一種用于降低油氣井水泥石脆性的碳酸鎂晶須增韌劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及石油天然氣勘探開發(fā)中用于油氣井固井的一種增初劑，此增初劑能夠 達到降低水泥石脆性的效果，改善水泥石的力學(xué)性能。
【背景技術(shù)】
[0002] 固井作業(yè)后水泥漿凝固形成油井水泥環(huán)（石），水泥環(huán)的作用包括支撐套管并防 止地層流體對套管的腐蝕、封隔漏失層和巧塌層等復(fù)雜地層、封隔油氣水層為實現(xiàn)資源分 層開發(fā)奠定基礎(chǔ)。優(yōu)質(zhì)的水泥環(huán)應(yīng)維持長期密封完整性，運對油氣井生產(chǎn)壽命至關(guān)重要，并 直接影響后期油氣開采。由于水泥石是脆性材料，受射孔、壓裂、開采等后續(xù)作業(yè)和地下巖 層復(fù)雜作用力的影響，易產(chǎn)生微裂縫和微環(huán)隙，導(dǎo)致油氣井層間封隔失效，不利于油氣開采 及增產(chǎn)。因此，研究獲得能夠降低水泥石脆性的材料對油氣開采及增產(chǎn)至關(guān)重要。目前，在 石油領(lǐng)域多使用纖維來降低水泥環(huán)的脆性，但常用的聚醋纖維、聚丙締纖維、碳纖維等有機 纖維在水泥石中分散性差、成本高且耐久性差，不能有效地改善水泥石的初性，因此，亟需 研究得到能夠降低水泥石脆性的材料。
[0003] 晶須是一類纖維狀單晶體。晶須的直徑很小，一般為0. 1~10μm，長徑比為10~ 100,由于它的直徑微小，難W容納到大晶體的縫隙中，因此運種高度有序的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致晶須 的強度通常接近于晶格原子間化學(xué)鍵的理論強度。在目前所知的一維、兩維、Ξ維增強體 中，晶須是性能最優(yōu)的復(fù)合材料增強增初體。碳酸儀晶須是一種尺寸遠小于短纖維的須狀 單晶體，兼有礦物微粉和纖維的特性，具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、隔熱性和耐磨性。但運種晶 須與水泥石的相容性較差，如果對運種晶須進行特殊處理，使之與水泥石有良好的相容性， 那么碳酸儀晶須將會成為一種理想的增初材料，目前還未在水泥漿中應(yīng)用。
[0004] 為使碳酸儀晶須與水泥石有良好的相容性，可W先采用沉淀法Si化包覆碳酸儀晶 須，然后再對包裹后的晶須用偶聯(lián)劑改性。Si〇2包覆是利用無機物對材料表面進行"包覆" W達到改性的目的，利用簡單的沉淀現(xiàn)象進行包膜。偶聯(lián)劑是具有兩性結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，其分子 中的一部分基團可與粉體表面的各種官能團反應(yīng)，形成強有力的化學(xué)鍵合，另一部分基團 可與有機高聚物發(fā)生某些化學(xué)反應(yīng)或物理纏繞，從而將兩種物質(zhì)差異很大的材料牢固地結(jié) 合起來。硅烷偶聯(lián)劑是一類具有特殊結(jié)構(gòu)的低分子有機娃化合物，其與無機礦物間相互作 用，在材料表面形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)膜，使材料表面性能改變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種能夠降低油氣井水泥石脆性的碳酸儀晶須增初劑，該 增初劑保持了碳酸儀晶須的原有性能，并且能夠很好地與水泥材料相結(jié)合，不影響水泥漿 原有的工程性能，并在一定程度上改變了水泥石的脆性結(jié)構(gòu)，可W顯著降低油氣井水泥石 脆性。
[0006] 為達到上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供W下技術(shù)方案：
[0007]一種用于降低油氣井水泥石脆性的碳酸儀晶須增初劑，通過W下步驟制備：
[0008] (1)通過沉淀法用Si化包覆碳酸儀晶須
[0009] 溶液配制：配制0. 05~0. 15mol/L的NazSiOs水溶液100血。
[0010] 碳酸儀晶須處理：將10~30g碳酸儀晶須加入到100血去離子水中，利用超聲波 分散10~30min。
[0011] 沉淀包覆：將含有碳酸儀晶須的溶液移至80°C的恒溫水浴中，在快速攬拌下滴加 配置好的NazSiOs溶液，同時WC0 2為沉淀劑，不斷通入C0 2,并觀測懸浮液的抑值，當(dāng)抑達 到8~9時，停止通C〇2。
[0012] 顆粒處理：陳化時間2~化，再對懸浮液進行洗涂過濾，在120°C條件下干燥2地， 篩分得到長度為40~80μm的Si化包覆碳酸儀晶須顆粒。
[0013] (2)采用硅烷偶聯(lián)劑對Si〇2包覆碳酸儀晶須顆粒進行改性
[0014] 將硅烷偶聯(lián)劑用無水乙醇配成濃度為0. 5~1. 5質(zhì)量％的稀釋液，把Si〇2包覆碳 酸儀晶須顆粒浸泡其中20~40min后，用清水反復(fù)清洗除去表面多余偶聯(lián)劑。
[0015] (3)噴霧干燥
[0016] 將偶聯(lián)劑改性的晶須顆粒置于噴霧干燥設(shè)備中，干燥溫度設(shè)為100~200°C，處理 30min后取出，即得用于降低油氣井水泥石脆性的碳酸儀晶須增初劑。
[0017] W上所述物質(zhì)均為市售。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下有益效果：
[0019] (1)該增初劑通過Si〇2包覆后，保存了碳酸儀晶須原有的性能結(jié)構(gòu)，其長徑比和高 強度等優(yōu)良性能均能在水泥材料中發(fā)揮作用；
[0020] 似偶聯(lián)劑在Si〇2包覆進行再次改性，硅烷各分子的娃醇又相互締合齊聚形成網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)的膜覆蓋在晶須顆粒表面，使其無機化，更有利于晶須顆粒與水泥顆粒的結(jié)合；
[0021] (3)與未加入增初劑的水泥石相比較，加入增初劑的水泥石的抗壓強度略有增加， 而抗折強度則大幅度上升。W抗壓強度/抗折強度運一指標(biāo)來看，加入增初劑的水泥石的 脆性顯著降低。碳酸儀晶須增初劑有效地降低了油井水泥石的脆性，改善了油井水泥石力 學(xué)性能。
【具體實施方式】
[0022] W下通過碳酸儀晶須增初劑的制備及性能測試的各實施例進一步說明本發(fā)明。 陽〇2引實施例1
[0024] 制備用于降低油氣井水泥石脆性的碳酸儀晶須增初劑相關(guān)參數(shù)如下： 陽0巧]溶液配制：0. 05mol/LNa2Si〇3水溶液100血。
[0026] 晶須處理：10g碳酸儀晶須加入到100血去離子水中，超聲波分散lOmin。
[0027] 沉淀包覆條件：80°C恒溫水浴，通入C〇2至懸浮液抑=8。
[0028] 陳化時間：2h。
[0029] 包覆干燥：120°C，24h。
[0030] 偶聯(lián)劑：濃度為0. 5質(zhì)量％。
[0031] 浸泡時間：20min。
[0032] 噴霧干燥：100°C，30min。
[0033] 碳酸儀晶須增初劑制備好后，加入水泥中再制備固井增初水泥漿（W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，微娃粉5份，所稱 干粉混合均勻；稱取水60份，將憐酸Ξ下醋0. 1份和增初劑1~10份溶于水中。將含有增 初劑的水溶液與均勻混合后的干粉在容器中預(yù)混合，攬拌器W低速（4000 + 200轉(zhuǎn)/分）轉(zhuǎn) 動，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，即得固井增初水泥漿。 W34] 按照API規(guī)范測試固井增初水泥漿的工程性能。稠化時間的測試條件： 90°CX50MPa(升溫時間 50min)。水泥石養(yǎng)護條件：30°C/60°C/90°CX常壓Xld/3d/7d。
[0035] 該水泥漿與水泥石性能情況見表1和表2。
[0036] 表1實施例1制備的固井增初水泥漿工程性能
[0037]
W40] 實施例2
[0041] 制備用于降低油氣井水泥石脆性的碳酸儀晶須增初劑相關(guān)參數(shù)如下：
[0042]溶液配制：0.lOmol/LNazSiOs水溶液 100血。 陽043] 晶須處理：20g碳酸儀晶須加入到100血去離子水中，超聲波分散20min。
[0044] 沉淀包覆條件：80°C恒溫水浴，通入C〇2至懸浮液抑=8.5。 W45] 陳化時間：2. 5h。
[0046] 包覆干燥：120 °C，2地。
[0047] 偶聯(lián)劑：濃度為1. 0質(zhì)量％。
[0048]浸泡時間：30min。 W例 噴霧干燥：150°C，30min。
[0050] 制備固井增初水泥漿（W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，微娃粉5份，所稱干粉混合均勻；稱取水60份，將憐酸Ξ下醋0.1 份和增初劑1~10份溶于水中。將含有增初劑的水溶液與均勻混合后的干粉在容器中預(yù) 混合，攬拌器W低速（4000 + 200轉(zhuǎn)/分）轉(zhuǎn)動，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，即得固井增初水泥漿。
[0051] 按照API規(guī)范測試固井增初水泥漿的工程性能。稠化時間的測試條件： 90°CX50MPa(升溫時間 50min)。水泥石養(yǎng)護條件：30°C/90°CX21MPaX28d。
[0052] 該水泥漿與水泥石性能情況見表3和表4。
[0053] 表3實施例2制備的固井增初水泥漿工程性能
[0054]
陽0郎]實施例3
[0059] 制備用于降低油氣井水泥石脆性的碳酸儀晶須增初劑相關(guān)參數(shù)如下：
[0060]溶液配制：0. 15mol/LNa2Si〇3水溶液 100血。
[0061] 晶須處理：30g碳酸儀晶須加入到100血去離子水中，超聲波分散30min。
[0062] 沉淀包覆條件：80°C恒溫水浴，通入C〇2至懸浮液抑=9。
[0063] 陳化時間：3h。
[0064]包覆干燥：120°C，24h。 陽0化]偶聯(lián)劑：濃度為1. 5質(zhì)量％。
[0066]浸泡時間：40min。
[0067]噴霧干燥：200 °C，30min。
[0068] 制備固井增初水泥漿（W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，微娃粉5份，所稱干粉混合均勻；稱取水60份，將憐酸Ξ下醋0. 1 份和增初劑1~10份溶于水中。將含有增初劑的水溶液與均勻混合后的干粉在容器中預(yù) 混合，攬拌器W低速（4000 + 200轉(zhuǎn)/分）轉(zhuǎn)動，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，即得固井增初水泥漿。 W例按照API規(guī)范測試固井增初水泥漿的工程性能。稠化時間的測試條件： 90°CX50MPa(升溫時間 50min)。水泥石養(yǎng)護條件：30°C/60°C/90°CX常壓Xld/3d/7d。
[0070] 該水泥漿與水泥石性能情況見表5和表6。
[0071] 表5實施例3制備的固井增初水泥漿工程性能
[0072]
【主權(quán)項】
1. 一種用于降低油氣井水泥石脆性的碳酸鎂晶須增韌劑，通過以下步驟制備： (1) 通過沉淀法用3102包覆碳酸鎂晶須： 配制0· 05~0· 15mol/L的Na2Si03水溶液lOOmL，將10~30g碳酸鎂晶須加入到lOOmL去離子水中，利用超聲波分散10~30min，將含有碳酸鎂晶須的溶液移至80°C的恒溫水浴 中，攪拌下滴加Na2Si03溶液，同時不斷通入C0 2，當(dāng)懸浮液的pH值達到8~9時，停止通C02， 陳化2~3h，再對懸浮液進行洗滌過濾，在120 °C條件下干燥24h，篩分得到長度為40~ 80μπι的5102包覆碳酸鎂晶須顆粒； (2) 采用硅烷偶聯(lián)劑對5102包覆碳酸鎂晶須顆粒進行改性： 將硅烷偶聯(lián)劑用無水乙醇配成濃度為0. 5~1. 5質(zhì)量％的稀釋液，把Si02包覆碳酸鎂 晶須顆粒浸泡其中20~40min后，用清水反復(fù)清洗除去表面多余偶聯(lián)劑； (3) 噴霧干燥： 將偶聯(lián)劑改性的晶須顆粒置于噴霧干燥設(shè)備中，干燥溫度為100~200°C，處理30min后取出，即得用于降低油氣井水泥石脆性的碳酸鎂晶須增韌劑。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于降低油氣井水泥石脆性的碳酸鎂晶須增韌劑，通過以下步驟制備：(1)將碳酸鎂晶須加入去離子水中，利用超聲波分散后移至80℃的恒溫水浴中，滴加Na2SiO3水溶液，不斷通入CO2，當(dāng)懸浮液的pH值達到8～9時，停止通CO2，陳化2～3h，再對懸浮液進行洗滌過濾、干燥、篩分；(2)采用硅烷偶聯(lián)劑對SiO2包覆碳酸鎂晶須顆粒進行改性；(3)將偶聯(lián)劑改性的晶須顆粒置于噴霧干燥設(shè)備中，干燥溫度為100～200℃，處理30min后得到碳酸鎂晶須增韌劑。本發(fā)明保持了碳酸鎂晶須的原有性能，并且能夠很好地與水泥材料相結(jié)合，不影響水泥漿原有的工程性能，可以顯著降低油氣井水泥石的脆性。
【IPC分類】C09K8/03
【公開號】CN105368411
【申請?zhí)枴緾N201510925384
【發(fā)明人】李明, 靳建洲, 袁進平, 于永金, 徐 明, 齊奉忠, 劉碩瓊, 張弛, 郭小陽, 郭子涵
【申請人】西南石油大學(xué), 中國石油集團鉆井工程技術(shù)研究院
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年12月11日