觸變性化學(xué)封竄劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種觸變性化學(xué)封竄劑，該封竄劑的原料組成包括：富鐵低碳硫鋁酸鹽30～38重量份，鈉基膨潤土3～5.0重量份，降失水劑1～3重量份，白炭黑3～5.0重量份，環(huán)糊精和/或淀粉0.5～2.5重量份，水55～70重量份和二氧化鈦包覆的二氧化硅5～15重量份。本發(fā)明的化學(xué)封竄劑具有較高的抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度，又具有良好觸變性的封竄劑。該封竄劑的線性膨脹率達(dá)到1.5％以上，抗壓強(qiáng)度達(dá)到80MPa以上，抗剪切強(qiáng)度達(dá)到50MPa以上，觸變次數(shù)大于50次。
【專利說明】
觸變性化學(xué)封竄劑
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種采油用化學(xué)劑，具體是指一種無機(jī)類膠凝材料，該材料可用于油、 水井的固井、封竄等，為一種觸變性化學(xué)封竄劑。
【背景技術(shù)】
[0002] 稠油和超稠油油井在經(jīng)過多輪次注汽生產(chǎn)后，由于固井水泥環(huán)受高溫濕熱蒸汽的 反復(fù)侵蝕，以及水泥與巖石和套管的膨脹系數(shù)的差異，導(dǎo)致套管與水泥環(huán)或水泥環(huán)與井壁 之間的竄槽。油井管外竄槽后，嚴(yán)重影響油井的正常生產(chǎn)。
[0003] 針對(duì)超稠油油藏管外竄槽井，通常采用擠水泥封竄工藝，采用油井水泥作為封竄 主劑。由于水泥漿在栗注過程中，經(jīng)炮眼剪切后易脫水、易漏失，凝固強(qiáng)度低，收縮率高，容 易形成孔隙和縫隙結(jié)構(gòu)，水泥在竄槽內(nèi)與地層間竄通，會(huì)出現(xiàn)擠水泥壓力不高，擠水泥量 大，水泥沉降現(xiàn)象，造成封堵效果差，鉆開水泥塞后試壓試不住等問題，有效期也很短。
[0004] CN 102181274 B公開了一種觸變性化學(xué)封竄劑，采用富鐵低碳硫鋁酸鹽40~55重 量份，鈉基膨潤土〇. 2~5重量份，降失水劑0.5~2重量份，白炭黑0.2~5重量份，環(huán)糊精和/ 或淀粉0.5~4重量份，水30~50重量份。該封竄劑的線性膨脹率在0.2%以上，抗壓強(qiáng)度 30MPa以上，抗剪切強(qiáng)度達(dá)到IOMPa以上，觸變次數(shù)大于20次，但是其抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度仍 相對(duì)較差，且觸變次數(shù)仍不夠多，難以滿足實(shí)際應(yīng)用中的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種既具有較高抗壓強(qiáng) 度和抗剪強(qiáng)度，又具有良好觸變性的化學(xué)封竄劑。
[0006] 為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種觸變性化學(xué)封竄劑，所述觸變性化學(xué)封竄劑的原料組成包括： 富鐵低碳硫鋁酸鹽 30~38重量份 鈉基膨潤土 3~5重量份 降失水劑 1~3重量份
[0008]白炭黑 3~5重量份 環(huán)糊精和/或淀粉 0.5~2.5重量份 水 55~70重量份 二氧化欽包覆的二氧化硅 5~15重量份；
[0009]除特別說明外，本發(fā)明中所述比例和含量均為重量比例和含量。
[0010]本發(fā)明所述觸變性化學(xué)封竄劑的原料組成中，富鐵低碳硫鋁酸鹽的含量為30~38 重量份，例如可為30重量份、33重量份、35重量份、36重量份或38重量份等。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的觸變性化學(xué)封竄劑中，所述富鐵低碳硫鋁 酸鹽，是在硫鋁酸鹽(水泥的主要成分，是以硫鋁酸鈣和硅酸二鈣為主要成分的膠凝材料， 化學(xué)組成包括Al2O 3、SiO2、CaO、Fe2O3、SO3、C 4A3、C2S、C4AF等）的基礎(chǔ)上，依據(jù)含鐵量、含碳量 指標(biāo)篩選出的一種高性能水泥熟料，通過研磨生產(chǎn)的一種超細(xì)材料，其在國內(nèi)已量產(chǎn)。本發(fā) 明中優(yōu)選所述富鐵低碳硫鋁酸鹽中Fe 2O3含量大于8%，碳燒失量小于5%，粒度2~20μπι。本 發(fā)明中是以此富鐵低碳硫鋁酸鹽為主劑，添加其它多種輔劑材料形成一種具有高度觸變性 的化學(xué)封竄劑。
[0012]本發(fā)明所述觸變性化學(xué)封竄劑的原料組成中，鈉基膨潤土的含量為3~5份，例如 可為3份、3.5份、4份或5份等。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的觸變性化學(xué)封竄劑中，所述鈉基膨潤土是 起到分散、懸浮、提高觸變性、增加強(qiáng)度的作用，是一種主要添加材料。該鈉基膨潤土為普通 鈣基膨潤土經(jīng)鈉化處理而得到的，本發(fā)明中要求所述鈉基膨潤土的膨脹倍數(shù)為30倍以上， 以滿足使用要求。該鈉基膨潤土為成熟的商品化材料。
[0014] 本發(fā)明所述觸變性化學(xué)封竄劑的原料組成中，降失水劑的含量為1~3份，例如可 為1份、2份、2.5份或3份等。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的觸變性化學(xué)封竄劑中，所述降失水劑的作 用是在體系固化過程中，防止水分析出，降低封竄劑固化強(qiáng)度。本發(fā)明中優(yōu)選采用可再分散 乳膠粉，要求固含量大于96 %，400μπι篩余不超過2 %，最低成膜溫度可為(TC。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的觸變性化學(xué)封竄劑中，所述降失水劑的作 用是在體系固化過程中，防止水分析出，降低封竄劑固化強(qiáng)度。本發(fā)明中優(yōu)選采用可再分散 乳膠粉，要求固含量大于96 %，400μπι篩余不超過2 %，最低成膜溫度可為(TC。
[0017] 本發(fā)明所述觸變性化學(xué)封竄劑的原料組成中，白炭黑的含量為3~5重量份，例如 可為3重量份、4重量份、4.5重量份或5重量份等。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的觸變性化學(xué)封竄劑中，所述白炭黑為觸變 劑，其作用是使封竄劑具有強(qiáng)觸變性，注入地層后迅速變成半固態(tài)，防止沉降和漏失，達(dá)到 理想的封堵效果。該成分是化學(xué)封竄劑的主要功能性組分，在體系中具有不可代替的作用。 本發(fā)明中要求所采用的白炭黑，要求BET比表面積大于150m 2/g(超細(xì)二氧化硅）。
[0019] 本發(fā)明所述觸變性化學(xué)封竄劑的原料組成中，環(huán)糊精和/或淀粉的含量為0.5~ 2.5重量份，例如可為0.5重量份、1重量份、1.5重量份、2重量份或2.5重量份等。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的觸變性化學(xué)封竄劑中，所述淀粉和/或環(huán)糊 精也是作為懸浮分散劑，其作用是使溶液增稠，提高懸浮性能，使硫鋁酸鹽主劑在溶液中均 勻分散并保持穩(wěn)定。其中淀粉可選用玉米淀粉和/或馬鈴薯淀粉;環(huán)糊精可選用alpha-環(huán)糊 精、beta-環(huán)糊精和/或gamma-環(huán)糊精。低成本體系一般采用淀粉，要求快速配制時(shí)可采用環(huán) 糊精，綜合成本要尚一些。
[0021] 本發(fā)明所述觸變性化學(xué)封竄劑的原料組成中，水的含量為55~70重量份，例如可 為55重量份、60重量份、68重量份或70重量份等。若用量超過70重量份，則封竄劑固結(jié)強(qiáng)度， 會(huì)降低其觸變性能；低于55重量份，則封竄劑粘稠度過高，制備過程難度增加，導(dǎo)致成本增 加。
[0022] 本發(fā)明所述觸變性化學(xué)封竄劑的原料組成中，二氧化鈦包覆的二氧化硅的含量為 5~15重量份，例如可為5重量份、6重量份、8重量份、10重量份。12重量份或15重量份等。
[0023] 本發(fā)明中二氧化鈦包覆的二氧化硅具有蓬松的二氧化鈦殼結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有利于 其與其他組分的相互作用，使結(jié)合性更好，而且穩(wěn)定性更高，從而改善得到的觸變性化學(xué)封 竄劑的抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和觸變性。
[0024] 優(yōu)選地，所述二氧化鈦包覆的二氧化硅通過如下方法制備得到：將二氧化硅顆粒 分散于脫鹽水中，經(jīng)研磨得到二氧化硅的懸浮液，然后，向二氧化硅的懸浮液中加入鈦酸 酯，攪拌，于75~120 °C反應(yīng)。
[0025] 本發(fā)明二氧化鈦包覆的二氧化娃的制備過程中，反應(yīng)的溫度為75~120 °C，例如可 為 75Γ、8(TC、9(TC、IOOcC、IHTC 或 120Γ 等。
[0026] 優(yōu)選地，二氧化鈦包覆的二氧化硅的制備過程中，所述二氧化硅的懸浮液的濃度 為 50 ~200g/L，例如可為 5(^/1、6(^/1、7(^/1、8(^/1、10(^/1、1258/1、15(^/1或20(^/1等。 [0027]優(yōu)選地，二氧化鈦包覆的二氧化硅的制備過程中，研磨的時(shí)間為30~60miη，例如 可為 30min、35min、40min、50mir^60mir^〇
[0028] 優(yōu)選地，二氧化鈦包覆的二氧化娃的制備過程中，鈦酸酯的加入量為二氧化鈦顆 粒質(zhì)量的10~15%，例如可為10%、12%、14%或15%等。
[0029] 優(yōu)選地，二氧化鈦包覆的二氧化硅的制備過程中，所述鈦酸酯選自碳鏈長度為1-10的酯，優(yōu)選為鈦酸異丙酯和/或鈦酸丁酯。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的觸變性化學(xué)封竄劑，其原料組成還可進(jìn)一 步包括:氣相二氧化硅、氫氧化鈣、氧化鈣中的一種或多種。所述氣相二氧化硅可增強(qiáng)封竄 劑的觸變性，用量為封竄劑總重量的〇. 2%~1 % ;而添加封竄劑總重量1 %~3%的氫氧化 鈣、氧化鈣等可將封竄劑的凝固速度提高1~3倍，固結(jié)強(qiáng)度提高5%~20%。
[0031] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0032] 本發(fā)明主要是以富鐵低碳硫鋁酸鹽作為主劑，添加多種輔劑復(fù)配了一種具有高度 觸變性的化學(xué)封竄劑，結(jié)合二氧化鈦包覆的二氧化硅獨(dú)特的蓬松的二氧化鈦殼結(jié)構(gòu)，增加 其與其他組分間的相互作用，使結(jié)合性更好，穩(wěn)定性更高，從而得到既具有高的抗壓強(qiáng)度和 抗剪強(qiáng)度，又具有良好觸變性的封竄劑。該封竄劑的線性膨脹率1.5 %以上，抗壓強(qiáng)度80MPa 以上，抗剪切強(qiáng)度達(dá)到50MPa以上，觸變次數(shù)大于50次。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面通過【具體實(shí)施方式】來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0034] 實(shí)施例1 富鐵低碳硫鋁酸鹽 3:0重量份 鈉基膨潤土 5重量份 可再分散乳膠粉 1重量份
[0035]超細(xì)二氧化硅 5重量份 環(huán)糊精 0.5重量份 水 70重暈份 二氧化鈦包覆的二氧化硅 5重量份；
[0036]其中，所述富鐵低碳硫鋁酸鹽購自鞍山鞍鋼礦渣開發(fā)公司，其中Fe2O3含量10.5%， 碳燒失量2.5%，粒度5.5以111;
[0037]所述鈉基膨潤土購自黑山縣膨潤土廠，膨脹倍數(shù)30倍；
[0038]所述可再分散乳膠粉由大連化工(江蘇)有限公司生產(chǎn)，固含量98%，400μπι篩余不 超過2%，最低成膜溫度(TC;
[0039] 所述超細(xì)二氧化硅BET比表面積165m2/g;
[0040] 所述環(huán)糊精為alpha-環(huán)糊精。
[0041 ]本實(shí)施例中二氧化鈦包覆的二氧化硅通過以下方法制備得到:將100g二氧化硅顆 粒分散于脫鹽水中，經(jīng)研磨60min得到二氧化硅的懸浮液(濃度50g/L)，然后，向二氧化硅的 懸浮液中加入I Og鈦酸異丙酯，攪拌，于120 °C反應(yīng)。
[0042]對(duì)本實(shí)施例制備得到的觸變性化學(xué)封竄劑進(jìn)行測(cè)試，其線性膨脹率為1.6，抗壓強(qiáng) 度為82MPa，抗剪切強(qiáng)度為55MPa，觸變次數(shù)為52次。
[0043] 實(shí)施例2 富鐵低碳硫鋁酸鹽 38重量份
[0044] 鈉基膨潤土 3重量份 可再分散乳膠粉 3重量份 超細(xì)二氧化硅 3重量份
[0045] 環(huán)糊精 2.5重量份 水 55重量份 二氧化鈦包覆的二氧化硅 15重量份；
[0046]其中，所述富鐵低碳硫鋁酸鹽購自遼寧海城礦粉廠，其中Fe2O3含量9.5%，碳燒失 量2%，粒度4μπι;
[0047]所述鈉基膨潤土購自黑山縣膨潤土廠，膨脹倍數(shù)50倍；
[0048]所述可再分散乳膠粉由大連化工(江蘇)有限公司生產(chǎn)，固含量98%，400μπι篩余不 超過2%，最低成膜溫度(TC;
[0049] 所述超細(xì)二氧化硅BET比表面積165m2/g;
[0050] 所述環(huán)糊精為beta-環(huán)糊精。
[00511本實(shí)施例中二氧化鈦包覆的二氧化硅通過以下方法制備得到:將200g二氧化硅顆 粒分散于脫鹽水中，經(jīng)研磨30min得到二氧化硅的懸浮液(濃度200g/L)，然后，向二氧化硅 的懸浮液中加入30g鈦酸異丙酯，攪拌，于75 °C反應(yīng)。
[0052]對(duì)本實(shí)施例制備得到的觸變性化學(xué)封竄劑進(jìn)行測(cè)試，其線性膨脹率為1.5,抗壓強(qiáng) 度為83MPa，抗剪切強(qiáng)度為53MPa，觸變次數(shù)為55次。
[0053] 實(shí)施例3 富鐵低碳硫鋁酸鹽 35重量份 鈉基膨潤土 4重量份
[0054] 可再分散乳膠粉 2重量份 氣相二氧化硅 4重量份 淀粉 1.5重量份
[0055]水 60重量份 二氧化鈦包覆的二氧化桂 10重量份；
[0056] 其中，所述富鐵低碳硫鋁酸鹽購自遼寧海城礦粉廠，其中Fe2O3含量9.5%，碳燒失 量2%，粒度4μπι ;
[0057] 所述鈉基膨潤土購自黑山縣膨潤土廠，膨脹倍數(shù)50倍；
[0058]所述可再分散乳膠粉由大連化工(江蘇)有限公司生產(chǎn)，固含量98%，400μπι篩余不 超過2%，最低成膜溫度(TC;
[0059] 所述氣相二氧化硅BET比表面積260m2/g;
[0060]所述淀粉為市售玉米淀粉。
[0061 ]本實(shí)施例中二氧化鈦包覆的二氧化硅通過以下方法制備得到:將100g二氧化硅顆 粒分散于脫鹽水中，經(jīng)研磨45min得到二氧化硅的懸浮液(濃度100g/L)，然后，向二氧化硅 的懸浮液中加入12g鈦酸異丙酯，攪拌，于100 °C反應(yīng)。
[0062]對(duì)本實(shí)施例制備得到的觸變性化學(xué)封竄劑進(jìn)行測(cè)試，其線性膨脹率為3.0，抗壓強(qiáng) 度為IOOMPa，抗剪切強(qiáng)度為78MPa，觸變次數(shù)為80次。
[0063] 對(duì)比例1
[0064] 除不包含二氧化鈦包覆的二氧化硅外，其他原料組成的組分種類和含量與實(shí)施例 1相同。
[0065] 對(duì)本實(shí)施例制備得到的觸變性化學(xué)封竄劑進(jìn)行測(cè)試，其線性膨脹率為0.28,抗壓 強(qiáng)度為39Pa，抗剪切強(qiáng)度為20MPa，觸變次數(shù)為25次。
[0066]
【申請(qǐng)人】聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的詳細(xì)方法，但本發(fā)明并不局 限于上述詳細(xì)方法，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)方法才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的 技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的 添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種觸變性化學(xué)封竄劑，其特征在于，所述封竄劑的原料組成包括： 富鐵低碳硫錯(cuò)酸鹽 30~38重量份 鈉基膨潤土 3~5重量份 降失水劑 1~3重量份 白炭黑 3~5重量份 環(huán)糊精和/或淀粉 0.3-2.:5 :重量份 水 55~70重量份 二氧化鈦包覆的二氧化硅 5~15重量份； 其中，所述富鐵低碳硫鋁酸鹽中Fe2〇3含量大于8%，碳燒失量小于5%，粒度2~20μπι; 所述鈉基膨潤土的膨脹倍數(shù)為30倍以上； 所述降失水劑為可再分散乳膠粉，要求固含量大于96%，400μπι篩余不超過2% ; 所述白炭黑BET比表面積大于150m2/g。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸變性化學(xué)封竄劑，其特征在于，所述二氧化鈦包覆的二氧化 硅通過如下方法制備得到：將二氧化硅顆粒分散于脫鹽水中，經(jīng)研磨得到二氧化硅的懸浮 液，然后，向二氧化硅的懸浮液中加入鈦酸酯，攪拌，于75~120°C反應(yīng)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的觸變性化學(xué)封竄劑，其特征在于，二氧化鈦包覆的二氧化硅的 制備過程中，所述二氧化硅的懸浮液的濃度為50~200g/L。4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的觸變性化學(xué)封竄劑，其特征在于，二氧化鈦包覆的二氧化 娃的制備過程中，所述研磨的時(shí)間為3 0~6 0m i η。5. 根據(jù)權(quán)利要求2-4任一項(xiàng)所述的觸變性化學(xué)封竄劑，其特征在于，二氧化鈦包覆的二 氧化硅的制備過程中，所述鈦酸酯的加入量為二氧化鈦顆粒質(zhì)量的10~15%。6. 根據(jù)權(quán)利要求2-5任一項(xiàng)所述的觸變性化學(xué)封竄劑，其特征在于，二氧化鈦包覆的二 氧化硅的制備過程中，所述鈦酸酯選自碳鏈長度為1-10的酯。7. 根據(jù)權(quán)利要求2-6任一項(xiàng)所述的觸變性化學(xué)封竄劑，其特征在于，二氧化鈦包覆的二 氧化硅的制備過程中，所述鈦酸酯為鈦酸異丙酯和/或鈦酸丁酯。8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的觸變性化學(xué)封竄劑，其特征在于，所述淀粉選自玉米 淀粉和/或馬鈴薯淀粉。9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的觸變性化學(xué)封竄劑，其特征在于，所述環(huán)糊精選自 alpha-環(huán)糊精、beta-環(huán)糊精和/或gamma-環(huán)糊精。10. 根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的觸變性化學(xué)封竄劑，其特征在于，所述封竄劑的原 料組成還包括氫氧化媽和/或氧化鈣。
【文檔編號(hào)】C09K8/487GK105860945SQ201610301229
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月4日
【發(fā)明人】徐德生
【申請(qǐng)人】無錫市嘉邦電力管道廠