[发明专利]一种实心低密度固井水泥浆用胶乳及其制备方法

说明书

本发明公开了一种实心低密度固井水泥浆用胶乳，通过以下工艺步骤制得：(1)将对乙烯基苯磺酸钠、甲基丙烯酸甲酯、去离子水、十二烷基磺酸钠和碳酸氢钠依次加入反应器，氮气保护下搅拌、升温，滴加过硫酸钾溶液，持续搅拌反应得到乳液A；(2)向乳液A中滴加甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸正丁酯，滴毕，加入十二烷基磺酸钠和碳酸氢钠，升温后滴加过硫酸钾溶液，继续反应，冷却后得到胶乳BWL‑1。该胶乳固含量较低、稳定性好、无需额外加入胶乳稳定剂和消泡剂即可使用，能够有效降低实心低密度水泥浆体系的失水量，从而提高实心低密度水泥石性能。

技术领域

本发明涉及硅酸盐水泥外加剂领域，具体涉及一种实心低密度固井水泥浆用胶乳及其制备方法。

背景技术

随着油气田资源勘探的不断深入，复杂油气井的出现对固井施工提出了更高要求。对于低压、易漏和低渗等地层，通常需要采用低密度水泥浆固井。实心低密度水泥浆的浆体密度和性能稳定、成本较低，已成为低压易漏井、长封固段井等非常规油气井固井施工的重要选择之一。但由于实心低密度材料通常为弱亲水性和弱水泥基交联材料，导致低密度水泥浆体系的失水量偏高、早期强度和胶结强度偏低。

目前，固井行业针对实心低密度水泥浆失水量偏大、早期强度和胶结强度较低的问题，采取的解决方案为：(1)使用纤维素型降失水剂并增大用量；(2)使用微膨型增强剂。虽然以上两种方案在一定程度上降低了失水量，提高了强度，但又导致了新的问题：大量使用纤维素型降失水剂，使水泥浆体系的流变性变差，严重影响泵注施工。实心低密度材料多为弱亲水性材料，与水泥基材的胶结能力较弱，微膨型增强剂提供的微膨应力难以精确控制，极易导致水泥石内部胶结不良，甚至骨架解体。此外，两种方案均为独立解决策略，不利于水泥浆体系的整体设计和成本控制。

胶乳早期主要用于建筑行业，其良好的保水、增韧作用逐渐被固井领域认可。氯丁胶乳和丁苯胶乳是常用的固井水泥浆胶乳，但其对实心低密度水泥浆体系的适应性不高，其原因主要有以下三点：

1、使用时需额外添加大量胶乳稳定剂或护胶剂。加入稳定剂和护胶剂后，胶乳水泥浆体系的表面张力变低，导致发泡严重，需使用价格昂贵的硅油型消泡剂除泡。

2、复杂的胶乳稳定剂使胶乳与实心低密度水泥浆的配伍性变差，导致胶乳的保水效果较差，对水泥石强度的增强效果偏低。

3、固含量较高、稳定性较差，影响水泥浆设计密度，无法满足长期储存的需要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明公开一种实心低密度固井水泥浆用胶乳，该胶乳固含量较低、稳定性好、无需额外加入胶乳稳定剂和消泡剂即可使用，能够有效降低实心低密度水泥浆体系的失水量，从而提高实心低密度水泥石性能，本发明还公开该胶乳的制备方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种实心低密度固井水泥浆用胶乳，胶乳命名为BWL-1，具体结构式如下：

本发明中，胶乳BWL-1稳定性较好、固含量较低，对低密度水泥浆的设计密度无明显影响，胶乳BWL-1使实心低密度水泥浆具备一定触变性，失水量显著降低，并且胶乳BWL-1与水泥浆配伍性良好，稠化曲线正常，“直角稠化”趋势明显，可保证固井施工的顺利进行，胶乳BWL-1对实心低密度水泥石的微观结构有显著的改善效果，有效提高胶结强度、抗压强度和抗折强度。

一种实心低密度固井水泥浆用胶乳的制备方法，包括以下工艺步骤：

(1)将对乙烯基苯磺酸钠、甲基丙烯酸甲酯、去离子水、十二烷基磺酸钠和碳酸氢钠依次加入反应器，氮气保护下搅拌、升温，滴加过硫酸钾溶液，持续搅拌反应得到乳液A；

(2)向乳液A中滴加甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸正丁酯，滴毕，加入十二烷基磺酸钠和碳酸氢钠，升温后滴加过硫酸钾溶液，继续反应，冷却后得到胶乳BWL-1。