[发明专利]油井水泥用改性纳米二氧化硅早强促凝剂、制备方法及其应用

说明书

本发明公开油井水泥用改性纳米二氧化硅早强促凝剂、制备方法及其应用，由如下组分：无水偏硅酸钠、四水合硝酸钙、质量分数为40％的氢氧化钠溶液、质量分数为36％‑37％的甲醛水溶液、韦兰胶、纳米二氧化钛和软化水。本发明采用化学沉降法，人工合成纳米级水化二氧化硅，利用水化二氧化硅的原位生长作用可加速水泥水化反应，提高水泥石力学强度发展，同时，避免引入外来有害离子对水泥石本体结构的破坏。该促凝剂外观为乳白色均匀流体，长期储存无沉降。

技术领域

本发明涉及油田化学外加剂技术领域。具体地说是一种油井水泥用改性纳米二氧化硅早强促凝剂、制备方法及其应用。

背景技术

在浅井或表层套管注水泥作业中，虽然水泥浆能够满足泵送的要求，但往往稠化时间长、强度发展缓慢等问题，严重影响钻井进尺和固井质量，为此需要加入促凝剂来改变水泥浆性能，以满足固井作业的需要。这一过程中所添加的能够减少水泥浆凝固时间的添加剂就是促凝剂。

目前，常用的油井水泥促凝剂主要为氯化钙、硫酸盐(硫酸钠等)和有机胺类(三乙醇胺等)。氯化钙是一种良好的促凝早强剂，但增稠严重，且氯离子对套管等金属材质腐蚀性较强，很多区块儿已明令禁止使用；而硫酸盐类早强剂的低温早强效果欠佳，有机胺类过于敏感(易引起超缓凝)，因此，限制了其在低温固井中的应用。

随着油井水泥水化机理研究的不断深入，发现纳米二氧化硅材料具有低温促凝作用，但由于纳米二氧化硅高比表面积，也使水泥浆体增稠明显，影响浆体流动，对于地层破裂压力低的浅表层固井来说是无益的。因此亟需对纳米二氧化硅进行改性，制备一种油井水泥用改性纳米二氧化硅早强促凝剂。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种促凝效果适中，提高水泥石力学强度发展的油井水泥用改性纳米二氧化硅早强促凝剂、制备方法及其应用。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

油井水泥用改性纳米二氧化硅早强促凝剂，由如下组分：无水偏硅酸钠、四水合硝酸钙、质量分数为40％的氢氧化钠溶液、质量分数为36％-37％的甲醛水溶液、韦兰胶、纳米二氧化钛和软化水。

上述油井水泥用改性纳米二氧化硅早强促凝剂，各组分的重量配比如下：无水偏硅酸钠为100-120重量份、四水合硝酸钙为100-120重量份、质量分数为40％的氢氧化钠溶液为7-11.4重量份、质量分数为36％-37％的甲醛水溶液为8-9重量份、韦兰胶为0.5-1.0重量份、纳米二氧化钛为0.1-0.2重量份、软化水为780重量份。

上述油井水泥用改性纳米二氧化硅早强促凝剂，纳米二氧化钛为R型纳米二氧化钛。

上述油井水泥用改性纳米二氧化硅早强促凝剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)称取无水偏硅酸钠溶解于70℃的软化水中，降温至30±5℃备用；

(2)称取韦兰胶、质量分数为36％-37％的甲醛水溶液和二氧化钛备用；

(3)称取剩余的软化水投入三口玻璃烧瓶中，开启搅拌；

(4)将四水合硝酸钙投入三口玻璃烧瓶中并继续搅拌；

(5)使用质量分数40％氢氧化钠溶液调节物料pH值为9-10；

(6)保持搅拌状态下，开始向三口烧瓶中滴加步骤(1)中制备的无水偏硅酸钠溶液；

(7)降低搅拌速度，加入韦兰胶、质量分数为36％-37％的甲醛水溶液和纳米二氧化钛，然后提高搅拌速度进行反应，反应结束后，得到乳白色均匀流体即为油井水泥用改性纳米二氧化硅早强促凝剂。

上述油井水泥用改性纳米二氧化硅早强促凝剂的制备方法，在步骤(1)中，利用200重量份的软化水溶解无水偏硅酸钠，得到偏硅酸钠溶液。