固井水泥浆往往也采用高密度，以上几种因素以至于对固井水泥浆性能的要求越来越高。
[0003]当前，页岩气井高密度油基泥浆开发背景下的固井水泥浆主要面临的问题气井防窜问题。中国专利CN108046694A公开了一种页岩气固井的高密度水泥浆体系，包括G级油井水泥、淡水、加重剂或减轻剂、石英砂、G403油井水泥增韧剂、可再分散乳胶粉、稳定剂、G33S油井水泥降失水剂、GH
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9油井水泥缓凝剂、G401油井水泥膨胀剂、USZ油井水泥减阻剂和XP
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1消泡剂，仍存在气井防窜问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种页岩气固井用高密度防窜韧性水泥浆体系及其制备方法和应用。本专利技术提供的水泥浆体系适用于页岩气固井用高密度防窜，起强度时间短，利于防窜。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种页岩气固井用高密度防窜韧性水泥浆体系，包括以下质量份数的组分：
[0007]G级水泥100份，水46～68份，复合加重剂33～141份，纳米防窜剂1～1.5份，增韧剂2～3.5份，降失水剂4～6份，缓凝剂0.5～1份，分散剂0.5～1.5份，消泡剂0.5～1份，所述纳米防窜剂由包括以下步骤的方法制得：
[0008]将纳米级氧化铝与碳酸钠溶液超声混合。
[0009]优选地，包括以下质量份数的组分：
[0010]G级水泥100份，水57～66份，复合加重剂69～127份，纳米防窜剂1份，增韧剂2.8～3.2份，降失水剂5.5份，缓凝剂0.6～0.8份，分散剂0.75～0.85份，消泡剂0.7～0.8份。
[0011]优选地，包括以下质量份数的组分：
[0012]G级水泥100份，水62.45份，复合加重剂93份，纳米防窜剂1份，增韧剂3份，降失水剂5.5份，缓凝剂0.7份，分散剂0.75份，消泡剂0.7份。
[0013]优选地，所述纳米级氧化铝与碳酸钠溶液的质量比为1.22：1，所述碳酸钠溶液的质量百分浓度为0.25％。
[0014]优选地，所述纳米级氧化铝的粒径为600～1000nm。
[0015]优选地，所述复合加重剂由锰矿粉和铁矿粉通过等离子高压雾化球形工艺制备得到，所述锰矿粉的粒径为2500～3500目，所述铁矿粉的粒径为250～1200目。
[0016]优选地，所述锰矿粉和铁矿粉的质量比为2：1。
[0017]优选地，所述等离子高压雾化球形工艺的参数包括：功率为230kw，电压为380V，频率为50HZ，极限真空度为10Pa，保护气氛为N2或Ar，冷却水额定压力为0.3MPa，气源额定压力为0.6MPa，雾化充气压力≤0.5MPa。
[0018]本专利技术还提供了上述技术方案所述的页岩气固井用高密度防窜韧性水泥浆体系的制备方法，包括以下步骤：
[0019]将G级水泥、水、复合加重剂、纳米防窜剂、增韧剂、降失水剂、缓凝剂、分散剂和消泡剂混合，得到所述页岩气固井用高密度防窜韧性水泥浆体系。
[0020]本专利技术还提供了上述技术方案所述的页岩气固井用高密度防窜韧性水泥浆体系或上述技术方案所述的制备方法制得的页岩气固井用高密度防窜韧性水泥浆体系在页岩气固井高密度油基钻井液体系中的应用。
[0021]本专利技术提供了一种页岩气固井用高密度防窜韧性水泥浆体系，包括以下质量份数的组分：G级水泥100份，水46～68份，复合加重剂33～141份，纳米防窜剂1～1.5份，增韧剂2～3.5份，降失水剂4～6份，缓凝剂0.5～1份，分散剂0.5～1.5份，消泡剂0.5～1份，所述纳米防窜剂由包括以下步骤的方法制得：将纳米级氧化铝与碳酸钠溶液超声混合。
[0022]本专利技术中，纳米防窜剂的加入不仅对水泥浆的施工性能无负面影响，且能够促进水泥早期强度的形成，降低水泥石渗透率，使水泥石的结构变的更加均匀密实，有效的增强水泥石的防窜性；此外，本申请中加重剂采用的一种复合加重剂，使用复合加重剂的水泥石的弹性模量比常规加重剂形成水泥石要低，对抗冲击强度等力学性能影响不大。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0024]本专利技术的高密度防窜韧性水泥浆体系，通过加入复合加重剂，在对水泥浆流变性影响不大的前提下提高水泥浆的沉降稳定性，有效的降低水泥石的渗透率，能够大幅提升水泥环的致密性。
[0025]本专利技术的高密度防窜韧性水泥浆体系，通过添加纳米级氧化铝制备的纳米防窜剂，是一种液体溶胶，呈现半透明状的乳液，能够有效充填到水泥颗粒间，降低水泥石的渗透率，促进水泥早期强度的形成，降低水泥石渗透率，使水泥石的结构变的更加均匀密实；还能在碱性环境下促进水泥浆中C
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S
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H凝胶的快速形成，具体表现为水泥石强度发展更早，有利于侯凝期间水泥浆的防窜作用。
[0026]本专利技术的高密度防窜韧性水泥浆体系，通过添加增韧剂，能够提升水泥石的力学性能，保证后期大型压裂施工作业水泥浆环的完整性；
[0027]本专利技术的高密度防窜韧性水泥浆体系，能根据实际需要配制2.00～2.40g/cm3的水泥浆体系，因此可以不同井底压力压页岩气固井的需要。
具体实施方式
[0028]本专利技术提供了一种页岩气固井用高密度防窜韧性水泥浆体系，包括以下质量份数的组分：
[0029]G级水泥100份，水46～68份，复合加重剂33～141份，纳米防窜剂1～1.5份，增韧剂2～3.5份，降失水剂4～6份，缓凝剂0.5～1份，分散剂0.5～1.5份，消泡剂0.5～1份，所述纳米防窜剂由包括以下步骤的方法制得：
[0030]将纳米级氧化铝与碳酸钠溶液超声混合。
[0031]在本专利技术中，若无特殊说明，使用的原料均为本领域市售商品。
[0032]以G级水泥的质量份数为基准，所述页岩气固井用高密度防窜韧性水泥浆体系优选包括水57～66份，更优选为62.45。
[0033]以G级水泥的质量份数为基准，所述页岩气固井用高密度防窜韧性水泥浆体系优选包括复合加重剂69～127份，更优选为93份。
[0034]在本专利技术中，所述复合加重剂优选由锰矿粉和铁矿粉通过等离子高压雾化球形工艺制备得到，所述锰矿粉的粒径为2500～3500目，所述铁矿粉的粒径为250～1200目。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种页岩气固井用高密度防窜韧性水泥浆体系，其特征在于，包括以下质量份数的组分：G级水泥100份，水46～68份，复合加重剂33～141份，纳米防窜剂1～1.5份，增韧剂2～3.5份，降失水剂4～6份，缓凝剂0.5～1份，分散剂0.5～1.5份，消泡剂0.5～1份，所述纳米防窜剂由包括以下步骤的方法制得：将纳米级氧化铝与碳酸钠溶液超声混合。2.根据权利要求1所述的页岩气固井用高密度防窜韧性水泥浆体系，其特征在于，包括以下质量份数的组分：G级水泥100份，水57～66份，复合加重剂69～127份，纳米防窜剂1份，增韧剂2.8～3.2份，降失水剂5.5份，缓凝剂0.6～0.8份，分散剂0.75～0.85份，消泡剂0.7～0.8份。3.根据权利要求2所述的页岩气固井用高密度防窜韧性水泥浆体系，其特征在于，包括以下质量份数的组分：G级水泥100份，水62.45份，复合加重剂93份，纳米防窜剂1份，增韧剂3份，降失水剂5.5份，缓凝剂0.7份，分散剂0.75份，消泡剂0.7份。4.根据权利要求1～3任一项所述的页岩气固井用高密度防窜韧性水泥浆体系，其特征在于，所述纳米级氧化铝与碳酸钠溶液的质量比为1.22：1，所述碳酸钠溶液的质量百分浓度为0.25％。5.根据权利要求4所述的页岩气固井用高密度防窜韧性水泥浆体...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宝忠，许明标，程红萍，何淼，周庆，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司江汉油田分公司石油工程技术研究院长江大学，
类型：发明
国别省市：