【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及油气资源开发，具体涉及一种固井水泥用固废基增强材料及其制备方法。
技术介绍
1、随着工业化和城市化进程的快速发展，固废的产生量持续增加，给环境保护和可持续发展带来了巨大的大挑战。因此，开展工业固废收集、处理与资源化利用技术及其应用的研究具有重要意义。其中资源化利用技术的开发和应用，能够将固废转化为可再生资源，实现循环利用，但受到客观经济条件的制约，严重制约工业固废的资源化利用技术的使用效率。而多源固废协同处理制备功能材料是固废资源化利用的新思路之一。
2、中国海洋油气资源丰富，勘探开发的潜力巨大，大力开发海洋油气资源有利于促进和提高我国石油生产，为中国经济持续健康的增长提供强有力的能源保障。未来石油能源的发展会逐渐从浅水走向深水，所以对深水油气开采技术的研究开发尤显重要。深水固井所面临的低温环境严重延缓了油井水泥的水化，导致侯凝时间过长。目前，加入早强剂是低温固井中缩短水泥凝结时间、提高水泥石早期强度的主要方法。但大多数早强剂存在早强效果不佳、导致水泥浆流动性等工程性能变差等问题，难以满足深水固井要求。因此在深水低温固井中开发新型的低温早强材料具有重要的意义。
技术实现思路
1、为了克服低温固井水泥浆上述技术难点，本专利技术提供了一种固井水泥用固废基增强材料及其制备方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一方面，本专利技术提供了一种固井水泥用固废基增强材料，包括重量百分比计的以下原料：10～20wt％活性组分
4、进一步地，所述活性组分a的制备方法如下：
5、sa1、将电石渣、生物质炉渣和加气混凝土废料按照质量比(3-5):4:1置于球磨罐中湿磨，液料比为0.8～1.2，得到浆料a；
6、sa2、将浆料a置于密封搅拌罐中，加入浆料a中固相质量1wt％的分散稳定剂进行搅拌，得到浆料b；
7、sa3、将浆料b置于离心设备中进行液固分离，将液固分离底部的固相烘干为干粉，得到活性组分a；
8、优选地，所述sa1中湿磨转速为300～500rpm，湿磨时间为72h；
9、优选地，所述sa2中搅拌温度为60～80℃，搅拌时间为48～72h。
10、进一步地，所述分散稳定剂为酮醛缩合物和微晶纤维素的混合物。
11、进一步地，所述电石渣的cao含量65～70wt％，ph为12～13。
12、进一步地，所述生物质炉渣的sio2含量≥65wt％，al2o3含量≥15wt％，粒径小于325目。
13、进一步地，所述加气混凝土废料由托勃莫来石、半结晶的c-s-h(i)、c-s-h凝胶和二氧化硅组成，经粉碎研磨，粉体细度小于600目。
14、进一步地，所述活性组分b由改性锆硅渣、硅锰渣、磷渣、碱渣按照质量比3:2:1:(1-2)混合而成；
15、优选地，所述改性锆硅渣的sio2含量≥90wt％，ph呈中性，粉体粒径小于325目；
16、优选地，所述硅锰渣的粉体粒径小于325目，sio2含量为35～40wt％，al2o3含量为9～12wt％，cao含量为25～28wt％，mgo含量为6～11wt％；
17、优选地，所述磷渣的sio2含量为35～40wt％，cao含量为42～48wt％；
18、优选地，所述碱渣的caco3含量为40～45wt％、caso4含量为7～10wt％、cacl2含量为10～14wt％。
19、进一步地，所述改性锆硅渣是由锆硅渣制成浆料c，浆料c经中和、水洗、除杂处理后进行固液分离，再通过高温干燥、粉磨后得到的产物。
20、进一步地，所述增强组分硅酸锂和硫酸铝按照质量比1:2的混合而成；
21、优选地，所述硅酸锂的纯度大于98wt％；
22、优选地，所述硫酸铝的纯度大于98wt％。
23、另一方面，本专利技术提供了一种固井水泥用固废基增强材料的制备方法，包括以下步骤：
24、s1、将活性组分a和增强组分混合，得到粉料a；
25、s2、将活性组分b置于球磨罐中球磨，得到粉料b；
26、s3、将粉料a和粉料b气力式混合，得到固井水泥用固废基增强材料；
27、优选地，所述s2中，球磨转速为300～500rpm，球磨时间为5～8h，更为优选的，球磨转速为500rpm，球磨时间为6h。
28、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
29、1、本专利技术选取固废为原料进行制备，有助于减轻环境压力，具有绿色环保，低成本等特点。本专利技术实现了锆硅渣、硅锰渣和生物质炉渣等固废的综合利用，提高了固废消纳量，降低了固废堆存造成的土地资源浪费以及环境污染。
30、2、本专利技术的固井水泥用固废基增强材料可用于在低温环境下，提高固井水泥石的早期强度和防窜能力且与油井水泥的适应性较好。
31、3、本专利技术固井水泥用固废基增强材料的活性组分a利用电石渣、生物质炉渣和加气混凝土废料在湿磨条件下进行反应，生成水化硅酸钙及水化硅铝酸钙，而加气混凝土废料含有大量的托勃莫来石，可作为硅酸钙及水化硅铝酸钙的成核位点，大大加快水化硅酸钙及水化硅铝酸钙的形成，促进水泥水化反应。
32、4、本专利技术的固井水泥用固废基增强材料能够为水泥初始水化反应提供了碱性环境，一方面促进水泥水化反应；另一方面激发了活性组分b的活性，促使活性组分b中固废渣体活化分解，促进si4+、al3+和ca2+等离子释放，加速水化产物的形成。此外，本专利技术中活性组分a能够在水化初期作为水化硅酸钙及水化硅铝酸钙晶种，在水泥水化过程中提供良好的晶核效应，诱导水泥水化过程中水化硅酸钙及水化硅铝酸钙的形成，促进水泥水化进而提高水泥早期强度。
33、5、本专利技术固井水泥用固废基增强材料中的活性组分b存在大量的非晶态的sio2颗粒，活性高且可快速与水泥水化产物ca(oh)2进行水化反应，加速水泥水化；同时活性组分b还存在少量的mgo和caso4等，一方面可以与增强组分通过协同作用促进钙矾石的结晶，另一方面可以在水泥水化过程中形成mg(oh)2，增强固井水泥石的胶结性和密封性，进而提高固井水泥石的防窜能力。
34、6、本专利技术固井水泥用固废基增强材料中的增强组分能够与游离氢氧根离子(oh-)和体系中的钙离子(ca2+)反应，生成硅酸盐胶凝物和钙硅酸盐，填充水化产物的微孔和缝隙，从而提高基体密实度。所生成的硅酸盐胶凝物和钙硅酸盐与活性组分a通过协同加强的作用，进一步促进水化硅酸钙及水化硅铝酸钙的形成；增强组分还能与活性组分b所释放的各种离子共同促进钙矾石的结晶。由于有体系中大量si4+、al3+和ca2+等离子的消耗，又进一步促进了水泥的水化以及活性组分b的解离和活性本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种固井水泥用固废基增强材料，其特征在于，包括重量百分比计的以下原料：10～20wt％活性组分A、60wt％活性组分B和20～30wt％增强组分，所述活性组分A由电石渣、生物质炉渣和加气混凝土废料按照质量比(3-5):4:1混合反应而成。
2.根据权利要求1所述的一种固井水泥用固废基增强材料，其特征在于，所述活性组分A的制备方法如下：
3.根据权利要求2所述的一种固井水泥用固废基增强材料，其特征在于，所述分散稳定剂为酮醛缩合物和微晶纤维素的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种固井水泥用固废基增强材料，其特征在于，所述电石渣的CaO含量65～70wt％，pH为12～13。
5.根据权利要求1所述的一种固井水泥用固废基增强材料，其特征在于，所述生物质炉渣的SiO2含量≥65wt％，Al2O3含量≥15wt％，粒径小于325目。
6.根据权利要求1所述的一种固井水泥用固废基增强材料，其特征在于，所述加气混凝土废料由托勃莫来石、半结晶的C-S-H(I)、C-S-H凝胶和二氧化硅组成，经粉碎研磨，粉体细度小于600目。>
7.根据权利要求1所述的一种固井水泥用固废基增强材料，其特征在于，所述活性组分B由改性锆硅渣、硅锰渣、磷渣、碱渣按照质量比3:2:1:(1-2)混合而成；
8.根据权利要求7所述的一种固井水泥用固废基增强材料，其特征在于，所述改性锆硅渣是由锆硅渣制成浆料C，浆料C经中和、水洗、除杂处理后进行固液分离，再通过高温干燥、粉磨后得到的产物。
9.根据权利要求1所述的一种固井水泥用固废基增强材料，其特征在于，所述增强组分硅酸锂和硫酸铝按照质量比1:2的混合而成；
10.根据权利要求1～9任一一项所述的一种固井水泥用固废基增强材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种固井水泥用固废基增强材料，其特征在于，包括重量百分比计的以下原料：10～20wt％活性组分a、60wt％活性组分b和20～30wt％增强组分，所述活性组分a由电石渣、生物质炉渣和加气混凝土废料按照质量比(3-5):4:1混合反应而成。
2.根据权利要求1所述的一种固井水泥用固废基增强材料，其特征在于，所述活性组分a的制备方法如下：
3.根据权利要求2所述的一种固井水泥用固废基增强材料，其特征在于，所述分散稳定剂为酮醛缩合物和微晶纤维素的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种固井水泥用固废基增强材料，其特征在于，所述电石渣的cao含量65～70wt％，ph为12～13。
5.根据权利要求1所述的一种固井水泥用固废基增强材料，其特征在于，所述生物质炉渣的sio2含量≥65wt％，al2o3含量≥15wt％，粒径小于325目。
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【专利技术属性】
技术研发人员：龙丹，曾雪玲，赵峰，古安林，魏雪琦，王佳，
申请(专利权)人：嘉华特种水泥股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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