[发明专利]一种水泥浆及其应用、泡沫水泥体系及其制备

说明书

本发明提供了一种水泥浆，包括：水泥、降失水剂、分散剂、发泡剂、稳泡剂、早强剂和水，其中，所述发泡剂包含蛋白质类发泡剂。本发明还提供基于所述水泥浆的泡沫水泥浆体系和所述水泥浆的应用方法。基于本发明提供的所述水泥浆填充气泡，引入的气泡稳定性更强，凝固后形成的泡沫水泥石强度更高、弹塑性更好。

技术领域

本发明涉及泡沫水泥技术领域，具体涉及一种适用于油田固井的水泥浆、基于该水泥浆的泡沫水泥体系及其制备方法和应用，还涉及由该水泥浆体系制备的泡沫水泥制品。

背景技术

泡沫水泥浆具有良好的防漏、防窜的能力，可压缩性强，有利于保持泡沫水泥环的完整性。泡沫水泥浆以气体(如空气或氮气等)作为减轻剂，通过在水泥浆中引入气体，在发泡剂或稳泡剂的作用下，形成泡沫水泥浆。根据气体产生方式不同，水泥浆的发泡可分为化学发泡与充气发泡。充气发泡，亦称机械充气法，指在普通水泥浆内通过机械方法充入任意设计量的气体，并加入稳定剂，可通过在泡沫发生器中在水泥浆内形成均匀细小的泡沫。化学发泡，亦称化学发气法，即是在干水泥中掺入一定量的发泡剂，当水泥和水混合搅拌后，发泡剂与水泥中的某些化学成分起反应产生气体，分布在水泥浆中，从而形成泡沫水泥。

分析两种方法各自特点可知，机械充气法可实现任意设计量的气体充入，形成的泡沫均匀细小。化学发气法施工简便，但是发气量较少，尤其是在液柱压力超过10.0MPa的井内，这种泡沫水泥浆在井下很难大幅度降低水泥浆的密度。现在国内各个油田主要集中在对化学发气泡沫水泥浆固井技术进行了充分的研究，但是化学发气方法发气量小，形成的泡沫水泥浆可调密度范围小(>1.45g/cm³)，发气物质会影响泡沫水泥浆凝固时间，固井质量得不到保证。机械充气泡沫水泥浆固井技术由于设备复杂、对水泥浆性能要求高，在国内除了新疆火烧山油田曾经展开过研究以外，其他油田还未曾做过相关研究，至今还没有形成一整套系列的机械充气泡沫水泥固井工艺及施工配套技术。针对充气发泡水泥，已有文献报道的充气发泡水泥体系的稠化时间较长，泡沫水泥石强度较低；同时，泡沫水泥浆的稳定性不能完全保证。在此背景下，进一步深入研究机械充气泡沫水泥浆体系，以优化泡沫水泥浆的发泡性能和改进泡沫水泥石的性能将具有重要的工业开发意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水泥浆，该水泥浆经过充气后用于油田固井施工中，可提高泡沫水泥凝结物的强度，改善水泥石的弹塑性。该水泥浆在经过充气后可降低其密度，但不导致其泡沫水泥凝结物的强度或弹塑性的显著下降。

本发明进一步的目的是提供所述水泥浆充气后得到的泡沫水泥浆体系以及该体系经过凝固后产生的充气泡沫水泥浆制品。

本发明的目的还在于提供所述水泥浆的应用方法，将该水泥浆在优化的条件下进行充气，然后施用于例如油井中。通过将所述水泥浆进行所述充气后，所述水泥浆密度下降，凝固后产生的充气泡沫水泥凝结物具有良好的强度和弹塑性。

根据本发明的一个方面，提供一种水泥浆，包括：水泥、降失水剂、分散剂、发泡剂、稳泡剂、早强剂和水，其中，所述发泡剂包括蛋白质类发泡剂。

在本发明的水泥浆中，使用包含蛋白质类起泡剂的起泡剂。试验发现，采用蛋白质类起泡剂对浆体的性能影响小，浆体的稳定性更高，且更易于浆体中形成细小而均匀的气泡。

根据本发明的一些优选实施方式，所述蛋白质类发泡剂的含量基于所述水泥的重量计为1-3重量％，优选1.5-2.5重量％。具体地，在所述水泥浆中，所述蛋白质类发泡剂的含量基于所述水泥的重量计例如为1.5重量％、2重量％、2.5重量％或3重量％。上述含量范围中的蛋白质类发泡剂既能够使水泥浆产生合适量的气泡，减小水泥浆密度，又能使固化后产生的水泥凝固物保持良好的抗压强度，同时具备良好的弹塑性。