[發明專利]用于固井水泥石增韌的四針狀氧化鋅晶須增韌劑

有效

• 申請號: 201610393495.8
• 申請日: 2016-06-03
• 公開（公告）號: CN106082743B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 李明;于永金;靳建洲;袁進平;徐明;齊奉忠;張華;張弛;郭小陽;盧婭
• 申請（專利權）人: 西南石油大學;中國石油集團鉆井工程技術研究院
• 主分類號: C04B20/12
• 分類號: C04B20/12;C04B14/38;C09K8/467
• 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

本發明涉及一種用于提高固井水泥石力學性能的四針狀氧化鋅晶須增韌劑，屬于石油天然氣勘探開發領域。

背景技術

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形空間至預定層位，水泥漿凝結硬化后形成水泥石，水泥石所構成的水泥環起到支撐套管和封隔油氣水層的作用。水泥環完整性對后續鉆井、油氣開采、油氣增產至關重要，但由于水泥石是一種抗拉強度很低的脆性材料，受到試壓、射孔、開采、酸化壓裂等作業影響時，水泥石易脆裂形成裂縫造成水泥環完整性失效，導致地層流體層間竄通、環空帶壓等問題。因此，在水泥漿中加入增韌材料以降低水泥石脆性并提高水泥石力學性能對維持水泥環完整性是非常重要的。

目前，固井水泥石用增韌劑主要有膠乳、橡膠顆粒和纖維等，膠乳的缺點在于用量大，綜合性能難于調節；橡膠顆粒的缺點在于與水泥漿的相容性差；纖維的缺點在于在水泥漿中難以均勻分散，且在注水泥中易導致堵管等問題。四針狀氧化鋅晶須是一種具有空間立體結構的晶須，因其立體結構和高強度特征，引入水泥石中會改變水泥石的晶膠比，具有提高水泥石力學性能的可能性。但要將四針狀氧化鋅晶須用于提高固井水泥石力學性能，就必須對四針狀氧化鋅晶須進行處理，使其在水泥漿中具有良好的分散性和適用性。

四針狀氧化鋅晶須在水泥漿中應用的缺點主要是易團聚、長短差別大易縱橫交錯形成大的空隙，可能對水泥漿水化有緩凝作用等。四針狀氧化鋅晶須尚未用于固井水泥石領域，本發明對四針狀氧化鋅晶須進行篩選、分散劑處理，處理后的四針狀氧化鋅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合，顯著提高了固井水泥石的力學性能。

發明內容

本發明的目的在于提供用于固井水泥石增韌的四針狀氧化鋅晶須增韌劑，該增韌劑保持了四針狀氧化鋅晶須的原有性能，克服了晶須易團聚、長短差別大易縱橫交錯形成大的空隙、對水泥漿水化有緩凝作用等缺點，既不影響水泥石的應用性能，并可改變水泥石的微觀結構，能夠顯著提高固井水泥石的力學性能。

為達到上述技術目的，本發明提供以下技術方案。

用于固井水泥石增韌的四針狀氧化鋅晶須增韌劑，通過以下步驟制備：

(1)氧化鋅晶須的處理

篩選：使用試樣篩對四針狀氧化鋅晶須進行篩分處理，篩分20～40min后，使得四針狀氧化鋅晶須的粒徑分布于45～150微米范圍內。

預干燥：將篩選好的氧化鋅晶須置于120℃的真空干燥箱中干燥8～l0h，除去晶須表面的吸附水。

(2)改性試劑的配制

將無水乙醇20～50g，去離子水3～10g，硅烷偶聯劑2～10g，依次加入三頸燒瓶中，配成一定濃度的偶聯劑-乙醇溶液，用濃度為0.5mol/L的鹽酸溶液調節pH值在2～4范圍內，室溫下靜置1～2h，得到改性試劑。

(3)氧化鋅的改性處理

分散處理：將30～50g干燥后的晶須和20～60g無水乙醇在燒杯中分散1～2h，配制成晶須-無水乙醇溶液。

改性處理：將改性試劑加入晶須-無水乙醇溶液中，恒溫70℃水浴攪拌反應60min。

抽濾：用無水乙醇和去離子水清洗改性溶液3～5遍。

干燥：將抽濾后的氧化鋅固體放入噴霧干燥機中，干燥溫度為100～250℃，處理時間為1～2h，得到改性氧化鋅晶須。

(4)氧化鋅晶須增韌劑的制備

將改性氧化鋅晶須50～100g與三乙醇胺10～20g一起放入攪拌機中，保持攪拌機轉速3000～5000轉/分進行攪拌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。

以上所述物質均為市售。

本發明中，硅烷偶聯劑改性氧化鋅晶須的機理在于：偶聯劑在H⁺作用下露出硅醇基，進而發生脫水縮合成一定聚合度的網狀齊聚物，這種齊聚物表面的硅羥基與晶須表面的鋅羥基形成氧鍵或者脫水縮合成Si-O-Zn鍵，接枝在晶須表面，同時，硅烷各分子間的硅醇基相互縮合，形成網狀結構的膜覆蓋在晶須表面，使硅烷包覆無機物表面，從而降低其親水性，減少在水中團聚的可能性。處理后的氧化鋅晶須與三乙醇胺的共混，增加氧化鋅晶須的分散性，與水泥基材料有更好的相容性，高溫處理也提高了增韌劑的耐溫性和耐久性，使其更加適用于固井作業中。

與現有技術相比，本發明氧化鋅晶須增韌劑具有以下優點：