[發明專利]一種尿素改性碳納米管固井水泥漿及其制備方法

有效

• 申請號: 202010411334.3
• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111439946B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 倪軍;王濤;竇倩;王仙仙;于小龍
• 申請（專利權）人: 陜西延長石油（集團）有限責任公司
• 主分類號: C04B24/12
• 分類號: C04B24/12;C04B28/02;C09K8/487
• 代理公司: 西安億諾專利代理有限公司 61220
• 代理人: 葉靜

本發明公開一種尿素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、尿素改性碳納米管0.02?0.15份、消泡劑0.05?0.2份和清水44份；尿素改性碳納米管由以下方法制備：取碳納米管1份，加入10份濃硫酸和30份硝酸，混合，得溶液A；溶液A在140?150℃超聲處理3h，用質量分數為20%的過氧化氫水溶液處理2?3h，離心，用蒸餾水沖洗至中性，抽濾，干燥，得到固體S；向固體S中依次加入20份乙腈和1.2份EDCI，得到混合溶液B；向混合溶液B中依次加入1.2份尿素和2份三乙胺，室溫下攪拌2h，過濾，旋蒸去除溶劑，回收底層黑色固體，用去離子水沖洗，干燥，即可。是通過尿素改性碳納米管在固井水泥漿中的分散性，來提高碳納米管固井水泥漿的力學性能。

技術領域

本發明屬于固井水泥漿技術領域，具體涉及一種尿素改性碳納米管固井水泥漿及其制備方法。

背景技術

近年來，鑒于納米材料的高速發展，采用納米材料提高固井水泥石的性能在學術界及固井工程領域是研究的一個熱點。碳納米管是一種具有高模量和高強度的一維材料，直徑一般為幾納米到幾十納米，管壁厚度僅為幾納米，長度可達數微米。研究及實踐證明，碳納米管可以提高固井水泥石的力學性能，但是由于其長徑比較大，極易發生管與管之間的纏繞，影響其效果的發揮。因此，對于碳納米管固井水泥漿來說，最大的難點是解決其分散性的問題。

劉鑒增等、劉慧婷等、馮宇思等、竇倩等分別在其科技論文中對油井水泥摻入碳納米管的性能變化進行了研究，主要借助分散劑對碳納米管進行分散，取得了較好的實驗效果。但是進一步深入研究發現，對碳納米管分散效果較好的分散劑與固井水泥漿混合使用時存在一定的問題，主要是以下兩個方面：①為達到一定的性能要求，固井水泥漿一般需加入一定量的外加劑，碳納米管分散劑與外加劑之間配伍性存在一定的問題，極易發生不可預料的相互反應、相互影響導致總體效果出現偏差；②碳納米管分散劑在高溫高壓條件下會對油井水泥本身水化產生不確定的影響，室內測試表明，碳納米管分散劑在一定加量范圍內，對油井水泥的稠化時間和沉降穩定性有極大的影響，會出現嚴重的上下分層，導致固井施工出現一定的風險，而且進一步導致固井質量較差。

因此，為提高碳納米管在水泥漿中的分散效果，棄用分散劑轉而采用一定的方法提高其自身的分散功能是一種行之有效的解決方案。據研究，碳納米管接枝酰胺基團，對提高其分散性、增強與水泥水化產物的結合力，進而提升固井水泥漿性能是極為有利的。有一種方法是采用甘氨酸對碳納米管進行改性，接枝酰胺基團。但是該方法一方面需要先對羧基碳納米管進行酰氯化，再采用甘氨酸進行改性，反應步驟較多，反應產率受到限制；另一方面，該方法需要用碳酸氫鈉水溶液進行淬滅反應，原料較多、過程復雜。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明提供了一種較為溫和且步驟更簡潔的碳納米管酰胺化方法，其設計思路及反應機理為，先將碳納米管羧基化，羧基負離子作為親核試劑再與EDCI中的碳發生親電加成反應形成酸酐，進一步加入尿素后，尿素的胺基作為親核試劑與酸酐的碳發生親核取代反應得到酰胺。本發明的目的通過是尿素改性的方法提高碳納米管在固井水泥漿中的分散性，以此提高碳納米管固井水泥漿的力學性能。

一種尿素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、尿素改性碳納米管0.02-0.15份、消泡劑0.05-0.2份和清水44份；

所述尿素改性碳納米管的制備方法為：

（1）稱取碳納米管1份，依次加入10份濃硫酸和30份硝酸，混合，得溶液A；將溶液A在140-150℃超聲處理3h，再用質量分數為20%的過氧化氫水溶液處理2-3h，離心，用蒸餾水沖洗至中性，抽濾，干燥，得到固體S；

（2）向步驟（1）得到的固體S中依次加入20份乙腈和1.2份EDCI，得到混合溶液B；