本发明专利技术公开了改性蛭石增韧剂、其制备方法及在油井水泥浆体系的应用，该改性蛭石增韧剂由以下各组分按重量份配比组成：蛭石100份，改性沥青30～50份，纳米粉体2～5份，分散剂1～3份，水600～1000份。该改性蛭石增韧剂的制备方法包括：将蛭石煅烧后得到膨胀蛭石；称取纳米粉体、改性沥青、分散剂加入水中，然后加入膨胀蛭石，搅拌30min后取出，烘干即得改性蛭石增韧剂。该改性蛭石增韧剂在油井水泥浆体系的应用，是指以其作为增韧剂制备油井水泥浆体系。蛭石原料来源广泛，成本低，改性蛭石增韧剂的制备工艺和设备简单，易于机械化大规模生产，改性蛭石配制的油井水泥浆体系失水量小、稳定性好、流动性好，能满足现场注水泥施工要求。
【技术实现步骤摘要】
改性蛭石增韧剂、其制备方法及在油井水泥浆体系的应用
本专利技术涉及一种固井用改性蛭石增韧剂、其制备方法及在油井水泥浆体系的应 用。
技术介绍
固井是指在套管与地层或套管与上层套管之间的环空注水泥以支持和保护套管， 封隔地层的作业程序，是油气井建井工程中的一项关键环节。所形成的固井水泥环的性能 直接关系到后续试压、储层改造等作业措施能否顺利进行以及油气井的安全生产寿命。固 井水泥环就是环空注水泥浆体硬化后形成的水泥石，它本身是一种硬脆性材料，在井下高 温高压环境作用时，由于地层、套管和水泥环变形能力不一致，会导致水泥环密封失效；另 夕卜，套管试压，大规模强化开采措施，如射孔、酸化、压裂等后期作业也会对水泥环带来严重 的应力冲击，应力波在水泥环局部形成拉伸的高应力区，当水泥环的周向拉应力超过其强 度极限时，水泥环就会破裂，失去层间封固的能力，严重地会引发安全问题，带来严重的经 济损失。为了延长固井水泥环的使用寿命，提高固井质量，必须提高水泥石的韧性。 目前，多采用添加纤维、橡胶粉和胶乳等对水泥石进行降脆增韧改性，也取得了一 些研究成果。但是，现有这些措施的增韧效果还很有限，有的是以牺牲水泥石强度来达到增 韧目的的，没有从本质上解决水泥石脆性的问题，而且多存在现场施工困难的问题。因此， 开发新的有效的油井水泥石增韧剂势在必行。 蛭石是一种具有较高强度和弹性模量的层状硅酸盐矿物，属于单斜晶体，由三个 基本结构层组成的结构单元层堆置而成。层内为共价键结合，层间为分子键结合。主要化 低密度水泥浆实验研究的文章中采用蛭石作减轻材料，开发了密度1. 35?I. 50g/cm3的 低密度水泥浆体系。蛭石低密度水泥浆体系的不足之处是如果不复配硅灰或膨胀珍珠岩等 其他辅助外掺料，蛭石掺量超过25%以后，水泥石抗压强度急剧下降。 本专利技术采用溶液插层技术，在膨胀蛭石层间插入弹性和形变能力好的亲水性改性 浙青和纳米粉体材料对蛭石进行改性。改性后的蛭石作为油井水泥外掺料会对固井水泥石 产生增韧的新功效，当其掺量小于5%时，油井水泥石抗压强度降低幅度不大，克服了现有 蛭石低密度水泥石抗压强度低的缺陷。 采用改性蛭石作为固井水泥浆的增韧剂，这是一项全新增韧技术，国内外未见任 何报道。其增韧的原理是在层状硅酸盐材料中加入软质的浙青从而制成增韧剂，一旦加入 油井水泥浆中，硬化水泥石中就会产生许多弱界面和微裂纹。浙青与蛭石界面以及浙青与 水泥石界面都属于弱界面。加入改性蛭石后的油井水泥石受到外力冲击时，水泥石中裂纹 扩展到达改性浙青和蛭石的弱结合界面以及水泥石与浙青的弱结合界面时，在载荷作用下 弱结合界面上就会形成微裂纹，并且微裂纹将沿着弱界面发生偏转或分层，增大裂纹扩展 路径，让能量在裂纹扩展过程中释放，达到增韧油井水泥石的目的。改性蛭石中的软质浙青 颗粒对裂纹也有拦截作用，并在裂纹尾尖端产生塑性变形区，在吸收冲击外力产生的部分 能量时，又使得裂纹被桥联而增韧水泥石。另外，改性蛭石在煅烧过程中会产生活性SiO2和 Al2O3，它们与硅酸盐水泥水化产生的Ca(OH)2反应，获得蛭石和水泥石化学结合的强界面。 整个水泥石体系中，弱界面相互独立并处于强界面的连续网络之中。弱界面起到微裂纹增 韧的效果，强界面可以阻止主裂纹与微裂纹的连接合并，保证了水泥石的结构完整性，从而 保证了水泥石的强度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供改性蛭石增韧剂，蛭石原料来源广泛，成本低廉，具有广阔 的市场前景。 本专利技术的另一目的还在于提供该增韧剂的制备方法，采用聚合物溶液插层法制备 改性蛭石增韧剂的工艺原理可靠，操作简单，易于实现机械化，且不污染环境。 本专利技术的另一目的还在于提供该增韧剂在油井水泥浆体系的应用，用改性蛭石增 韧的油井水泥浆体系克服了现有技术的不足，工程性能满足固井工况，水泥石具有良好的 抗压强度、抗拉强度和韧性。 为达到以上技术目的，本专利技术提供以下技术方案。 所述改性蛭石增韧剂的制备，是将蛭石煅烧到700?1000°C，得到膨胀蛭石，以改 性浙青和纳米混合粉体为插层剂，采用溶液插层技术制成改性蛭石增韧剂。 改性蛭石增韧剂，由以下各组分按重量份配比组成：蛭石100份，改性浙青30? 50份，纳米粉体2?5份，分散剂1?3份，水600?1000份。 所述蛭石为80?200目的淡绿色或黄铜色市售蛭石。 所述改性浙青为磺化浙青FT-I (产品技术指标符合标准Q/CNPC95-2003)。 所述纳米粉体为纳米二氧化硅、纳米氧化锆或其混合物。 所述分散剂为硅酸钠或聚氧化乙烯。 该改性蛭石增韧剂的制备方法，包括：将蛭石在700?1000°C范围内煅烧，煅烧后 得到膨胀蛭石；量取600?1000重量份水，称取2?5重量份纳米粉体、30?50重量份改 性浙青、1?3重量份分散剂加入水中，配制成混合液，将其放在恒温水浴锅（T = 80°C )中 搅拌lOmin，然后加入100重量份膨胀蛭石，继续搅拌30min后取出，在90°C下烘干，即得改 性蛭石增韧剂。 该改性蛭石增韧剂在油井水泥浆体系的应用，是指以其作为增韧剂制备油井水泥 浆体系，该体系由以下各组分按重量份配比组成： 所述油井水泥为G级油井水泥。本文档来自技高网...
【技术保护点】
改性蛭石增韧剂，由以下各组分按重量份配比组成：蛭石100份，改性沥青30～50份，纳米粉体2～5份，分散剂1～3份，水600～1000份；所述蛭石为80～200目的淡绿色或黄铜色市售蛭石；所述改性沥青为磺化沥青；所述纳米粉体为纳米二氧化硅、纳米氧化锆或其混合物；所述分散剂为硅酸钠或聚氧化乙烯。
【技术特征摘要】
1. 改性蛭石增韧剂，由以下各组分按重量份配比组成：蛭石100份，改性浙青30?50 份，纳米粉体2?5份，分散剂1?3份，水600?1000份；所述蛭石为80?200目的淡绿 色或黄铜色市售蛭石；所述改性浙青为磺化浙青；所述纳米粉体为纳米二氧化硅、纳米氧 化锆或其混合物；所述分散剂为硅酸钠或聚氧化乙烯。2. 如权利要求1所述的改性蛭石增韧剂的制备方法，包括：将蛭石在700?1000°C 范围内煅烧，煅烧后得到膨胀蛭石；量取600?1000重量份水，称取2?5重量份纳米粉 体、30?50重量份改性浙青、1?3重量份分散剂加入水中，配制成混合液，将其放在T= 80°C的恒温水浴锅中搅拌lOmin，然后加入...
【专利技术属性】
技术研发人员：张春梅，郭小阳，李早元，程小伟，李明，刘健，王平，辜涛，常培敏，杨万桃，陈龙，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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