5.9 水泥胶乳

胶乳指的是乳化聚合物,一般是很细的球状聚合物颗粒的悬浮乳液,通常颗粒的粒度在200-500nm之间。由于胶乳的加入,可以提高水泥石的韧性,抑制水泥的水化收缩,减少微裂纹的产生,改善水泥浆和井壁的界面结构,实现防气窜的目的。水泥胶乳除了具有防气窜的功能外,还可以提高水泥石的抗折强度,降低射孔对水泥环的破裂程度。胶乳还可以堵塞水泥内部孔隙,在水泥浆失水的时候迅速成膜,起到一定的防滤失作用,尤其适用于侧井、水平井和斜井等特殊条件的固井。

在20世纪50年代美国道威尔公司首先将胶乳用于固井工程,有效的提高了固井质量,推出的胶乳包括有聚二氯乙烯和醋酸乙烯酯。哈利伯顿、BASF等公司也相继将羧基丁苯胶乳用于固井工程。

由于固井水泥浆成分复杂,离子浓度高,地下环境复杂,对胶乳的机械稳定性和化学稳定性要求很高,若在水泥浆泵送过程中发生破乳絮凝现象,将导致严重固井事故。因此在提高胶乳的稳定性方面,国内外均做了大量的实验研究,其中多以羧基丁苯胶乳,辅以适当的胶乳稳定剂,如表面活性剂、萘磺酸类缩聚物等。

表9-1是科力奥尔公司的CT610系列胶乳防气窜剂的性能指标

表9-1 加有水泥胶乳的水泥浆性能要求

胶乳的适用温度为:30～150℃(BHCT);常用掺量5.0～20%(BWOC)。

用加有胶乳的水泥浆体系固井,由于水泥石的优异性能,通常固井的合格率和优质率更高。但是由于水泥胶乳存在破乳的可能,目前还没有好的解决办法,因此在使用水泥胶乳外加剂固井时风险也较大。

通常在固井施工中对水泥浆的性能有多种要求,因此需要多种油井水泥外加剂同时使用,在选定各种水泥外加剂以后,需要根据施工情况对水泥浆体系进行井底模拟试验,确保在多种外加剂同时使用时,水泥浆体系也能够达到设计要求,保证施工的顺利进行。