一种油井水泥沉降稳定剂及其制备方法和水泥浆技术

本发明专利技术提供一种油井水泥沉降稳定剂及其制备方法和水泥浆，所述油井水泥沉降稳定剂包括纳米管和聚集在所述纳米管表面的活性硅铝氧化物，其中，所述活性硅铝氧化物具有Si

【技术实现步骤摘要】
一种油井水泥沉降稳定剂及其制备方法和水泥浆


[0001]本专利技术涉及石油行业油气井固井工程领域，具体涉及一种油井水泥沉降稳定剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]油井水泥沉降稳定剂是用在固井水泥浆中防止颗粒沉降，增加水泥浆体系稳定性的一种油井水泥外加剂。在油气井固井中，水泥浆的稳定性直接影响现场施工的安全性和固井质量。随着我国油气资源勘探不断向非常规、深层、超深层等方向发展，钻遇复杂地层的情况越来越多，地层温度和压力越来越高，这些复杂情况直接影响水泥浆的沉降稳定性，进而影响固井质量。首先，在高温条件下，水泥浆中的固体颗粒布朗运动加剧，导致水泥浆的粘滞力降低，沉降速度加快；其次，深井或异常高压井往往需要使用高密度水泥浆，高密度水泥浆使用的加重材料，如铁矿粉等，与水泥颗粒的密度和粒径相差较大，因而会对水泥浆的沉降稳定性造成严重破坏；第三，深井高温条件下，为提高水泥浆的抗高温性能并满足施工时间要求，往往需要增加缓凝剂的用量，而大部分缓凝剂都具有一定的分散性，因而会加剧水泥浆的沉降不稳定性；第四，在深井、超深井往往存在顶部温差过大等问题，即上部井段温度远低于井底温度，导致上部井段水泥浆出现超缓凝现象，水泥浆凝固时间大大延长，从而加剧了水泥浆沉降的不稳定性。
[0003]现有沉降稳定剂分为有机高分子类和无机粉体类，有机高分子聚合物在低温条件下具有良好的悬浮性能，黏度较高，但大部分耐温性能不佳，在高温条件下，易受热分解，黏度下降，导致其悬浮性能下降甚至完全丧失；无机粉体类在低温条件下对水泥浆的增稠作用大，加量大时，导致水泥浆流动性能下降、触变增大，严重影响泵送甚至施工安全。

技术实现思路

[0004]鉴于上述现有技术中存在的问题，为适应深层高温高压油气田的开发需求，本专利技术的目的之一在于提供一种油井水泥沉降稳定剂。
[0005]本专利技术的目的之二在于提供一种油井水泥沉降稳定剂的制备方法。
[0006]本专利技术的目的之三在于提供一种与上述目的之二相对应的制备方法制得的油井水泥沉降稳定剂。
[0007]本专利技术的目的之四在于提供一种与上述目的相对应的油井水泥沉降稳定剂的应用。
[0008]本专利技术的目的之五在于提供一种与上述目的相对应的固井用水泥浆体系。
[0009]为实现上述目的之一，本专利技术采取的技术方案如下：
[0010]一种油井水泥沉降稳定剂，包括：纳米管和聚集在所述纳米管表面的活性硅铝氧化物，其中，所述活性硅铝氧化物具有Si
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Al三维网状结构。
[0011]根据本专利技术，通过制备方法可以得知二氧化硅和三氧化二铝形成的是具有Si
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Al三维网状结构的活性硅铝氧化物；通过肉眼可以观测到活性硅铝氧化物聚集在所述纳米
管的表面。
[0012]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述纳米管的管径为5～100nm，管长为0.5～50μm，优选地，所述纳米管选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、埃洛石纳米管、二氧化钛纳米管和硅纳米管中的一种或多种。
[0013]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述纳米管与所述活性硅铝氧化物的质量比为(0.001～1):(5～30)，优选为(0.005～0.8):(10～30)。
[0014]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述活性硅铝氧化物中，硅元素的含量以二氧化硅计，铝元素的含量以三氧化二铝计，则硅元素与铝元素的质量比为(20～70):(30～80)，优选为(30～60):(40～70)。
[0015]为实现上述目的之二，本专利技术采取的技术方案如下：
[0016]一种油井水泥沉降稳定剂的制备方法，包括：
[0017]S1.对包含二氧化硅和三氧化二铝的混合体系进行煅烧处理，得到混合物；
[0018]S2.将所述混合物、纳米管和碱性溶液混合，得到第一悬浊液；
[0019]S3.对所述第一悬浊液进行水热处理，得到包含油井水泥沉降稳定剂的第二悬浊液；
[0020]S4.从所述第二悬浊液中分离出所述油井水泥沉降稳定剂，并任选地对所述油井水泥沉降稳定剂进行干燥和/或研磨。
[0021]在本专利技术的一些优选的实施方式中，步骤S1中，所述混合体系中，所述二氧化硅和所述三氧化二铝的质量比为(20～70):(30～80)，优选为(30～60):(40～70)。
[0022]在本专利技术的一些优选的实施方式中，步骤S1中，所述二氧化硅的平均粒径为10～100nm，优选为10～80nm。
[0023]在本专利技术的一些优选的实施方式中，步骤S1中，所述三氧化二铝的平均粒径为10～100nm，优选为10～80nm。
[0024]在本专利技术的一些优选的实施方式中，步骤S1中，所述煅烧处理的条件包括：温度为550℃～1100℃，时间为1h～4h。
[0025]在本专利技术的一些优选的实施方式中，步骤S2中，所述混合物、所述纳米管和所述碱性溶液的质量比为(5～30):(0.001～1):100，优选为(10～30):(0.005～0.8):100。
[0026]在本专利技术的一些优选的实施方式中，步骤S2中，所述纳米管的管径为5～100nm，管长为0.5～50μm。
[0027]在本专利技术的一些优选的实施方式中，步骤S2中，所述纳米管选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、埃洛石纳米管、二氧化钛纳米管和硅纳米管中的一种或多种。
[0028]在本专利技术的一些优选的实施方式中，步骤S2中，所述碱性溶液包括碱性物质和溶剂，所述碱性物质选自氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、氢氧化铯、氢氧化锂、硅酸钠和硅酸钾中的一种或多种。
[0029]在本专利技术的一些优选的实施方式中，步骤S2中，所述碱性物质选自氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、氢氧化铯、氢氧化锂、硅酸钠和硅酸钾中的两种，优选地，两种碱性物质的摩尔比为1:(0.5～2)。
[0030]在本专利技术的一些优选的实施方式中，步骤S2中，所述碱性物质包括第一碱性物质和第二碱性物质，所述第一碱性物质选自氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、氢氧化
铯和氢氧化锂中的一种或多种，所述第二碱性物质选自硅酸钠和硅酸钾中的一种或多种，优选地，第一碱性物质和第二碱性物质的摩尔比为(0.1～5):1，优选为(0.5～2):1。
[0031]在本专利技术的一些优选的实施方式中，步骤S2中，所述溶剂为水。
[0032]在本专利技术的一些优选的实施方式中，步骤S2中，所述碱性溶液中，碱性物质的浓度为1～15mol/L。
[0033]在本专利技术的一些优选的实施方式中，步骤S2中，所述混合的方式包括依次进行搅拌和超声，所述搅拌的条件包括：搅拌转速为2000～5000rpm，搅拌时间为1～5min；所述超声的条件包括：超声频率为10～30kHz，功率为1000～3000W，分散时间为5～30min。
[0034]在本专利技术的一些优选的实施方式中，步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种油井水泥沉降稳定剂，包括：纳米管和聚集在所述纳米管表面的活性硅铝氧化物，其中，所述活性硅铝氧化物具有Si
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Al三维网状结构，优选地，所述纳米管的管径为5～100nm，管长为0.5～50μm，优选地，所述纳米管选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、埃洛石纳米管、二氧化钛纳米管和硅纳米管中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的油井水泥沉降稳定剂，其特征在于，所述纳米管与所述活性硅铝氧化物的质量比为(0.001～1):(5～30)，优选为(0.005～0.8):(10～30)。3.根据权利要求1或2所述的油井水泥沉降稳定剂，其特征在于，所述活性硅铝氧化物中，硅元素的含量以二氧化硅计，铝元素的含量以三氧化二铝计，则硅元素与铝元素的质量比为(20～70):(30～80)，优选为(30～60):(40～70)。4.一种油井水泥沉降稳定剂的制备方法，包括：S1.对包含二氧化硅和三氧化二铝的混合体系进行煅烧处理，得到混合物；S2.将所述混合物、纳米管和碱性溶液混合，得到第一悬浊液；S3.对所述第一悬浊液进行水热处理，得到包含油井水泥沉降稳定剂的第二悬浊液；S4.从所述第二悬浊液中分离出所述油井水泥沉降稳定剂，并任选地对所述油井水泥沉降稳定剂进行干燥和/或研磨。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述混合体系中，所述二氧化硅和所述三氧化二铝的质量比为(20～70):(30～80)，优选为(30～60):(40～70)；和/或所述二氧化硅的平均粒径为10～100nm，优选为10～80nm；所述三氧化二铝的平均粒径为10～100nm，优选为10～80nm；和/或所述煅烧处理的条件包括：温度为550℃～1100℃，时间为1h～4h。6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述混合物、所述纳米管和所述碱性溶液的质量比为(5～30):(0.001～1):100，优选为(10～30):(0.005～0.8):100；和/或所述纳米管的管径为5～100nm，管长为0.5～50μm，优选地，所述纳米管选自单壁碳纳米管、多壁碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小江，魏浩光，刘仍光，周仕明，王牧，苗霞，刘浩亚，
申请(专利权)人：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：