一种高韧性抗冲击水泥浆体系的制作方法

本发明涉及油气井的固井水泥浆体系，具体涉及一种抗冲击的高韧性水泥浆体系。

背景技术：

1、随着油气资源的消耗，易于开采的地形越来越少，复杂地质结构的油气层开采逐渐增多，固井难度随之增加。对固井水泥浆体系的要求也越来越高。因为要承载较大的压力，自身结构的稳定性以及与井道之间的粘结强度和密封性能均有非常高的要求，以确保油气不会沿硬化水泥结构内部以及水泥结构与井道壁之间上窜。

2、固井水泥浆本身经过多年的发展，结构强度和韧性可通过多种外加剂进行调节。且井体全长度的水泥浆体系的配比基本是一致的，没有对井体分段条件进行针对性的设计。基于这种思路，井体全长段的水泥浆体系，会基于环境最恶劣的条件参数进行设计。这样，井底、中段和顶部的水泥浆在不同的环境条件硬化，水泥石硬化后的强度和韧性结果会有较大的区别。底段所在环境温度高，压力大，容易损耗，气体突破底端后，在中段和顶端结构强度不足时容易发生泄露。

3、常用化学外加剂，加入水泥后，带来效果的同时，也会引入新的问题，问了让某一段固井水泥浆体系能够稳定的实现固井和密封效果，

技术实现思路

1、本申请实施例通过提供一种高韧性抗冲击水泥浆体系，解决了现有技术中中段或上段固井强度和密封效果不佳的问题，实现了中段和上段强度稳定、紧实密封的效果。

2、本申请实施例提供了一种高韧性抗冲击水泥浆体系，按重量份计包括油井水泥100-120份，珍珠岩18-26份、微硅12-18份、降失水剂0.8-1.2份、分散剂0.3-0.9份、水55-105份，还包括生物膨胀颗粒15-65份；生物膨胀颗粒包括玻璃微珠，玻璃微珠外壳带有裂缝，内部含有巴氏芽孢杆菌、尿素溶液以及巴氏芽孢杆菌产生的碳酸钙，巴氏芽孢杆菌产生的碳酸钙体积比占玻璃外壳容积的80-95％；玻璃外壳的直径为0.15-0.2mm。

3、优选的，水泥浆体系温度在35-40摄氏度范围内时，所述生物膨胀颗粒，在水泥浆体系中，24h能够将玻璃微珠外壳的体积增加3.35·10-5至2.14·10-3立方毫米。

4、优选的，所述尿素溶液包含1.5-3.5重量份的尿素，0.15-0.25重量份的氯化钙，以及100重量份的水。

5、优选的，所述玻璃微珠外壳，加压浸泡浸满水后，每100g在空气相对湿度95％以上环境下，24h失水量不大于2g。

6、优选的，所述完整的玻璃微珠外壳，抗压强度在45-65mpa范围内。

7、优选的，无破损的玻璃微珠的密度1.2-1.3g/cm3。

8、优选的，所述生物膨胀颗粒制备工艺如下：

9、步骤一、玻璃微珠的破口：将玻璃微珠，整体放入硬质筒，表面铺平，筒体直径10-30cm，筒体内径与压力机下压面外径相同；从5mpa开始，逐级增加压力，每级增加5mpa，逐渐增压至玻璃微珠抗压强度值的60-95％，每级加压时长维持2-5min；

10、步骤二、破口玻璃微珠筛选：将桶内受压微珠浸如纯水中，密闭容器，水压增至1.5-4.5mpa，持压10-90min；

11、将玻璃微珠全部捞出，倒入密度1.4-1.6g/cm3的氢氧化钙溶液中，捞出漂浮颗粒，剩余的颗粒悬浮或沉入溶液底部，将悬浮和沉入底部的颗粒捞出，表面吹干；

12、将表面吹干后的颗粒投入密度1.6-2.0g/cm3的氢氧化钙溶液中，捞出漂浮颗粒备用，沉入溶液底部的部分滤除；

13、漂浮颗粒捞出，用纯水冲洗后浸泡，浸泡2-5h后捞出，纯水冲洗，烘干称重备用；同步计算烘干失重量，换算成破口玻璃微珠含水体积v；

14、步骤三、填充菌液：筛选获得的破口玻璃微珠，浸泡在配制好的巴氏芽孢杆菌菌液内，每隔30min检测一次单位体积量的破口玻璃微珠的质量，测算破口玻璃微珠内菌液体积，体积量达步骤二计算的含水体积v的85-100％即可；

15、步骤四、颗粒培养：将填充菌液的玻璃微珠，浸入尿素溶液中，质量比2％尿素溶液，含0.2％氯化钙；

16、尿素溶液淹没玻璃微珠顶面高出5±2mm；

17、每隔12小时，更换尿素溶液，并称量玻璃微珠质量，至玻璃微珠增量体积占含水体积v的80-95％；

18、增量体积的计算方式如下：

19、v增量＝(m微珠终-m微珠初)/(ρ碳酸钙-ρ菌液)；

20、m微珠终：玻璃微珠的最终质量；m微珠初；玻璃微珠的初始质量；ρ碳酸钙为菌株分泌的生物碳酸钙的密度；ρ菌液为菌液的密度；

21、步骤五、颗粒干燥：培养后的玻璃微珠，沥除尿素溶液，吹冷风20-25摄氏度干燥，至表面干燥后收集备用；

22、步骤六、水泥浆体系搅拌：将表面干燥处理后的玻璃微珠颗粒，加入水泥浆体系按预设比例混合。

23、优选的，所述步骤五，干燥之前，沥干后称重m湿，并混合尿素粉，再低温干燥使表面混合尿素粉剂颗粒，再次称重，获得粘附尿素质量，形成尿素颗粒增重，增重量为每百克增重5-15g。

24、优选的，在步骤四中，颗粒培养过程中，尿素溶液内含有体积比15-30％的铁粉颗粒，粒径0.02-0.0.05mm，尿素溶液由下至上不断流动，使铁粉在玻璃微珠之间分散流动，使生物碳酸钙附着铁粉；

25、优选的，在步骤五中，搅拌之前对生物膨胀颗粒做磁化处理。

26、本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：通过增加生物膨胀颗粒，使水泥浆体系内部连续性更加，并具有微膨胀效果，抗冲击和韧性优良，能够有效的实现固井密封。

技术特征：

1.一种高韧性抗冲击水泥浆体系，按重量份计包括油井水泥100-120份，珍珠岩18-26份、微硅12-18份、降失水剂0.8-1.2份、分散剂0.3-0.9份、水55-105份，其特征在于，还包括生物膨胀颗粒15-65份；生物膨胀颗粒包括玻璃微珠，玻璃微珠外壳带有裂缝，内部含有巴氏芽孢杆菌、尿素溶液以及巴氏芽孢杆菌产生的碳酸钙，巴氏芽孢杆菌产生的碳酸钙体积比占玻璃外壳容积的80-95％；玻璃外壳的直径为0.15-0.2mm。

2.根据权利要求1所述高韧性抗冲击水泥浆体系，其特征在于，水泥浆体系温度在35-40摄氏度范围内时，所述生物膨胀颗粒，在水泥浆体系中，24h能够将玻璃微珠外壳的体积增加3.35·10-5至2.14·10-3立方毫米。

3.根据权利要求1所述高韧性抗冲击水泥浆体系，其特征在于，所述尿素溶液包含1.5-3.5重量份的尿素，0.15-0.25重量份的氯化钙，以及100重量份的水。

4.根据权利要求1所述高韧性抗冲击水泥浆体系，其特征在于，所述玻璃微珠外壳，加压浸泡浸满水后，每100g在空气相对湿度95％以上环境下，24h失水量不大于2g。

5.根据权利要求1所述高韧性抗冲击水泥浆体系，其特征在于，所述完整的玻璃微珠外壳，抗压强度在45-65mpa范围内。

6.根据权利要求1所述高韧性抗冲击水泥浆体系，其特征在于，无破损的玻璃微珠的密度1.2-1.3g/cm3。

7.根据权利要求6所述高韧性抗冲击水泥浆体系，其特征在于，所述生物膨胀颗粒制备工艺如下：

8.根据权利要求7所述高韧性抗冲击水泥浆体系，其特征在于，所述步骤五，干燥之前，沥干后称重m湿，并混合尿素粉，再低温干燥使表面混合尿素粉剂颗粒，再次称重，获得粘附尿素质量，形成尿素颗粒增重，增重量为每百克增重5-15g。

9.根据权利要求7所述高韧性抗冲击水泥浆体系，其特征在于，

10.根据权利要求9所述高韧性抗冲击水泥浆体系，其特征在于，在步骤五中，搅拌之前对生物膨胀颗粒做磁化处理。

技术总结本发明公开了一种高韧性抗冲击水泥浆体系，按重量份计包括油井水泥100‑120份，珍珠岩18‑26份、微硅12‑18份、降失水剂0.8‑1.2份、分散剂0.3‑0.9份、水55‑105份，其特征在于，还包括生物膨胀颗粒15‑65份；生物膨胀颗粒包括玻璃微珠，玻璃微珠外壳带有裂缝，内部含有巴氏芽孢杆菌、尿素溶液以及巴氏芽孢杆菌产生的碳酸钙，巴氏芽孢杆菌产生的碳酸钙体积比占玻璃外壳容积的80‑95％；玻璃外壳的直径为0.15‑0.2mm。该水泥浆体系具备良好的抗冲击韧性，有效的提高固井密封强度。技术研发人员：田宝振,高飞,费中明,宋志强,张晔,刘鑫,高阳,张萍,孔哲,刘宁泽,杨棋翔,陈欣彤受保护的技术使用者：中国石油集团渤海钻探工程有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/19