用于固井水泥石增韌的四針狀氧化鋅晶須增韌劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了用于固井水泥石增韌的四針狀氧化鋅晶須增韌劑，通過(guò)以下步驟制備：(1)對(duì)四針狀氧化鋅晶須篩分，使其粒徑分布于45～150微米，然后干燥；(2)將無(wú)水乙醇20～50g、去離子水3～10g、硅烷偶聯(lián)劑2～10g配成偶聯(lián)劑?乙醇溶液，調(diào)節(jié)pH值2～4，靜置1～2h，得到改性試劑；(3)將30～50g干燥后的晶須和20～60g無(wú)水乙醇配制成晶須?無(wú)水乙醇溶液，將改性試劑加入晶須?無(wú)水乙醇溶液中，70℃反應(yīng)60min，抽濾、干燥；(4)將改性氧化鋅晶須50～100g與三乙醇胺10～20g放入攪拌機(jī)中攪拌10～30min。該增韌劑保持了四針狀氧化鋅晶須的原有性能，且能夠顯著提高固井水泥石的力學(xué)性能。
【專利說(shuō)明】
用于固井水泥石増初的四針狀氧化巧晶須増初劑
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于提高固井水泥石力學(xué)性能的四針狀氧化鋒晶須增初劑，屬于 石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 固井包括下套管和注水泥，在套管下入油氣井后，水泥漿被注入套管間或套管與 井壁間的環(huán)形空間至預(yù)定層位，水泥漿凝結(jié)硬化后形成水泥石，水泥石所構(gòu)成的水泥環(huán)起 到支撐套管和封隔油氣水層的作用。水泥環(huán)完整性對(duì)后續(xù)鉆井、油氣開(kāi)采、油氣增產(chǎn)至關(guān)重 要，但由于水泥石是一種抗拉強(qiáng)度很低的脆性材料，受到試壓、射孔、開(kāi)采、酸化壓裂等作業(yè) 影響時(shí)，水泥石易脆裂形成裂縫造成水泥環(huán)完整性失效，導(dǎo)致地層流體層間竄通、環(huán)空帶壓 等問(wèn)題。因此，在水泥漿中加入增初材料W降低水泥石脆性并提高水泥石力學(xué)性能對(duì)維持 水泥環(huán)完整性是非常重要的。
[0003] 目前，固井水泥石用增初劑主要有膠乳、橡膠顆粒和纖維等，膠乳的缺點(diǎn)在于用量 大，綜合性能難于調(diào)節(jié);橡膠顆粒的缺點(diǎn)在于與水泥漿的相容性差;纖維的缺點(diǎn)在于在水泥 漿中難W均勻分散，且在注水泥中易導(dǎo)致堵管等問(wèn)題。四針狀氧化鋒晶須是一種具有空間 立體結(jié)構(gòu)的晶須，因其立體結(jié)構(gòu)和高強(qiáng)度特征，引入水泥石中會(huì)改變水泥石的晶膠比，具有 提高水泥石力學(xué)性能的可能性。但要將四針狀氧化鋒晶須用于提高固井水泥石力學(xué)性能， 就必須對(duì)四針狀氧化鋒晶須進(jìn)行處理，使其在水泥漿中具有良好的分散性和適用性。
[0004] 四針狀氧化鋒晶須在水泥漿中應(yīng)用的缺點(diǎn)主要是易團(tuán)聚、長(zhǎng)短差別大易縱橫交錯(cuò) 形成大的空隙，可能對(duì)水泥漿水化有緩凝作用等。四針狀氧化鋒晶須尚未用于固井水泥石 領(lǐng)域，本發(fā)明對(duì)四針狀氧化鋒晶須進(jìn)行篩選、分散劑處理，處理后的四針狀氧化鋒晶須保持 了其原有性能，并且能夠很好地與固井水泥石相結(jié)合，顯著提高了固井水泥石的力學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供用于固井水泥石增初的四針狀氧化鋒晶須增初劑，該增初 劑保持了四針狀氧化鋒晶須的原有性能，克服了晶須易團(tuán)聚、長(zhǎng)短差別大易縱橫交錯(cuò)形成 大的空隙、對(duì)水泥漿水化有緩凝作用等缺點(diǎn)，既不影響水泥石的應(yīng)用性能，并可改變水泥石 的微觀結(jié)構(gòu)，能夠顯著提高固井水泥石的力學(xué)性能。
[0006] 為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供W下技術(shù)方案。
[0007] 用于固井水泥石增初的四針狀氧化鋒晶須增初劑，通過(guò)W下步驟制備：
[0008] (1)氧化鋒晶須的處理
[0009] 篩選:使用試樣篩對(duì)四針狀氧化鋒晶須進(jìn)行篩分處理，篩分20~40min后，使得四 針狀氧化鋒晶須的粒徑分布于45~150微米范圍內(nèi)。
[0010] 預(yù)干燥:將篩選好的氧化鋒晶須置于120°C的真空干燥箱中干燥8~lOh，除去晶須 表面的吸附水。
[0011] (2)改性試劑的配制
[0012] 將無(wú)水乙醇20~50g，去離子水3~lOg，硅烷偶聯(lián)劑2~lOg，依次加入Ξ頸燒瓶中， 配成一定濃度的偶聯(lián)劑-乙醇溶液，用濃度為0.5mol/L的鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值在2~4范圍內(nèi)， 室溫下靜置1~化，得到改性試劑。
[0013] (3)氧化鋒的改性處理
[0014]分散處理:將30~50g干燥后的晶須和20~60g無(wú)水乙醇在燒杯中分散1~化，配制 成晶須-無(wú)水乙醇溶液。
[0015] 改性處理:將改性試劑加入晶須-無(wú)水乙醇溶液中，恒溫70°C水浴攬拌反應(yīng)60min。
[0016] 抽濾:用無(wú)水乙醇和去離子水清洗改性溶液3~5遍。
[0017] 干燥:將抽濾后的氧化鋒固體放入噴霧干燥機(jī)中，干燥溫度為100~250°C，處理時(shí) 間為1~化，得到改性氧化鋒晶須。
[0018] (4)氧化鋒晶須增初劑的制備
[0019] 將改性氧化鋒晶須50~lOOg與Ξ乙醇胺10~20g-起放入攬拌機(jī)中，保持?jǐn)埌铏C(jī) 轉(zhuǎn)速3000~5000轉(zhuǎn)/分進(jìn)行攬拌10~30min，即得用于固井水泥石增初的四針狀氧化鋒晶須 增初劑。
[0020] W上所述物質(zhì)均為市售。
[0021] 本發(fā)明中，硅烷偶聯(lián)劑改性氧化鋒晶須的機(jī)理在于:偶聯(lián)劑在r作用下露出娃醇 基，進(jìn)而發(fā)生脫水縮合成一定聚合度的網(wǎng)狀齊聚物，運(yùn)種齊聚物表面的娃徑基與晶須表面 的鋒徑基形成氧鍵或者脫水縮合成Si-0-Zn鍵，接枝在晶須表面，同時(shí)，硅烷各分子間的娃 醇基相互縮合，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的膜覆蓋在晶須表面，使硅烷包覆無(wú)機(jī)物表面，從而降低其親 水性，減少在水中團(tuán)聚的可能性。處理后的氧化鋒晶須與Ξ乙醇胺的共混，增加氧化鋒晶須 的分散性，與水泥基材料有更好的相容性，高溫處理也提高了增初劑的耐溫性和耐久性，使 其更加適用于固井作業(yè)中。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明氧化鋒晶須增初劑具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0023] (1)篩分處理后，增初劑的粒徑與油井水泥顆粒的粒徑相近，當(dāng)水泥石形成較小微 裂紋時(shí)，可利用增初劑所具有的較小尺寸、特殊Ξ維針狀結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢(shì)，通過(guò)裂紋橋連、偏轉(zhuǎn) 和纖維拔出等增強(qiáng)作用提高水泥石力學(xué)性能；
[0024] (2)經(jīng)過(guò)硅烷偶聯(lián)劑改性，氧化鋒晶須親水性較低，減少了在水中團(tuán)聚的可能性；
[0025] (3)通過(guò)與Ξ乙醇胺混合，可W限制晶須在水泥漿中的相互接近，造成晶須間斥力 變大，使得晶須在水泥漿中的分散性良好，使增初劑易于發(fā)揮其增初作用；
[0026] (4)增初劑能夠均勻分散在水泥基材料中，不影響水泥漿原有的工程性能；
[0027] (5)增初劑在井下環(huán)境中有良好的耐久性和適應(yīng)性；
[0028] (6)含有本發(fā)明的固井水泥漿具有低失水性、良好的稠化性能等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)用性強(qiáng)， 可增強(qiáng)石油固井水泥環(huán)的初性。
[0029] 綜上所述，該增初劑能夠顯著提高固井水泥石力學(xué)性能，與未加入該增初劑的水 泥石相比較，加入增初劑的水泥石的抗壓強(qiáng)度變化很小，抗拉強(qiáng)度可提高約80% W上，楊氏 模量降低30% W上，水泥石的力學(xué)性能顯著改善，初性得到極大提高。
【具體實(shí)施方式】
[0030] W下通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0031] 實(shí)施例1
[0032] 制備用于提高固井水泥石力學(xué)性能的四針狀氧化鋒晶須增初劑，相關(guān)參數(shù)如下：
[0033] 氧化鋒晶須目數(shù)：100目。
[0034] 預(yù)干燥條件：120°C真空干燥，時(shí)間化。
[0035] 改性試劑配制:無(wú)水乙醇20g，去離子水3g，硅烷偶聯(lián)劑2g，抑=2,室溫下靜置時(shí)間 Iho
[0036] 氧化鋒改性處理?xiàng)l件:將30g干燥后的晶須和20g無(wú)水乙醇在燒杯中分散化，配制 成晶須-無(wú)水乙醇溶液待使用;將改性試劑倒入待用溶液中，恒溫70°C水浴快速攬拌60min。
[0037] 抽濾:無(wú)水乙醇清洗3遍。
[0038] 干燥：10(TC，時(shí)間為化。
[0039] 增初劑制備:改性氧化鋒晶須50g，Ξ乙醇胺lOg，攬拌機(jī)轉(zhuǎn)速3000~5000轉(zhuǎn)/分，時(shí) 間lOmin。
[0040] 制備含四針狀氧化鋒晶須增初劑的固井水泥漿及水泥石下均為重量份）：稱取 油井水泥100份，簇甲基纖維素鋼2份，木質(zhì)素橫酸鹽0.5份，將干粉混合均勻;稱取水50份， 將憐酸Ξ下醋0.1份和增初劑0.5~5份溶于水中。將含有增初劑的混合液與干粉在容器中 預(yù)混合，攬拌器W低速(4000 ± 200轉(zhuǎn)/分)轉(zhuǎn)動(dòng)，并在15秒內(nèi)加完稱取的干粉混合物，蓋上攬 拌器的蓋子，高速(12000±500轉(zhuǎn)/分)下繼續(xù)攬拌35秒，即得含有四針狀氧化鋒晶須增初劑 的固井水泥漿，在80°CX21M化X7d水浴養(yǎng)護(hù)條件下制得固井水泥石，按照API規(guī)范分別測(cè) 試固井水泥漿的工程性能和水泥石的力學(xué)性能。
[0041 ]該水泥漿與水泥石性能情況見(jiàn)表1和表2。
[0042] 表1實(shí)施例1-含四針狀氧化鋒晶須增初劑的固井水泥漿工程性能(8(TC)
[0043]
[0044] 注:稠化時(shí)間的測(cè)試條件:80°C X40MPa(升溫時(shí)間40min)
[0045] 表2實(shí)施例1-含四針狀氧化鋒晶須增初劑的固井水泥石力學(xué)性能
[0046]
[0047] 注:水泥石養(yǎng)護(hù)條件:80°C X21MPaX7d [004引實(shí)施例2
[0049] 制備用于提高固井水泥石力學(xué)性能的四針狀氧化鋒晶須增初劑。相關(guān)參數(shù)如下：
[0050] 氧化鋒晶須目數(shù):250目。
[0化1 ] 預(yù)干燥條件：120 Γ真空干燥，時(shí)間化。
[0052] 改性試劑配制:無(wú)水乙醇30g，去離子水4g，硅烷偶聯(lián)劑6g，pH= 3，室溫下靜置時(shí)間 1.5h〇
[0053] 氧化鋒改性處理?xiàng)l件:將40g干燥后的晶須和30g無(wú)水乙醇在燒杯中分散1.化，配 制成晶須-無(wú)水乙醇溶液待使用；將改性試劑倒入待用溶液中，恒溫70°C水浴快速攬拌 60min。
[0054] 抽濾:去離子水清洗3遍。
[0化5] 干燥：18(TC，時(shí)間為1.化。
[0056] 增初劑制備:改性氧化鋒晶須70g，Ξ乙醇胺15g，攬拌機(jī)轉(zhuǎn)速3000~5000轉(zhuǎn)/分，時(shí) 間20min。
[0057] 制備含四針狀氧化鋒晶須增初劑的固井水泥漿及水泥石下均為重量份）：稱取 油井水泥100份，簇甲基纖維素鋼2份，木質(zhì)素橫酸鹽0.5份，將干粉混合均勻;稱取水50份， 將憐酸Ξ下醋0.1份和增初劑0.5~5份溶于水中。將含有增初劑的混合液與干粉在容器中 預(yù)混合，攬拌器W低速(4000±200轉(zhuǎn)/分)轉(zhuǎn)動(dòng)，并在15秒內(nèi)加完稱取的干粉混合物，蓋上攬 拌器的蓋子，高速(12000±500轉(zhuǎn)/分)下繼續(xù)攬拌35秒，即得含有四針狀氧化鋒晶須增初劑 的固井水泥漿，在85ΓΧ21Μ化X7d水浴養(yǎng)護(hù)條件下制得固井水泥石，按照API規(guī)范分別測(cè) 試固井水泥漿的工程性能和水泥石的力學(xué)性能。
[005引該水泥漿與水泥石性能情況見(jiàn)表3和表4。
[0059]表3實(shí)施例2-使用了四針狀氧化鋒晶須增初劑的水泥漿工程性能
[0060]
[0061 ] 注:稠化時(shí)間的測(cè)試條件:80°C X45MPa(升溫時(shí)間45min)
[0062] 表4實(shí)施例2-使用了四針狀氧化鋒晶須增初劑的固井水泥石力學(xué)性能
[0063]
[0065] 注:水泥石養(yǎng)護(hù)條件:85°C X21MPaX7d
[0066] 實(shí)施例3
[0067] 制備用于提高固井水泥石力學(xué)性能的四針狀氧化鋒晶須增初劑，相關(guān)參數(shù)如下：
[0068] 氧化鋒晶須目數(shù):325目。
[0069] 預(yù)干燥條件:120°C真空干燥，時(shí)間lOh。
[0070] 改性試劑配制:無(wú)水乙醇50g，去離子水7g，硅烷偶聯(lián)劑5%，pH=4，室溫下靜置時(shí) 間化。
[0071] 氧化鋒改性處理?xiàng)l件:將50g干燥后的晶須和60g無(wú)水乙醇在燒杯中分散化，配制 成晶須-無(wú)水乙醇溶液待使用;將改性試劑倒入待用溶液中，恒溫70°C水浴快速攬拌60min。
[0072] 抽濾:分別用無(wú)水乙醇和去離子水清洗改性溶液5遍。
[0073] 干燥:250°C，時(shí)間為化。
[0074] 增初劑制備:改性氧化鋒晶須100g，S乙醇胺20g，攬拌機(jī)轉(zhuǎn)速3000~5000轉(zhuǎn)/分， 時(shí)間30min。
[0075] 制備含四針狀氧化鋒晶須增初劑的固井水泥漿及水泥石下均為重量份）：稱取 油井水泥100份，簇甲基纖維素鋼2份，木質(zhì)素橫酸鹽0.5份，將干粉混合均勻;稱取水50份， 將憐酸Ξ下醋0.1份和增初劑0.5~5份溶于水中。將含有增初劑的混合液與干粉在容器中 預(yù)混合，攬拌器W低速(4000 ± 200轉(zhuǎn)/分)轉(zhuǎn)動(dòng)，并在15秒內(nèi)加完稱取的干粉混合物，蓋上攬 拌器的蓋子，高速(12000±500轉(zhuǎn)/分)下繼續(xù)攬拌35秒，即得含有四針狀氧化鋒晶須增初劑 的固井水泥漿，在90°CX21M化X7d水浴養(yǎng)護(hù)條件下制得固井水泥石，按照API規(guī)范分別測(cè) 試固井水泥漿的工程性能和水泥石的力學(xué)性能。
[0076] 該水泥漿與水泥石性能情況見(jiàn)表5和表6。
[0077] 表5實(shí)施例3-使用了四針狀氧化鋒晶須增初劑的水泥漿工程性能 [007引
[0079] 注:稠化時(shí)間的測(cè)試條件:90°C X50MPa(升溫時(shí)間50min)
[0080] 表6實(shí)施例3-使用了四針狀氧化鋒晶須增初劑的固井水泥石力學(xué)性能
[0081]
[0082] 注:水泥石養(yǎng)護(hù)條件:90°C X 21MPa X 7d。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 用于固井水泥石增韌的四針狀氧化鋅晶須增韌劑，通過(guò)以下步驟制備： (1) 對(duì)四針狀氧化鋅晶須進(jìn)行篩分處理，使得四針狀氧化鋅晶須的粒徑分布于45~150 微米范圍內(nèi)，將篩選好的氧化鋅晶須置于120Γ的真空干燥箱中干燥8~10h，除去晶須表面 的吸附水； (2) 將無(wú)水乙醇20~50g，去離子水3~10g，硅烷偶聯(lián)劑2~10g，依次加入三頸燒瓶中， 配成一定濃度的偶聯(lián)劑-乙醇溶液，用鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值在2~4范圍內(nèi)，室溫下靜置1~2h， 得到改性試劑； (3) 將30~50g干燥后的晶須和20~60g無(wú)水乙醇在燒杯中分散1~2h，配制成晶須-無(wú) 水乙醇溶液，將改性試劑加入晶須-無(wú)水乙醇溶液中，恒溫70°C水浴攪拌反應(yīng)60min，然后抽 濾、干燥，得到改性氧化鋅晶須； (4) 將改性氧化鋅晶須50~100g與三乙醇胺10~20g-起放入攪拌機(jī)中，保持?jǐn)嚢铏C(jī)轉(zhuǎn) 速3000~5000轉(zhuǎn)/分進(jìn)行攪拌10~30min，即得用于固井水泥石增韌的四針狀氧化鋅晶須增 韌劑。2. 如權(quán)利要求1所述的用于固井水泥石增韌的四針狀氧化鋅晶須增韌劑，其特征在于， 其制備的第（3)步驟中將改性試劑加入晶須-無(wú)水乙醇溶液中，恒溫70°C水浴攪拌反應(yīng) 60min，然后抽濾、干燥，所述干燥是指將抽濾后的氧化鋅固體放入噴霧干燥機(jī)中，干燥溫度 為100~250 °C，處理時(shí)間為1~2h，得到改性氧化鋅晶須。
【文檔編號(hào)】C04B14/38GK106082743SQ201610393495
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月3日 公開(kāi)號(hào)201610393495.8, CN 106082743 A, CN 106082743A, CN 201610393495, CN-A-106082743, CN106082743 A, CN106082743A, CN201610393495, CN201610393495.8
【發(fā)明人】李明, 于永金, 靳建洲, 袁進(jìn)平, 徐 明, 齊奉忠, 張華 , 張弛, 郭小陽(yáng), 盧婭
【申請(qǐng)人】西南石油大學(xué), 中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院