基于表面改性陶瓷的地热井高强度暂堵水泥及其制备方法技术

本发明专利技术公开了基于表面改性陶瓷的地热井高强度暂堵水泥及其制备方法，属于新能源钻井堵漏水泥材料的技术领域。配方包括：G级油井水泥80份

【技术实现步骤摘要】
基于表面改性陶瓷的地热井高强度暂堵水泥及其制备方法


[0001]本专利技术涉及新能源钻井堵漏水泥材料领域，特别涉及基于表面改性陶瓷的地热井高强度暂堵水泥及其制备方法。

技术介绍

[0002]地热作为一种可再生清洁能源，是清洁取暖最具竞争力的能源之一。开发利用地热能源对于国家能源结构调整、节能减排和改善环境具有重要的现实意义，并能产生深远的影响。我国是以中低温为主的地热资源大国，目前已开发资源仍以水热型为主。为保证地热产能，常将地热井布置于含裂隙，甚至是岩溶洞穴型储层。因此，在地热井建造过程中，存在着钻探过程中需对地层进行堵漏，钻井结束后为增加产能需对地层解堵的矛盾。
[0003]已有研究中开展了根据钻井流体循环及热水产出过程中的温度变化，制备适用于中低温及高温地热井的可降解暂堵水泥基材料。但是，由于粉煤灰漂珠、聚合物颗粒或纤维的添加，导致了堵漏水泥强度锐减。而坚硬、耐久性强、性质稳定的废旧陶瓷，已被广泛用于提高水泥基材料强度的研究中。利用废旧陶瓷替代水泥产品，不仅可进行废物利用，并且有利于降低水泥制备过程中的碳排放及污染问题，利于环境保护。
[0004]虽然陶瓷废料用于水泥基材料中的实例已较多，但是针对氧化铝多孔陶瓷的应用研究仍较少，特别是利用水溶性聚合物对氧化铝多孔陶瓷颗粒进行表面包覆改性后，制备适用于中低温地热开发过程的暂堵型水泥的实例还未见报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供基于表面改性陶瓷的地热井高强度暂堵水泥及其制备方法。利用水溶性聚合物包裹改性的多孔陶瓷颗粒，通过陶瓷颗粒的添加，解决现有地热井暂堵水泥强度锐减的问题。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：基于表面改性陶瓷的地热井高强度暂堵水泥，所述高强度暂堵水泥包括以下份数的原料，按重量比计，G级油井水泥80份
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90份、表面改性陶瓷颗粒10份
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20份及水溶性聚合物纤维/颗粒0份
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3份。
[0007]进一步地，按重量比计，所述G级油井水泥80
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87份、所述表面改性陶瓷颗粒10份
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20份及所述水溶性聚合物纤维/颗粒0份
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3份。
[0008]进一步地，所述表面改性陶瓷颗粒由多孔陶瓷颗粒和水溶性聚合物聚乙烯醇组成，所述水溶性聚合物聚乙烯醇包覆在所述多孔陶瓷颗粒的表面上。
[0009]进一步地，所述多孔陶瓷颗粒采用粒径为2
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5mm的氧化铝多孔陶瓷颗粒。
[0010]进一步地，所述水溶性聚合物纤维/颗粒采用长度为6~12mm的高温水溶性聚乙烯醇纤维或粒径为2
‑
5mm的聚乙烯醇颗粒。
[0011]地热井高强度暂堵水泥的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：S1：利用所述水溶性聚合物聚乙烯醇的水溶液对所述多孔陶瓷颗粒进行浸泡，然
后对浸泡后的所述多孔陶瓷颗粒进行过滤及烘干，最后形成所述表面改性陶瓷颗粒；S2：按照比例将所述表面改性陶瓷颗粒、所述G级油井水泥和所述水溶性聚合物纤维/颗粒进行干燥搅拌，搅拌至混合均匀制成干料；S3：先将所述干料置于水泥净浆搅拌机中，再将水添加至所述水泥净浆搅拌机中，然后经过低速搅拌120s、停止30s、最后高速搅拌120s后制成浆液；S4：将所述浆液注入到立方体试模中进行常温养护3天，然后置于热水中浸泡超过1天，最终形成地热井高强度暂堵水泥。
[0012]进一步地，所述S3步骤中，按重量比计，所述水与所述干料的比为0.4~0.6。
[0013]进一步地，所述S4步骤中，所述热水的温度不小于90℃。
[0014]本专利技术的有益效果是：1）本专利技术通过利用高温水溶性聚合物对多孔陶瓷颗粒进行表面包覆改性，利用陶瓷本身的坚硬及耐久性强的特性，提高已有地热暂堵水泥强度的作用。在多孔陶瓷颗粒表面覆盖高温水溶性聚合物膜，使其在相对低温的钻井过程中保持陶瓷颗粒表面孔洞的封闭状态。在超过90℃的高温热水中，聚合物薄膜溶解，多孔陶瓷颗粒表面及内部孔洞释放，与水溶性聚合物纤维/颗粒溶解形成的孔洞一起，共同形成地热暂堵型水泥的孔结构，最终制备地热井高强度暂堵型水泥。
[0015]2）本专利技术针对目前已研制地热暂堵水泥的力学强度大幅度衰减的问题，基于表面改性的多孔陶瓷颗粒与水溶性聚合物纤维/颗粒，共同制备适用于中低温地热井建造过程的高强度暂堵水泥。由于陶瓷颗粒中的氧化铝参与并促进热水中水泥的水化反应，使得所制备材料在热水中浸泡后的强度大幅度提高。本专利技术面向我国广大中低温地热能的开发过程，采用废旧陶瓷颗粒部分替代油井水泥，对推进地热能开发、减少温室气体排放及环境保护有利。
附图说明
[0016]图1为表面包覆改性陶瓷颗粒的制备流程示意图；图2 (A)为改性前后陶瓷颗粒的累计孔径分布图；图2 (B)为改性前后陶瓷颗粒的孔径分布微分曲线图；图3为材料养护不同阶段后的抗压强度示意图；图4为90℃热水浸泡后各样品的液测渗透率对比图；图5(A)为实施例3中材料常温养护3天后的微观扫描电镜图，图5(B)为实施例3中材料经常温养护3天和90℃热水浸泡1天后的微观扫描电镜图。
具体实施方式
[0017]下面将结合实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0018]参阅图1
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图5，本专利技术提供一种技术方案：基于表面改性陶瓷的地热井高强度暂堵水泥，高强度暂堵水泥包括以下份数的原
料，按重量比计，G级油井水泥80份
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90份、表面改性陶瓷颗粒10份
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20份及水溶性聚合物纤维/颗粒0份
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3份。一般情况下，按重量比计，G级油井水泥80
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87份、表面改性陶瓷颗粒10份
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20份及水溶性聚合物纤维/颗粒0份
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3份。表面改性陶瓷颗粒由多孔陶瓷颗粒和水溶性聚合物聚乙烯醇组成，水溶性聚合物聚乙烯醇包覆在多孔陶瓷颗粒的表面上。多孔陶瓷颗粒采用粒径为2
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5mm的氧化铝多孔陶瓷颗粒。水溶性聚合物纤维/颗粒采用长度为6~12mm的高温水溶性聚乙烯醇纤维或粒径为2
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5mm的聚乙烯醇颗粒。其中，G级油井水泥和水溶性聚合物纤维/颗粒均为现有技术材料。
[0019]地热井高强度暂堵水泥的制备方法，制备方法包括以下步骤：（1）利用水溶性聚合物聚乙烯醇的水溶液对多孔陶瓷颗粒进行浸泡，然后对浸泡后的多孔陶瓷颗粒进行过滤及烘干，最后形成表面改性陶瓷颗粒。
[0020]（2）按照比例将表面改性陶瓷颗粒、G级油井水泥和水溶性聚合物纤维/颗粒进行干燥搅拌，搅拌至混合均匀制成干料。
[0021]（3）先将干料置于水泥净浆搅拌机中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于表面改性陶瓷的地热井高强度暂堵水泥，其特征在于：所述高强度暂堵水泥包括以下份数的原料，按重量比计，G级油井水泥80份
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90份、表面改性陶瓷颗粒10份
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20份及水溶性聚合物纤维/颗粒0份
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3份。2.根据权利要求1所述的基于表面改性陶瓷的地热井高强度暂堵水泥，其特征在于：按重量比计，所述G级油井水泥80
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87份、所述表面改性陶瓷颗粒10份
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20份及所述水溶性聚合物纤维/颗粒0份
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3份。3.根据权利要求2所述的基于表面改性陶瓷的地热井高强度暂堵水泥，其特征在于：所述表面改性陶瓷颗粒由多孔陶瓷颗粒和水溶性聚合物聚乙烯醇组成，所述水溶性聚合物聚乙烯醇包覆在所述多孔陶瓷颗粒的表面上。4.根据权利要求3所述的基于表面改性陶瓷的地热井高强度暂堵水泥，其特征在于：所述多孔陶瓷颗粒采用粒径为2
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5mm的氧化铝多孔陶瓷颗粒。5.根据权利要求3所述的基于表面改性陶瓷的地热井高强度暂堵水泥，其特征在于：所述水...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭慧静，叶有，何伟，陈瑶，冯涛，申岚，贺双，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：