一种改性油井水泥基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于聚合物水泥基复合材料成型加工技术领域，具体涉及改性油井水泥基复合材料的及其制备方法。采用将获得的改性环氧树脂与油井水泥按一定质量百分数进行均匀搅拌，注入模具固化成型，24h脱模后，放入温度为20±2℃，湿度为60±5%恒温恒湿养护室养护28d，制得超高韧性且环境友好的改性油井水泥基复合材料，本发明专利技术制备方法能降低环氧树脂油井水泥基复合材料的制备成本，改善油井水泥基复合材料的综合性能，与未改性的油井水泥基复合材料相比，其抗折强度及抗压强度均有显著提高。

A modified oil well cement based composite material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种改性油井水泥基复合材料及其制备方法
本专利技术属于聚合物水泥基复合材料成型加工
，具体涉及一种改性油井水泥基复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚合物改性水泥基复合材料（Polymer-modifiedcementitiousmixtures）是指在传统水泥基复合材料中按照一定比例和特定方法加入聚合物材料，从而使得水泥基复合材料性能得以改善。传统的水泥基复合材料和聚合物都已经分别有了较为全面的研究。聚合物改性水泥基复合材料可应用于墙体材料、地面和道路工程以及修补工程，也可作为理想的修补材料、砌体材料和建筑物抹面防水材料等。其中在道路工程中，由于聚合物水泥基复合材料防水性好、强度高及变形能力良好，因而可作为铺面材料，能够减少混凝土面层的开裂，延长其服役寿命。但环氧树脂价格昂贵，且环氧树脂类水泥基复合材料耐久性差，尤其在紫外线及温度的双重作用下极易老化、脆化。因此研究价格低廉及耐久性好的聚合物水泥基复合材料具有重要意义。石油工程主要包括地质勘探、钻井、固井、开采。固井是其重要的环节，良好的固井质量有利于该井的继续钻进和后续完井、采油等作业。固井，即在油井井眼与套管之间的环空注入水泥，待其凝固后形成水泥环加固井壁、固定套管以及封隔油气水层、从而保证了钻井的安全性以及油气生产能够贯穿于整个开采过程中。其中，注水泥作业的主要目的就是对套管外环进行有效封隔，进而防止油气井在钻井，测井作业和生产过程中发生处于不同地层的流体窜流现象。水泥环的主要功能是支撑和保护套管，由于油气井的开采环境比较严酷（从地下几百米到几千米不等），面对高温高压的外界条件，开采过程中的射孔等力学荷载冲击，水泥环本身的自收缩和化学收缩等非力学荷载的影响，硬化后的水泥环在使用过程中很容易产生开裂，进而引发一系列油气渗漏和其他气体窜流等问题，造成严重的安全事故。为此，固井水泥环的韧性和抗渗性是其必须具有的性能。不同于传统无机材料，聚合物因其分子链结构和分子中链节或链段的自旋转性而具有良好的弹性和塑性。将聚合物与油井水泥基复合材料复配，可以解决水泥环脆性大，抗渗性低等问题，进而赋予油井水泥基复合材料在使用过程中的力学性能。本专利技术以改性料、环氧树脂与油井水泥为原料制备改性油井水泥基复合材料。改性环氧树脂胶粒与油井水泥颗粒形成交联结构，其中油井水泥水化反应会消耗改性料合成过程中产生的自由水，使之形成油井水泥基复合材料，进而提高了水泥环的力学性能。本专利技术制备的改性油井水泥基复合材料能吸收水泥环中的断裂能量，提高其韧性，有效减缓银纹的产生及扩展，从而提高了改性油井水泥基复合材料综合性能，降低了制备成本。随着浅层石油的开采殆尽，石油开采被迫向着深井、超深井、特殊井的方向发展。国内深井、超深井数量逐年增加，因此，开发能够满足深井、超深井固井所需要的油井水泥基复合材料不仅具有重大的现实意义，而且具有广阔的市场前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种改性油井水泥基复合材料及其制备方法，以其提高综合性能的同时降低油井水泥基复合材料的制备成本。本专利技术采用脱羧腰果壳液与三亚乙基四胺及甲醛发生缩聚反应生成酚醛胺，酚醛胺作为环氧树脂的良好固化剂，赋予环氧树脂良好的拉伸强度、伸长率、弯曲强度、撕裂强度、耐磨强度、弹性模量及疲劳强度的力学性能。解决油井水泥基复合材料脆性大、抗裂性差及其价格昂贵的问题。本专利技术制得的改性油井水泥基复合材料价格低廉且具有良好的综合性能。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提供一种改性油井水泥基复合材料，所述改性油井水泥基复合材料的原料包括改性料、环氧树脂和油井水泥；所述改性料通过油浴加热由脱羧腰果壳液、三亚乙基四胺和甲醛按投料顺序混合后反应得到；所述改性料和环氧树脂在室温下混合得到改性环氧树脂。上述改性料，按原料质量份数计包括：9~22份脱羧腰果壳液，8~21份三亚乙基四胺，3~8份甲醛溶液。上述改性料的制备过程，包括如下步骤：（1）在三口烧瓶中，按原料质量份数加入脱羧腰果壳液，以65℃油浴加热并以600r/min机械搅拌0.5h；（2）按原料质量份数加入三亚乙基四胺，以100r/min机械搅拌，滴加完毕后，以600r/min机械搅拌2h；（3）按原料质量份数向三口烧瓶中0.1mL/s逐滴加入甲醛，以100r/min机械搅拌，滴加完毕后，逐渐升温至90℃，再保温反应3h，得到改性料。上述改性环氧树脂中改性料占环氧树脂质量百分数为25%。上述改性油井水泥基复合材料中改性环氧树脂占油井水泥质量百分数为40%~70%。上述一种改性油井水泥基复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）按原料质量百分数将环氧树脂与改性料室温下均匀搅拌混合3min，制得改性环氧树脂，之后加入油井水泥搅拌3min后出料，制得改性油井水泥基拌合物；（2）在试模内平铺锡箔纸并均匀涂抹凡士林，将步骤（1）制备的改性油井水泥基拌合物浇注至模内，随后采用震实台震实，最后用抹刀将表面抹平；（3）试件凝固24h后脱模，恒温养护，得到改性油井水泥基复合材料。进一步地，所述试模的尺寸为40mm×40mm×160mm。进一步地，所述恒温养护具体为：放入温度为20±2℃，湿度为60±5%恒温恒湿养护室养护28d。一种改性油井水泥透水混凝土，其原料组分包括：改性料、环氧树脂、油井水泥、骨料。一种改性油井水泥透水混凝土的制备方法：改性料与环氧树脂的按质量比在水泥胶砂搅拌机中搅拌2min得改性环氧树脂；按质量比例加入油井水泥后继续搅拌搅拌均匀后获得胶凝材料，然后加入粒径为4.75~9.5mm骨料，均匀搅拌后出料的备料；试模涂抹凡士林，把搅拌均匀的备料倒入试模中浇筑，浇筑过程中均匀分四层进行插捣，其中第四层为高出试模20mm；而后用捣棒沿试模内壁插拔捣实，在每层插捣完毕后采用橡胶锤夯实，最后用抹刀将表面抹平；试件凝固24h后脱模，放入温度为20±2℃，湿度为60±5%恒温恒湿养护室养护7d、28d后取出测试性能。上述制备方法中，改性料与环氧树脂的质量比为2:8或者3:7；改性环氧树脂与油井水泥质量比为9:1；胶凝材料占骨料质量百分数的4%~8%。本专利技术的显著优点在于：本专利技术提供了一种改性油井水泥基复合材料及其制备方法。本专利技术改性油井水泥基复合材料在制备过程中油井水泥水化反应会消耗改性料合成过程中产生的自由水，使之形成油井水泥基复合材料，进而提高了水泥环的力学性能。本专利技术制备的改性油井水泥基复合材料能吸收水泥环中的断裂能量，提高其韧性，有效减缓银纹的产生及扩展，从而提高了改性油井水泥基复合材料综合性能，降低了制备成本。本专利技术的改性油井水泥基复合材料具有良好的相容性，使其克服分子内应力大而容易造成固化物质脆、易开裂，难以满足特定应用条件下的性能的缺点。附图说明图1是改性油井水泥基复合材料7d抗折强度。横坐标均表示改性环氧树脂占油井水泥的质量分数；图中柱状图上方横线表示数据均值的标准差，柱状图上方无相同字母，则表示两组数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性油井水泥基复合材料，其特征在于：所述改性油井水泥基复合材料的原料包括改性料、环氧树脂和油井水泥；所述改性料通过油浴加热由脱羧腰果壳液、三亚乙基四胺和甲醛按投料顺序混合后反应得到；所述改性料和环氧树脂在室温下混合得到改性环氧树脂。/n

【技术特征摘要】
1.一种改性油井水泥基复合材料，其特征在于：所述改性油井水泥基复合材料的原料包括改性料、环氧树脂和油井水泥；所述改性料通过油浴加热由脱羧腰果壳液、三亚乙基四胺和甲醛按投料顺序混合后反应得到；所述改性料和环氧树脂在室温下混合得到改性环氧树脂。


2.根据权利按要求1所述的一种改性油井水泥基复合材料，其特征在于：所述改性料，按原料质量份数计包括：9~22份脱羧腰果壳液，8~21份三亚乙基四胺，3~8份甲醛溶液。


3.根据权利要求2所述的一种改性油井水泥基复合材料，其特征在于：所述的改性料的制备过程，包括如下步骤：
（1）在三口烧瓶中加入脱羧腰果壳液，油浴加热升温至65℃，并以600r/min搅拌0.5h；
（2）按原料质量份数加入三亚乙基四胺，以100r/min机械搅拌，滴加完毕后，以600r/min搅拌；
（3）按原料质量份数向烧瓶中0.1mL/s逐滴加入甲醛，以100r/min机械搅拌，滴加完毕后，逐渐升温至90℃再保温反应3h，得到所述改性料。


4.根据权利按要求1所述的一种改性油井水泥基复合材料，其特征在于：所述改性环氧树脂中改性料占环氧树脂质量百分数为25%。


5.根据权利按要求1所述的一种改性油井水泥基复合材料，其特征在于：所述改性油井水泥基复合材料中改性环氧树脂占油井水泥质量百分数为40%~70%。


6.一种制备如权利要求1所述的一种改性油井水泥基复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）按原料质量百分数将环氧树脂与改性料室温下均匀混合搅拌3min制得改性...

【专利技术属性】
技术研发人员：范永通，范永强，范跃通，
申请(专利权)人：范永通，
类型：发明
国别省市：河北;13