[發明專利]一種增韌的油井水泥漿體系

有效

• 申請號: 202210917661.5
• 申請日: 2022-08-01
• 公開（公告）號: CN115124292B
• 公開（公告）日: 2023-04-21
• 發明（設計）人: 張春梅;王佳;蔡靖軒;程小偉;梅開元;劉開強;胡陳;李錕
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;C04B24/36;C09K8/467
• 代理公司: 昆明合盛知識產權代理事務所(普通合伙) 53210
• 代理人: 康智明

本發明涉及一種物理改性天然巖瀝青的方法，以及該物理方法改性天然巖瀝青增韌的油井水泥漿體系，微爆炸法改性天然巖瀝青的方法可靠，操作簡單，成本低，安全無污染，制備快捷，性能優良；以微爆炸法改性后的天然巖瀝青配制的水泥漿體系穩定性好、流動性好、能延長安全注水泥時間，滿足中深井和深井現場注水泥施工要求；該水泥漿體硬化后形成的水泥石同未加改性天然巖瀝青增韌的水泥石相比，改性巖瀝青增韌的水泥石在相同養護溫度下，水泥石韌性提高幅度較大，通過實驗數據水泥漿體系能滿足中深井和深井的使用要求。

技術領域

本發明涉及一種物理改性天然巖瀝青的方法，以及該物理改性天然巖瀝青增韌的油井水泥漿體系。

背景技術

向地層與套管間注入水泥漿形成水泥環以支撐套管、加固井壁、封隔油氣層是石油開發技術中的固井技術，是確保油氣安全開采的必要保障。隨著勘探技術的進步，深井及超深井的數量在不斷增加，高溫及超高溫也成為了固井技術上必須面對的問題。

固井中注入的水泥漿，硬化形成的水泥環是一種非均質多相材料，多以離子鍵和共價鍵結合，變形能力差，本身質脆，在外力作用下呈現典型的脆性斷裂特征。此外，在外力作用下水泥環內部的微孔隙易發展成裂紋，導致水泥環發生破壞。而后續油氣開采環節又會對水泥環造成嚴重的應力沖擊。同時，由于高溫下水泥水化產物發生晶型轉變導致水泥環強度衰退，抗沖擊能力下降，一旦外力超過水泥環所能承受的閾值時，水泥環中的裂紋將迅速擴展，導致突發性脆性開裂，造成油、氣、水薄夾層段間竄槽，使水泥環失去層間封固能力。所以提高高溫下水泥環的形變能力，使其在整個油氣井正常生產壽命期保持完整性，對提高固井質量，滿足油氣井長期安全開采意義重大。

天然巖瀝青價格低廉、來源廣泛，性質穩定。目前，課題組對巖瀝青增韌油井水泥漿體系進行了部分研究，發現巖瀝青可以明顯提高油井水泥石的韌性(Zhang?Chunmei,XuHao,Qing?Long?et?al.Interface?characteristics?of?oil-well?cement?and?rockasphalt?coated?by?dicalcium?silicate.Journal?of?Adhesion?Science?andTechnology,2020,35(9):973-992.Zhang?Chunmei,Cai?Jingxuan,Cheng,Xiaowei?etal.Interface?and?crack?propagation?of?cement-based?composites?with?sulfonatedasphalt?and?plasma-treated?rock?asphalt.Construction?and?Building?Materials,2020,242:118161.)。值得注意的是，巖瀝青在高溫下還具有熱脹性，可以有效阻止油氣通過微裂縫進入水泥石，表明巖瀝青在高溫固井方面具有極大的潛力。但現有巖瀝青親水改性工藝還存在如下問題：等離子體處理改性的巖瀝青產品存在時效性，保存不易，且成本高；巖瀝青表面接枝C₂S工藝復雜，成本較高，改性效率低，限制了巖瀝青大規模工程化應用，巖瀝青與水泥漿體的相容性和分散性問題仍有待解決。

針對以上問題，本發明在采用天然巖瀝青作為增韌劑基礎上，采用液氮微爆炸法對巖瀝青進行改性，制備工藝簡單，無需任何大精設備，僅需將巖瀝青用液氮處理后放入熱的乙醇水溶液中即可，成本低廉，改性效率高，改性過程僅需幾分鐘就可完成。

發明內容

本發明的目的在于提供一種物理改性天然巖瀝青的方法，該方法具有高效、清潔環保、低能耗、反應迅速、不破壞材料本體性能等優點，應用前景廣闊。

本發明的另一目的還在于提供上述改性天然巖瀝青增韌的油井水泥漿體系，該水泥漿體系改善了天然巖瀝青與油井水泥漿體的相容性和分散性，保證了水泥漿體的穩定性，其綜合力學性能良好，硬化后的水泥石韌性提高幅度大，能滿足中深井使用要求。

為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明是通過以下技術方案實現：