[發(fā)明專利]一種水泥漿增韌劑及在制備固井用柔性水泥漿中的應用

有效

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• 申請日: 2013-06-08
• 公開（公告）號: CN103305197A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設計）人: 程小偉;李早元;李明;郭小陽;龍丹;黃盛;辜濤;童杰;楊元意
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: C09K8/467
• 分類號: C09K8/467;C08J3/28
• 代理公司: 成都市輔君專利代理有限公司 51120
• 代理人: 楊海燕

技術領域

本發(fā)明涉及一種油井水泥漿增韌劑，主要用于油氣井固井領域，改善水泥的力學性能。

背景技術

油井水泥環(huán)在井下承受高聚能射流的射孔沖擊以及下套管和繼續(xù)鉆進時套管和鉆頭對水泥環(huán)的碰撞沖擊，因水泥環(huán)具有脆性特點，其整體完整性會遭到破壞，導致后期層間密封性能失效，對油氣井特別是高含酸性氣體井后期增產措施及開發(fā)生產具有潛在安全隱患，無法保障油氣井安全生產，造成巨大的經濟損失。因此，保證油井水泥環(huán)的完整性具有重要的意義。

廢舊橡膠是固體廢棄物的一種，其主要來源為廢舊橡膠制品。隨著橡膠工業(yè)及汽車工業(yè)的發(fā)展，大量的廢舊輪胎、橡膠制品及其邊角料不斷增多。廢舊橡膠的回收利用成了一個非常重要的問題。以前對廢舊橡膠只是做簡單的地面堆積、掩埋或焚燒處理，極易造成環(huán)境污染和消防安全問題。而且隨著廢舊橡膠數(shù)量迅速增長，已不可能有足夠土地可用于堆積場地。已有研究表明，將廢舊橡膠粉碎成顆粒作為分散相摻入到水泥基體中，可以提高水泥石的韌性。這是處理和回收廢舊橡膠較好的一種途徑。但是，由于橡膠顆粒是由橡膠直接粉碎而成，其內部的交聯(lián)結構未完全破壞，這種結構在一定程度上限制了表面分子鏈的運動，致使橡膠顆粒的表面呈惰性，親水性差。橡膠顆粒在水泥漿中成團聚集，不能均勻分散，嚴重時甚至漂浮在水泥漿表面。同時，與水泥漿相容性差，與成型后的水泥石的界面粘結不好。這將嚴重影響水泥石成型后的力學性能。因此，對橡膠顆粒進行表面改性尤為重要。

目前，有文獻報導了利用臭氧輻照（201010550838.X），微波輻照（ZL03134620.0）以及等離子體處理方法（201010167618.9）對橡膠粉進行表面處理，改善復合材料的力學性能。與傳統(tǒng)的工藝相比較，這些技術通常不會改變基體固有性能，改性作用僅僅發(fā)生在表面，無需溶解劑和水，不產生污染。但是，單純利用臭氧輻照或者等離子體對橡膠粉進行活化存在時效性問題，隨著時間的推移，處理后的橡膠粉親水性會下降，表面的極性基團減少，不適宜長期貯存。同時，受時效性的影響，經過處理的橡膠粉長期貯存后會嚴重影響改性復合材料的后期力學性能。通過等離子體處理的方法對橡膠粉進行表面活化刻蝕，然后通過等離子體接枝向橡膠粉表面專門引入極性基團，進而增加橡膠粉與固井水泥石的界面粘結力，提高固井水泥石力學性能尚未見有專利或非專利文獻報道。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種水泥漿增韌劑，該增韌劑是通過改性橡膠粉而制備，所述橡膠粉改性就是對粒徑大小一定的廢舊橡膠粉進行表面清洗，除去表面的雜質，然后對其進行等離子體活化和蝕刻處理再通過等離子體接枝，引入其他極性基團，對橡膠粉進行接枝。

本發(fā)明的另一目的在于提供該水泥漿增韌劑在制備固井用柔性水泥漿中的應用，將處理后的橡膠粉摻入固井用水泥漿中，可有效提高固井水泥石的力學性能。

為達到以上技術目的，本發(fā)明提供以下技術方案。

一種油井水泥漿增韌劑，該增韌劑通過將橡膠粉改性而制備，所述橡膠粉改性過程如下：

（1）橡膠粉的清洗：將目數(shù)為80-180目的橡膠粉盛于玻璃器皿中均勻鋪平后，放于等離子處理儀腔體內，開動電源，打開真空泵，待腔體內真空度達到10Pa以下時，打開流量閥，放入處理氣體，所述處理氣體為空氣、氧氣、氮氣其中一種、兩種或兩種以上混合物，待流量達到0.1～1L/min時，打開高頻電源開始放電，處理功率為50-300W，處理10-60s后關掉高頻電源、流量閥和真空泵，取出橡膠粉；

（2）橡膠粉的活化和蝕刻：對清洗后的橡膠粉繼續(xù)用步驟（1）所述方法處理，調整處理功率為50-300W，處理30-300s后，取出橡膠粉；

（3）橡膠粉的接枝：將活化和蝕刻后的橡膠粉放置于等離子體接枝設備中，在真空條件下，放入接枝用氣體，所述接枝用氣體為水蒸汽、乙醇蒸氣或其混合物，待流量達到0.1～1L/min時，打開高頻電源開始放電，處理時間10-250s，處理功率為50-300W。

該油井水泥漿增韌劑用于制備固井用柔性水泥漿，所述柔性水泥漿由以下各組分按重量份配比組成：100份水泥，5-50份改性橡膠粉，10-40份增強劑，15-80份密度調節(jié)劑，35-65份水，0.5-2份分散劑，0.5-3份降失水劑，1.5-4份緩凝劑，0.1-2份消泡劑。

所述水泥為硅酸鹽水泥。

所述增強劑為硅粉、微硅或其混合物。

所述密度調節(jié)劑為鐵礦粉、重晶石或漂珠。

所述分散劑為磺化單寧、六偏磷酸鈉或其混合物。

所述降失水劑為2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、羥乙基纖維素或其混合物。