[发明专利]一种固井水泥浆用自由液控制剂及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种固井水泥浆用自由液控制剂及其制备方法和应用。所述自由液控制剂为由包括颗粒状的水化硅酸钙、浆体稳定剂和防腐剂的固相组分形成的悬浊液；优选地，所述悬浊液的固相浓度为3～16wt％，优选为4～10wt％。本发明所述自由液控制剂可有效消除或降低固井水泥浆自由液，便于固井用零自由液水泥浆的制备。且所述自由液控制剂对水泥浆的稠化时间影响很小，没有促凝副作用，具有较好的推广和应用价值。

技术领域

本发明属于油气井固井技术领域，具体涉及一种固井水泥浆用自由液控制剂及其制备方法与应用。

背景技术

在油气井固井领域的直径段固井时，在环空水泥柱中，较大的颗粒在重力的作用下会发生沉降，可能有聚集和桥塞的倾向，而桥塞下面的位置自由液聚集有时就可生成水槽或水带，加压时造成水泥石破裂。除此以外，自由液聚集形成水囊还妨碍水泥对套管和地层的胶结。也可能过早地胶凝，对地层产生较低的静压或不产生静压，而发生气窜。水平井固井中，水平段形成的自由液会逐渐上移，当达到一定量时，在环空水泥上部的自由液囊相互连通，构成自由液槽或水带，也易导致气窜，影响固井质量。

目前固井中控制自由液的外加剂或外掺料主要有：膨润土、绿坡缕石、偏硅酸钠、硅藻土、水玻璃、天然火山灰、粉煤灰、明矾或硫酸铝、纤维素、碱式氯化铝、超细水泥等，但其作用效果有一定的局限性。如膨润土、绿坡缕石、硅藻土等控制自由液效果不明显且影响水泥石强度；超细水泥水化速度过快，存在不确定性；偏硅酸钠、水玻璃常作为早强剂使用，其加量变化会影响水泥浆流变性质，控制自由液效果不明显；明矾或硫酸铝、纤维素、碱式氯化铝等易使水泥浆增稠。以上这些外加剂或外掺料单独使用并没有完全解决固井中自由液的控制问题，没有形成稳定成熟的自由液控制剂。

邱燮和等介绍了液硅能减少水泥浆的自由液(邱燮和,王良才,郭广平.Microblock液硅的评价及在中国油田的应用[J].钻井液与完井液.2010(04).)。其中介绍液硅作为自由液控制剂，有明显的效果，但该技术方案中液硅的加量较大，一般加入10％以上。

因此亟需提供一种效果好的固井水泥浆用自由液控制剂。

发明内容

本发明针对现有固井水泥浆自由液的控制问题，提供了一种新的固井水泥浆用自由液控制剂，该自由液控制剂能有效控制水泥浆的自由液，便于固井用零自由液水泥浆的制备。

为此，本发明第一方面提供了一种固井水泥浆用自由液控制剂，其为由包括颗粒状的水化硅酸钙、浆体稳定剂和防腐剂的固相组分形成的悬浊液；优选地，所述悬浊液的固相浓度为3～16wt％，优选为4～10wt％。

在本发明的一些优选的实施方式中，所述颗粒状的水化硅酸的钙粒径为50～300nm。

在本发明的一些实施方式中，所述浆体稳定剂在所述悬浊液中的浓度为0.1～0.6wt％。

在本发明的另一些实施方式中，所述防腐剂在所述悬浊液中的浓度为0.5～2wt％。

在本发明的一些实施方式中，所述浆体稳定剂为黄原胶和文莱胶中的一种或多种。

在本发明的另一些实施方式中，所述防腐剂为甲醛和5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮的一种或多种。

本发明第二方面提供了一种如本发明第一方面所述自由液控制剂的制备方法，其包括：制备颗粒状的水化硅酸钙的液体，然后在所述液体中加入浆体稳定剂和防腐剂形成悬浊液，进而获得所述自由液控制剂。

在本发明的一些实施方式中，所述颗粒状的水化硅酸钙的液体的制备包括以下步骤：

S1，将含钙和硅的固体原料加至反应釜；

S2，在所述反应釜中加入蒸馏水和催化剂后，进行反应，获得所述颗粒状的水化硅酸钙的液体。