一种可降低水泥浆自由液的二氧化硅分散液、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种可降低水泥浆自由液的二氧化硅分散液、制备方法及应用。所述分散液是由微硅、蒸馏水、聚阴离子分散剂、表面包覆剂、稳定剂、pH调节剂组成；以蒸馏水为100重量份计，各组分的用量范围如下:微硅43～150重量份；表面包覆剂0.043～12重量份；聚阴离子分散剂0.043～7.5重量份；稳定剂0.043～7.5重量份；pH调节剂0.000001～0.0315重量份。本发明专利技术的分散液的固含量可达60％，平均粒径小于200nm，粘度小于0.10Pa·s，稳定期可达1年，可用于油气井固井水泥浆，能有效控制水泥浆自由液。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油钻井固井领域，进一步地说，是涉及一种可降低水泥浆自由液的 二氧化硅分散液、制备方法及应用。
技术介绍
随着油气井固井技术的发展，对水泥浆自由液的控制非常严格，如水平井、大斜度 井要求零自由液，以防止水泥浆高边"窜槽"。二氧化硅分散液中的活性二氧化硅粒径在 150nm左右，比表面积高达21m2/g左右，能有效束缚水泥浆中的间隙水，抑制水泥浆产生自 由液；目前，用做油井水泥浆添加剂的二氧化硅分散液基本依赖于进口。形成油气井水泥浆 用二氧化硅分散液制备技术，对固井行业有重要的意义，也可以大大改变依赖进口的局面。 JP2007326727,2007公开了采用含有羧酸基团、酰胺基团、磺酸基团的水溶性共聚 物为分散剂，并可选择聚苯乙烯磺酸盐制备二氧化硅分散液，该分散液可作为一种水泥外 加剂使用。该方法的主要问题在于：采用这种方法制备的分散液在长期储备中产生胶凝现 象，甚至是产生无法恢复的胶凝现象，影响使用。 US6983800B2公开了一种以微娃为原料，制备二氧化娃分散液的方法，主要米用白 油、亲油粘土、亲油表活剂山梨糖醇酐三油酸酯与亲水表活剂聚氧乙烯山梨糖醇酐三油酸 酯乳化分散，可以用做水泥浆外加剂。该方法的主要问题在于：该二氧化硅分散液中含有矿 物油与亲油粘土，对水泥浆的性能有很大负面影响。 201210035276. 4公开了使用聚羧酸类分散剂来制备二氧化硅分散液。该方法主要 有两方面缺点：1、没有使用表面包覆的方法，不利于实现长期稳定，储存易产生沉淀。2、使 用聚羧酸盐类分散剂，时间久易变质，并伴随有腐臭味，也不利于实现长期稳定。
技术实现思路
为解决现有技术中出现的问题，本专利技术提供了一种可降低水泥浆自由液的二氧化 硅分散液、制备方法及应用。其固含量可达60%，平均粒径小于200nm，粘度小于0. 10Pa *s， 稳定期可达1年，可用于油气井固井水泥浆，能有效控制水泥浆自由液。 本专利技术的目的之一是提供一种可降低水泥浆自由液的二氧化硅分散液。 所述分散液是由微硅、蒸馏水、聚阴离子分散剂、表面包覆剂、稳定剂、pH调节剂组 成； 所述分散液中的固含量为总重量的30~60%;其中微硅中C含量低于1. 5%，，微 石圭的平均粒径小于200nm ; 以蒸馏水为100重量份的基准用量，聚阴离子分散剂、表面包覆剂、稳定剂、pH调 节剂、微硅相对于蒸馏水的重量份数范围： 蒸馏水 100重量份； 微娃 43~150重量份；优选为67~150重量份； 表面包覆剂0· 043~12重量份；优选为0· 335~12重量份； 聚阴尚子分散剂 〇· 043~7. 5重量份，优选为0· 335~7. 5重量份； 稳定剂 0· 043~7. 5重量份，优选为0· 335~7. 5重量份； pH 调节剂 0· 000001 ~0· 0315 重量份； 所述聚阴离子分散剂为聚丙烯酸盐分散剂； 所述表面包覆剂为乙二醇聚氧乙烯醚； 乙二醇聚氧乙烯醚优选为分子量为 200、400、1000、1500、2000、4000、6000、10000、 20000中的一种或者多种； 所述稳定剂为尿素； 所述pH调节剂为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或组合。 本专利技术的目的之二是提供一种可降低水泥浆自由液的二氧化硅分散液的制备方 法。 包括： 在蒸馏水中加入pH调节剂，调节pH值在4-6之间；然后边搅拌边依次加入所述用 量的聚阴离子分散剂、微硅、表面包覆剂、稳定剂，搅拌均匀后制得所述二氧化硅分散液。 本专利技术的构思是这样的：由于微硅的主要成分为活性二氧化硅颗粒，控制油井水 泥楽自由液能力强，平均粒径在l〇〇nm-200nm之间，本专利技术选用微娃为原材料。微娃极易团 聚，未经特殊工艺处理的微硅在水、空气等分散介质中的团聚体粒径非常大，一般为几十 个微米。因此，以微硅为原料，制备二氧化硅分散液时，（1)利用物理分散方法破坏微硅颗 粒间的团聚体，如：搅拌分散。（2)同时，需要加入聚阴离子分散剂来提高搅拌分散的效果。 (3)聚阴离子分散剂仅能吸附在微硅颗粒表面的氧空位上，不能够提供足够的空间位阻斥 力。颗粒表面不存在氧空位的部位则裸露在外面，并与水形成硅羟基官能团。还需要加入 表面包覆剂和稳定剂，充分搅拌，使表面包覆剂均匀吸附在微硅颗粒表面，形成一个完整的 包覆壳。表面包覆剂是一种能与硅羟基发生氢键吸附作用的聚合物，从而使整个微硅颗粒 表面形成一个完整的包覆壳，提高空间位阻斥力，并在稳定剂的协同作用下，抑制被分散开 的微硅颗粒形成二次团聚。 基于上述构思，本专利技术的二氧化硅分散液由微硅、蒸馏水、聚阴离子分散剂、表面 包覆剂、稳定剂、pH调节剂组成。 其中： (1)二氧化娃分散液的含量可以根据最终产品的固含量要求来确定，30-60 % (重量百分比），所述微硅中C含量低于1. 5%，微硅的平均粒径小于200nm ; (2)以蒸馏水为100重量份的基准用量，聚阴离子分散剂、表面包覆剂、稳定剂、pH 调节剂、微硅相对于蒸馏水的重量份数范围： 蒸馏水 100重量份； 微娃 43~150重量份；优选为67~150重量份； 表面包覆剂 0· 043~12重量份；优选为0· 335~12重量份； 聚阴尚子分散剂 〇· 043~7. 5重量份，优选为0· 335~7. 5重量份； 稳定剂 0· 043~7. 5重量份，优选为0· 335~7. 5重量份； pH 调节剂 0· 000001 ~0· 0315 重量份； (3) pH调节剂加入量能使最初的纯水的pH值达到4-6 ; (4)产品的粘度〈lOOmPa · s。 所说聚阴离子分散剂为聚丙烯酸盐分散剂。 所说的表面包覆剂，常用的为乙二醇聚氧乙烯醚。 所说的稳定剂为尿素。 所说的pH调节剂为一种酸性物质，为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或者一种以上。 所说的二氧化硅分散液是这样制备的： a在蒸馈水中加入pH调节剂，调节水的pH值在4-6之间； b在水溶液a中加入分散剂； c在分散搅拌机中使水溶液b与微娃充分混合分散； d在混合物c中加入表面包覆剂，并搅拌均匀； e在混合物d中入稳定剂，并搅拌均匀。 本专利技术的目的之三是提供一种二氧化硅分散液在油井水泥浆中的应用。 通过将所述二氧化硅分散液与油井水泥的其他外加剂，如：降失水剂、分散剂、缓 凝剂等，直接加入到油井水泥的配浆水中。二氧化硅分散液的加入量为5~25%。 专利技术效果： (1)利用本方法制备的二氧化硅分散液中有效固含量可达到60% ; (2)利用本方法制备的二氧化硅分散液平均粒径小于200nm ; (3)利用本方法制备的二氧化硅分散液粘度小于0· 10Pa · s ; (4)利用本方法制备的二氧化硅分散液稳定期可达一年。【具体实施方式】 下面结合实施例，进一步说明本专利技术。 实施例1 在100重量份蒸馏水中加入0. 00008重量份稀硝酸（浓度10 % )，使溶液的pH值 为6. 0,加入0. 06重量份的聚丙烯酸钠，搅拌均匀，加入43重量份微硅，在搅拌分散机中以 1400r/min的转速搅拌分散2小时，加入8重量份分子量为1000的乙二醇聚氧乙烯醚，搅拌 分散机以1400r/min的转速搅拌lOmin后，加入4重量份的尿素，搅拌分散机以1400r/min 的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可降低水泥浆自由液的二氧化硅分散液，其特征在于： 所述分散液是由微硅、蒸馏水、聚阴离子分散剂、表面包覆剂、稳定剂、pH调节剂组成； 所述分散液中的固含量为总重量的30～60％；其中，微硅中的C含量低于1.5％，微硅的平均粒径小于200nm； 以蒸馏水为100重量份计，各组分的用量范围如下: 蒸馏水  100重量份； 微硅    43～150重量份； 表面包覆剂  0.043～12重量份； 聚阴离子分散剂  0.043～7.5重量份 稳定剂    0.043～7.5重量份 pH调节剂  0.000001～0.0315重量份 微硅的平均粒径小于200nm 所述聚阴离子分散剂为聚丙烯酸盐分散剂； 所述表面包覆剂为乙二醇聚氧乙烯醚； 所述稳定剂为尿素； 所述pH调节剂为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或组合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏浩光，杨红歧，周仕明，张林海，谭春勤，刘小刚，穆海鹏，刘飞，方春飞，刘学鹏，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11