[发明专利]一种改性纳米纤维素基固井水泥添加剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种改性纳米纤维素基固井水泥添加剂及其制备方法和应用，属于油田化学技术领域。本发明提供的改性纳米纤维素基固井水泥添加剂，由包括以下原料经聚合反应制备得到：水性单体溶液、纳米纤维素分散液和引发剂；所述水性单体溶液中的水性单体和纳米纤维素分散液中的纳米纤维素的质量比为(1:1)～(20:1)。本发明添加特定用量的水性单体通过聚合反应，对纳米纤维素颗粒表面进行改性，使改性后的纳米纤维素能够均匀分散于水泥浆体系中，通过封堵水泥颗粒之间的孔隙，增加了滤饼的致密性，有效降低了水泥浆的失水量；同时，纳米纤维素颗粒的增强增韧效应得到有效发挥，改善了水泥石的强度和韧性。

技术领域

本发明涉及油田化学技术领域，具体涉及一种改性纳米纤维素基固井水泥添加剂及其制备方法和应用。

背景技术

纳米纤维素作为一种新型的天然可再生纳米材料，在新材料领域展现出巨大的应用潜力，尤其是将纳米纤维素应用于固井水泥浆体系中，有望起到水泥浆降失水和固化后水泥石增韧增强的双重作用。但通常情况下，将纳米纤维素用做固井水泥添加剂时，常常存在高温下导致水泥浆体系分散性变差的技术缺陷，从而限制了纳米纤维素在固井水泥添加剂方面的应用。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种改性纳米纤维素基固井水泥添加剂及其制备方法和应用。本发明提供的改性纳米纤维素基固井水泥添加剂在高温水泥浆体系中具有良好的分散性能。

为了实现上述技术问题，本发明提供了以下技术方案。

本发明提供了一种改性纳米纤维素基固井水泥添加剂，由包括以下原料经聚合反应制备得到：

水性单体溶液、纳米纤维素分散液和引发剂；

所述水性单体溶液中的水性单体和纳米纤维素分散液中的纳米纤维素的质量比为(1:1)～(20:1)。

优选地，所述水性单体溶液中的水性单体包括丙烯酰胺、丙烯酸及其钠盐、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸及其钠盐、对乙烯苯磺酸及其钠盐、N-乙烯基吡咯烷酮、N,N-二甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酸及其钠盐中的一种或多种。

优选地，当所述水性单体溶液中的水性单体为丙烯酰胺、丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的混合物时，所述丙烯酰胺、丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的质量百分浓度之比为(5～40):(5～40):(20～90)。

优选地，所述水性单体溶液的质量浓度为1～60wt％。

优选地，所述纳米纤维素分散液中的纳米纤维素包括纤维素纳米晶须、纤维素纳米纤维或细菌纤维素。

优选地，所述纳米纤维素分散液的固含量为0.1～3wt％。

本发明还提供了上述技术方案所述改性纳米纤维素基固井水泥添加剂的制备方法，包括以下步骤：

将水性单体溶液、纳米纤维素分散液和引发剂混合，进行聚合反应，得到所述改性纳米纤维素基固井水泥添加剂。

优选地，所述聚合反应的温度为0～80℃，时间为1～24h。

本发明还提供了上述技术方案所述的改性纳米纤维素基固井水泥添加剂或由上述技术方案所述制备方法制得的改性纳米纤维素基固井水泥添加剂在油气井固井水泥中的应用。

优选地，所述改性纳米纤维素基固井水泥添加剂中的干重质量为油气井固井水泥的干重质量的0～2wt％。