CN105368418A - 一种用于改善固井水泥石力学性能的椰碳纤维增韧剂 - Google Patents
一种用于改善固井水泥石力学性能的椰碳纤维增韧剂 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105368418A CN105368418A CN201510922895.9A CN201510922895A CN105368418A CN 105368418 A CN105368418 A CN 105368418A CN 201510922895 A CN201510922895 A CN 201510922895A CN 105368418 A CN105368418 A CN 105368418A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon fibre
- coconut carbon
- charcoal fiber
- well
- coconut charcoal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
- C09K8/42—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells
- C09K8/46—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells containing inorganic binders, e.g. Portland cement
- C09K8/467—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells containing inorganic binders, e.g. Portland cement containing additives for specific purposes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K2208/00—Aspects relating to compositions of drilling or well treatment fluids
- C09K2208/08—Fiber-containing well treatment fluids
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于改善固井水泥石力学性能的椰碳纤维增韧剂,通过以下步骤制备:(1)将椰碳纤维与二氯甲烷均匀混合,加入无水乙醇,经高速分散再抽滤烘干;(2)将预处理后的椰碳纤维加入去离子水中,通过超声波振荡搅拌分散,加入十二烷基苯磺酸钠做为乳化剂,缓慢滴加甲基丙烯酸甲酯和引发剂过硫酸钾,通入氮气保护,升温至85℃,恒温反应8h后冷却,陈化2~3h,将产物离心沉淀、过滤、洗涤后,抽滤并减压干燥;(3)将乳液聚合改性的椰碳纤维置于喷雾干燥设备中,干燥温度为100~200℃,处理30min。本发明保持了椰碳纤维的原有性能,并能很好地与水泥材料相结合,在一定程度上改变了水泥石的脆性结构,能够改善固井水泥石的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气勘探开发中用于油气井固井的一种增韧剂,此增韧剂能够改善固井水泥石的力学性能。
背景技术
固井作业后水泥浆凝固形成固井水泥石,要求水泥石能对地层进行有效的层间封隔,并为套管提供保护和支撑,这对后续钻井和油气开采至关重要。由于水泥石是脆性材料,受射孔、压裂、开采等后续作业和地下岩层复杂作用力的影响,易产生微裂缝和微环隙,导致油气井层间封隔失效,不利于油气开采及增产。国内外研究表明,纤维可改善固井水泥石的力学性能,此类纤维主要包括聚酯纤维、聚丙烯纤维、碳纤维及各种有机纤维等,纤维的缺点主要是在水泥浆中分散性差、成本高。
椰碳纤维是一种新型环保功能纤维,是将椰子外壳的纤维质加热到1600℃,生成活性炭,再与聚酯混合并添加其他化学物质制成椰碳母粒,并以聚酯为载体稀释,抽成椰碳长纤及短纤。椰碳纤维巨大的比表面积是竹炭纤维的4-6倍,有更高的吸附性、耐湿性、耐热性和韧性。椰碳纤维的成本较低,如能够用于改善固井水泥环力学性能,将极大降低固井成本。但要将椰碳纤维用于改善固井水泥环力学性能,就必须对椰碳纤维进行表面改性,使其在水泥浆中具有良好的分散性。
由于椰碳纤维表面光滑、易团聚和搭桥、与基体的润湿性较差,在复合材料中会促成应力集中,造成复合材料的低性能。因此,必须对椰碳纤维的表面进行改性。乳液聚合是借助乳化剂的作用,在机械搅拌或振荡下,单体在水中形成乳液而进行的聚合。乳液聚合可以在较高的反应速度下,获得较高分子量的聚合物,物料的粘度低,易于传热和混合,生产容易控制,残留单体容易除去。采用乳液聚合法来改性椰碳纤维,在椰炭纤维表面包裹聚合物膜,可达到改性椰碳纤维的目的。改性后的椰碳纤维保持了椰碳纤维的原有性能,并且能够很好地与固井水泥石相结合,不影响水泥石原有的工程性能,并可改善固井水泥石力学性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于改善固井水泥石力学性能的椰碳纤维增韧剂,该增韧剂保持了椰碳纤维的原有性能,并且能够很好地与水泥材料相结合,不影响水泥石原有的工程性能,并在一定程度上改变了水泥石的脆性结构,能够改善固井水泥石力学性能。
为达到上述技术目的,本发明提供以下技术方案:
一种用于改善固井水泥石力学性能的椰碳纤维增韧剂,通过以下步骤制备:
(1)椰碳纤维预处理
为增加椰碳纤维与水泥石基体的亲和性,减少表面基团的影响,将椰碳纤维与二氯甲烷按照1:1.5~2的质量比均匀混合,加入无水乙醇,经高速分散后再抽滤,105℃烘干4h;
(2)椰碳纤维的乳液聚合改性
纤维分散:将5~15g预处理后的椰碳纤维加入到100~200mL去离子水中,通过超声波振荡搅拌分散10~30min,装入带有搅拌器、氮气导管、回流冷凝管及温度计的500mL四口烧瓶中。
乳液聚合:将0.01~0.05g十二烷基苯磺酸钠(SDBS)做为乳化剂溶于50mL去离子水中,引入四口烧瓶并充分搅拌,缓慢滴加2g甲基丙烯酸甲酯(MMA),同时缓慢加入引发剂过硫酸钾(KPS),通入氮气保护10~30min,并升温至85℃,恒温反应8h后冷却至室温,此时在椰碳纤维表面包覆聚甲基丙烯酸甲酯,聚合物分子量为10~11万。
纤维处理:反应完毕后陈化2~3h,将所得产物离心沉淀、过滤、无水乙醇洗涤后,抽滤并60℃减压干燥8~10h,得到乳液聚合改性的椰碳纤维;
(3)喷雾干燥
将乳液聚合改性的椰碳纤维置于喷雾干燥设备中,干燥温度设为100~200℃,处理30min后取出,即得用于改善固井水泥石力学性能的椰碳纤维增韧剂。
以上所述物质均为市售。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)该增韧剂通过乳液聚合后,保存了椰碳纤维原有的性能结构,具有良好的力学性能、吸附性、耐湿性、耐热性和韧性,上述性能均能在固井水泥石中发挥作用;
(2)乳液聚合改性,改变了椰碳纤维的表面性质,显著改善了椰碳纤维与固井水泥石的结合;
(3)该增韧剂能够最大程度上发挥椰碳纤维的增韧作用,有效改善固井水泥石的力学性能。与未加入该增韧剂的水泥石相比较,加入增韧剂的水泥石的抗压强度变化很小,抗拉强度提高约60%以上,杨氏模量降低30%以上,水泥石的力学性能显著改善,韧性得到极大提高。
具体实施方式
以下通过椰碳纤维增韧剂及性能测试的各实施例进一步说明本发明。
实施例1
制备用于改善固井水泥石力学性能的椰碳纤维增韧剂相关参数如下:
纤维预处理:将椰碳纤维与二氯甲烷按照1:1.5的质量比均匀混合,加入无水乙醇,经高速分散后再抽滤,105℃烘干4h。
纤维处理:5g椰碳纤维加入到100mL去离子水中,超声波分散10min。
乳液聚合条件:通入氮气,0.01gSDBS,搅拌10min,缓慢滴加单体2gMMA,水温升温至85℃,缓慢滴加单体质量1%的引发剂KPS,恒温反应8h后冷却至室温。
干燥条件:减压干燥60℃,8h。
喷雾干燥:100℃,30min。
制备使用了椰碳纤维增韧剂的固井水泥浆(以下均为重量份):称取油井水泥100份,羧甲基纤维素钠2份,木质素磺酸盐0.5份,微硅粉5份,所称干粉混合均匀;称取水60份,将磷酸三丁酯0.1份和增韧剂1~10份溶于水中。将含有增韧剂的水溶液与混合均匀的干粉在容器中预混合,搅拌器以低速(4000±200转/分)转动,并在15秒内加完称取的干粉混合物,盖上搅拌器的盖子,高速(12000±500转/分)下继续搅拌35秒,即得使用了椰碳纤维增韧剂的固井水泥浆。
按照API规范测试固井水泥浆的工程性能和水泥石的力学性能。稠化时间的测试条件:90℃×50MPa(升温时间50min)。水泥石养护条件:90℃×21MPa×7d。
该水泥浆与水泥石性能情况见表1和表2。
表1实施例1制备的使用了椰碳纤维增韧剂的固井水泥浆工程性能(90℃)
表2实施例1制备的使用了椰碳纤维增韧剂的固井水泥石力学性能
(水泥石养护条件:90℃×21MPa×7d)
实施例2
制备用于改善固井水泥石力学性能的椰碳纤维增韧剂相关参数如下:
纤维预处理:将椰碳纤维与二氯甲烷按照1:1.7的质量比均匀混合,加入无水乙醇,经高速分散后再抽滤,105℃烘干4h。
纤维处理:10g椰碳纤维加入到150mL去离子水中,超声波分散20min。
乳液聚合条件:通入氮气,0.03gSDBS,搅拌20min,缓慢滴加单体2gMMA,水温升温至85℃,缓慢滴加单体质量1%的引发剂KPS,恒温反应8h后冷却至室温。
干燥条件:减压干燥60℃,9h。
喷雾干燥:150℃,30min。
制备使用了椰碳纤维增韧剂的固井水泥浆(以下均为重量份):称取油井水泥100份,羧甲基纤维素钠2份,木质素磺酸盐0.5份,微硅粉5份,所称干粉混合均匀;称取水60份,将磷酸三丁酯0.1份和增韧剂1~10份溶于水中。将含有增韧剂的水溶液与混合均匀的干粉在容器中预混合,搅拌器以低速(4000±200转/分)转动,并在15秒内加完称取的干粉混合物,盖上搅拌器的盖子,高速(12000±500转/分)下继续搅拌35秒,即得使用了椰碳纤维增韧剂的固井水泥浆。
按照API规范测试固井水泥浆的工程性能和水泥石的力学性能。稠化时间的测试条件:90℃×50MPa(升温时间50min)。水泥石养护条件:90℃×21MPa×7d。
该水泥浆与水泥石性能情况见表3和表4。
表3实施例2制备的使用了椰碳纤维增韧剂的固井水泥浆工程性能
表4实施例2制备的使用了椰碳纤维增韧剂的固井水泥石力学性能
(水泥石养护条件:90℃×21MPa×7d)
实施例3
制备用于改善固井水泥石力学性能的椰碳纤维增韧剂相关参数如下:
纤维预处理:将椰碳纤维与二氯甲烷按照1:2的质量比均匀混合,加入无水乙醇,经高速分散后再抽滤,105℃烘干4h。
纤维处理:15g椰炭纤维加入到200mL去离子水中,超声波分散30min。
乳液聚合条件:通入氮气,0.05gSDBS,搅拌30min,缓慢滴加单体2gMMA,水温升温至85℃,缓慢滴加单体质量1%的引发剂KPS,恒温反应8h后冷却至室温。
干燥条件:减压干燥60℃,10h。
喷雾干燥:200℃,30min。
制备使用了椰碳纤维增韧剂的固井水泥浆(以下均为重量份):称取油井水泥100份,羧甲基纤维素钠2份,木质素磺酸盐0.5份,微硅粉5份,所称干粉混合均匀;称取水60份,将磷酸三丁酯0.1份和增韧剂1~10份溶于水中。将含有增韧剂的水溶液与混合均匀的干粉在容器中预混合,搅拌器以低速(4000±200转/分)转动,并在15秒内加完称取的干粉混合物,盖上搅拌器的盖子,高速(12000±500转/分)下继续搅拌35秒,即得使用了椰碳纤维增韧剂的固井水泥浆。
按照API规范测试固井水泥浆的工程性能和水泥石的力学性能。稠化时间的测试条件:90℃×50MPa(升温时间50min)。水泥石养护条件:90℃×21MPa×7d。
该水泥浆与水泥石性能情况见表5和表6。
表5实施例3制备的使用了椰碳纤维增韧剂的固井水泥浆工程性能
表6实施例3制备的使用了椰碳纤维增韧剂的固井水泥石力学性能
(水泥石养护条件:90℃×21MPa×7d)
Claims (1)
1.一种用于改善固井水泥石力学性能的椰碳纤维增韧剂,通过以下步骤制备:
(1)椰碳纤维预处理:将椰碳纤维与二氯甲烷按照1:1.5~2的质量比均匀混合,加入无水乙醇,经高速分散后再抽滤,105℃烘干4h;
(2)椰碳纤维的乳液聚合改性:将5~15g预处理后的椰碳纤维加入到100~200mL去离子水中,通过超声波振荡搅拌分散10~30min,装入带有搅拌器、氮气导管、回流冷凝管及温度计的四口烧瓶中,将0.01~0.05g十二烷基苯磺酸钠做为乳化剂溶于50mL去离子水中,引入四口烧瓶并充分搅拌,缓慢滴加2g甲基丙烯酸甲酯,同时缓慢加入引发剂过硫酸钾,通入氮气保护,升温至85℃,恒温反应8h后冷却,陈化2~3h,将所得产物离心沉淀、过滤、洗涤后,抽滤并60℃减压干燥,得到乳液聚合改性的椰碳纤维;
(3)喷雾干燥:将乳液聚合改性的椰碳纤维置于喷雾干燥设备中,干燥温度为100~200℃,处理30min后取出,即得用于改善固井水泥石力学性能的椰碳纤维增韧剂。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510922895.9A CN105368418B (zh) | 2015-12-11 | 2015-12-11 | 一种用于改善固井水泥石力学性能的椰碳纤维增韧剂 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510922895.9A CN105368418B (zh) | 2015-12-11 | 2015-12-11 | 一种用于改善固井水泥石力学性能的椰碳纤维增韧剂 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105368418A true CN105368418A (zh) | 2016-03-02 |
CN105368418B CN105368418B (zh) | 2018-01-23 |
Family
ID=55371065
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510922895.9A Active CN105368418B (zh) | 2015-12-11 | 2015-12-11 | 一种用于改善固井水泥石力学性能的椰碳纤维增韧剂 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN105368418B (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105820733A (zh) * | 2016-04-21 | 2016-08-03 | 安徽皖翎羽绒制品有限公司 | 一种含超细羽绒纤维-聚甲基丙烯酸甲酯微球的水性聚氨酯涂层剂 |
CN106320544A (zh) * | 2016-08-15 | 2017-01-11 | 马常芳 | 一种耐寒改性发泡水泥聚氨酯复合外墙保温板 |
CN107987814A (zh) * | 2017-12-05 | 2018-05-04 | 西南石油大学 | 一种多功能低密度固化工作液体系 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101274831A (zh) * | 2008-05-16 | 2008-10-01 | 哈尔滨工业大学 | 碳纳米管纤维水泥基材料及其制备方法 |
CN101481606A (zh) * | 2005-09-28 | 2009-07-15 | 南京工业大学 | 油井水泥防漏增韧剂 |
CN103396775A (zh) * | 2013-07-20 | 2013-11-20 | 西南石油大学 | 一种耐高温增韧缓凝剂 |
CN103628316A (zh) * | 2013-10-25 | 2014-03-12 | 王以元 | 一种新型的纸纤维织物涂层整理剂微乳液制备方法 |
CN104150843A (zh) * | 2014-08-25 | 2014-11-19 | 福建巨岸建设工程有限公司 | 改性竹纤维/聚合物复合高韧性混凝土及其制备方法 |
-
2015
- 2015-12-11 CN CN201510922895.9A patent/CN105368418B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101481606A (zh) * | 2005-09-28 | 2009-07-15 | 南京工业大学 | 油井水泥防漏增韧剂 |
CN101274831A (zh) * | 2008-05-16 | 2008-10-01 | 哈尔滨工业大学 | 碳纳米管纤维水泥基材料及其制备方法 |
CN103396775A (zh) * | 2013-07-20 | 2013-11-20 | 西南石油大学 | 一种耐高温增韧缓凝剂 |
CN103628316A (zh) * | 2013-10-25 | 2014-03-12 | 王以元 | 一种新型的纸纤维织物涂层整理剂微乳液制备方法 |
CN104150843A (zh) * | 2014-08-25 | 2014-11-19 | 福建巨岸建设工程有限公司 | 改性竹纤维/聚合物复合高韧性混凝土及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
李明等: "炭纤维增强油井水泥石的力学性能", 《复合材料学报》 * |
李欢等: "新型功能纤维-也谈新闻", 《产业用纺织品》 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105820733A (zh) * | 2016-04-21 | 2016-08-03 | 安徽皖翎羽绒制品有限公司 | 一种含超细羽绒纤维-聚甲基丙烯酸甲酯微球的水性聚氨酯涂层剂 |
CN106320544A (zh) * | 2016-08-15 | 2017-01-11 | 马常芳 | 一种耐寒改性发泡水泥聚氨酯复合外墙保温板 |
CN107987814A (zh) * | 2017-12-05 | 2018-05-04 | 西南石油大学 | 一种多功能低密度固化工作液体系 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105368418B (zh) | 2018-01-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhu et al. | In situ surface decorated polymer microsphere technology for enhanced oil recovery in high-temperature petroleum reservoirs | |
CN110003870A (zh) | 一种压裂用可降解水溶性暂堵剂及其制备方法 | |
CN103173200B (zh) | 一种水基压裂液及其制备方法 | |
CN105368418A (zh) | 一种用于改善固井水泥石力学性能的椰碳纤维增韧剂 | |
CN102093880B (zh) | 一种油井控水剂及其制备方法 | |
CN104774602B (zh) | 一种耐高温封堵剂、制备方法及应用 | |
CN105440998A (zh) | 一种低温快速固化环氧树脂胶粘剂及其制备方法 | |
CN104151482B (zh) | 一种高强度低密度压裂支撑剂的制备方法 | |
CN103409118B (zh) | 一种水基钻井液超高温稳定剂的合成方法 | |
CN104371691A (zh) | 一种疏水缔合聚合物磺酸盐驱油剂及其合成方法 | |
CN106082743B (zh) | 用于固井水泥石增韧的四针状氧化锌晶须增韧剂 | |
CN104479652A (zh) | 一种水玻璃调剖剂及其制备方法 | |
CN105085839A (zh) | 水溶性AM-AA-改性纳米SiO2功能单体三元共聚物驱油剂的制备方法 | |
CN109250962A (zh) | 一种改性混合玄武岩纤维混凝土的制备方法 | |
CN107880213A (zh) | 一种硅氧烷季铵盐改性的两亲聚合物超特稠油降粘剂及其制备方法与应用 | |
CN104945004A (zh) | 一种新型再生纤维素纤维-气凝胶的复合材料及其制备方法 | |
CN101220171B (zh) | 处理高分子吸水膨胀树脂的方法 | |
CN108424762A (zh) | 一种水力压裂用的自悬浮支撑剂及其制备方法 | |
CN105567196A (zh) | 增韧兼有弱缓凝及控失水作用的胶乳外加剂及制备方法 | |
CN107216081A (zh) | 一种耐火新型墙体保温材料及其制备方法 | |
CN107267127A (zh) | 一种堵水剂及其制备方法 | |
CN104762076A (zh) | 水溶性AM-AA-改性纳米SiO2功能单体三元共聚物驱油剂 | |
CN102181008B (zh) | 一种修井堵漏用吸水树脂及其合成方法 | |
CN105199690A (zh) | 一种油井水泥耐高温悬浮剂 | |
CN107722603A (zh) | 一种柔性阻燃石墨烯相变复合材料及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |