[發(fā)明專利]一種甘氨酸改性碳納米管/甘氨酸改性碳納米管固井水泥漿及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010047364.0
• 申請(qǐng)日: 2020-01-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111153642A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 竇倩;王濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院
• 主分類號(hào): C04B28/02
• 分類號(hào): C04B28/02;C09K8/467
• 代理公司: 西安億諾專利代理有限公司 61220
• 代理人: 劉少穎

本發(fā)明公開(kāi)了一種甘氨酸改性碳納米管/甘氨酸改性碳納米管固井水泥漿及其制備方法，改性后的碳納米管表面的酰胺基團(tuán)能夠提高碳納米管的分散性，將其應(yīng)用在固定水泥中制備甘氨酸改性碳納米管固井水泥漿，由以下重量份的原料組成：油井水泥100份，降失水劑1?2份，油井水泥分散劑0.2?0.4份，甘氨酸改性碳納米管0.01?0.1份，消泡劑0.05?0.2份、清水44份；同時(shí)公開(kāi)了甘氨酸改性碳納米管固井水泥漿的制備方法。本發(fā)明提供的甘氨酸改性碳納米管固井水泥漿使水泥漿的力學(xué)性能增強(qiáng)，同時(shí)消除了分散劑對(duì)碳納米管固井水泥漿性能的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固井水泥漿技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種甘氨酸改性碳納米管/甘氨酸改性碳納米管固井水泥漿及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著大型體積壓裂技術(shù)的發(fā)展，致密油水平井、致密氣井壓裂完成后套管外水泥環(huán)的密封失效引起的生產(chǎn)及安全隱患問(wèn)題已經(jīng)凸顯，開(kāi)展壓裂井井筒完整性的方案研究已刻不容緩。提高固井水泥石的韌性是解決上述問(wèn)題的有效途徑之一，纖維、膠乳、橡膠顆粒等增韌材料先后被應(yīng)用于油井水泥以增強(qiáng)其韌性，該方面的研究取得了一些成效，但也有各自的缺陷，材料尺寸過(guò)大降低了水泥石的內(nèi)部結(jié)合力是影響其應(yīng)用的一個(gè)重要因素。因此，研究者們嘗試采用體積更小的納米維度的材料來(lái)提高水泥石韌性，其中，碳納米管由于其超高的抗拉伸強(qiáng)度和較高的彈性應(yīng)變，成為研究的熱點(diǎn)之一。對(duì)于碳納米管水泥，混凝土、水泥砂漿方面的研究較多。對(duì)于要求一定的溫度和壓力下工程施工性能和后期力學(xué)韌性兼?zhèn)涞奶技{米管油井水泥，目前的研究尚不完善。劉鑒增等、劉慧婷等、馮宇思等分別在其科技論文中對(duì)油井水泥摻入碳納米管的性能變化進(jìn)行了研究，主要借助分散劑對(duì)碳納米管進(jìn)行分散，取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果。但隨著碳納米管加量的增大，分散劑加量也隨之增大，過(guò)多的分散劑對(duì)油井水泥稠化、流變等性能均帶來(lái)較大的影響。

以目前在碳納米管分散方面，效果較好、認(rèn)可度較高的分散劑阿拉伯膠為例。分別配置不同濃度的碳納米管+阿拉伯膠（雙因素）水泥漿與阿拉伯膠（單因素）水泥漿，雙因素水泥漿中阿拉伯膠與碳納米管的質(zhì)量比為5:1，實(shí)驗(yàn)的兩種水泥漿中阿拉伯膠的加量范圍為0～0.30%，空白樣為基礎(chǔ)配方水泥漿。測(cè)試其稠化時(shí)間、72h抗壓強(qiáng)度，結(jié)果如表1所示。由表中可知，阿拉伯膠和碳納米管混合加入可以適當(dāng)提高水泥漿的性能，但阿拉伯膠的加入影響了碳納米管的功效發(fā)揮，這主要是因?yàn)榘⒗z本身對(duì)水泥漿產(chǎn)生了嚴(yán)重的緩凝效應(yīng)，當(dāng)加量（阿拉伯膠單因素）提高至0.30%時(shí)，水泥漿攪拌600 min后仍然未凝，72h抗壓強(qiáng)度已降至10MPa以下，嚴(yán)重影響了其工程應(yīng)用。因此，有必要對(duì)無(wú)分散劑條件下的碳納米管油井水泥復(fù)合材料進(jìn)行研究。

下表為不同加量阿拉伯膠對(duì)水泥漿性能的影響

針對(duì)以上不足，本發(fā)明采用甘氨酸改性的方法對(duì)碳納米管表面進(jìn)行化學(xué)修飾，改性之后碳納米管表面的酰胺基團(tuán)一方面能夠改善碳納米管的極性提高其分散性，另一方面其吸附性強(qiáng)的特點(diǎn)可在一定程度上提高碳納米管與水泥水化產(chǎn)物的結(jié)合力，因此對(duì)碳納米管進(jìn)行甘氨酸改性對(duì)碳納米管固井水泥漿的性能提升較為有利。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種甘氨酸改性碳納米管和一種甘氨酸改性碳納米管固井水泥漿及其制備方法，旨在提高碳納米管水泥漿的整體力學(xué)性能。

一種甘氨酸改性碳納米管，所述甘氨酸改性碳納米管按照以下方法制備，份數(shù)按重量份計(jì)，具體為：

（1）稱取羧基化碳納米管1份，依次向其加入二氯甲烷10份、草酰氯1.2份，DMF 0.1份，得到混合溶液A；將此混合溶液A于室溫下攪拌過(guò)夜，旋蒸除去溶劑，回收底層黑色固體，洗滌，抽濾，干燥，得酰氯化碳納米管；

（2）取步驟（1）制得酰氯化碳納米管1份，依次向其加入二氯甲烷10份、甘氨酸1.2份，三乙胺2份，置于室溫下攪拌使其充分混合，然后加入35份質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的碳酸氫鈉飽和溶液進(jìn)行淬滅反應(yīng)，旋蒸去除溶劑，過(guò)濾回收底層黑色固體，用去離子水洗滌、抽濾、干燥、稱重得到甘氨酸改性碳納米管。