CN106833570A - 一种悬浮减轻剂及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种悬浮减轻剂，所述悬浮减轻剂包括二氧化硅液体、聚氨酯悬浮剂和水，并且所述二氧化硅液体:聚氨酯悬浮剂:水的重量比为40～70:10～30:20～50。本申请还公开了所述悬浮减轻剂的制备方法和其在低密度水泥浆中的用途。所述制备方法包括：将二氧化硅液体、聚氨酯悬浮剂和水混合。使用本申请的悬浮减轻剂能够配制密度在1.30～1.60g/cm3范围内的低密度水泥浆，并且在水泥浆密度可调范围内，水泥石的强度最低也能够达到3.5MPa，水泥浆的其它各项性能均可满足低压易漏失地层的固井施工尤其是海上固井施工的需要。

Description

一种悬浮减轻剂及其制备方法和用途
技术领域
本申请涉及但不限于一种低密度水泥浆体系，特别涉及但不限于一种低密度水泥浆的悬浮剂及其制备方法和用途。
背景技术
可水化固化的水泥组分经常在油气井开采领域中使用。向井下注入水泥，并使水泥浆在套管管柱与井眼间的环空中充满固化，形成水泥环，以起到保护和支撑套管、封隔油气水层的目的。这一作业又称作固井。
在某些油田，钻进时会遇到低压高渗地层，采用常规密度水泥浆进行固井作业，水泥浆所产生的静液柱压力往往大于地层破裂压力，因此极易产生井漏，造成地层污染及产量降低等恶果。为了保证固井作业安全，提高固井质量，常采用密度小于1.6g/cm3的低密度水泥浆，以避免上述在钻井中可能发生的问题。
构建低密度水泥浆最简单的方法为增加水泥浆的水灰比，并加入悬浮组分保证水泥浆稳定性。常见的悬浮组分为搬土、水玻璃等，其优点是水泥浆构成简单、造浆率大，成本较低，但水泥浆性能较差，难以满足施工要求。
因此，有必要开发更为有效的用于低密度水泥浆的悬浮组分。
发明内容
本申请提供了一种悬浮减轻剂。
本申请提供的悬浮减轻剂，包括二氧化硅液体、聚氨酯悬浮剂和水，并且所述二氧化硅液体:聚氨酯悬浮剂:水的重量比为40～70:10～30:20～50。
在本申请的实施方式中，所述二氧化硅液体可以为硅溶胶(Silicon dioxide)或纳米二氧化硅分散液。
在本申请的实施方式中，所述硅溶胶可以为普通市售获得的产品，例如Dupont公司的LUDOX系列产品；或者利用本领域常用的方法制得，例如可以使用硅酸钠为原料，通过离子交换等方法去除其中的钠离子得到。所述纳米二氧化硅分散液可以为普通市售获得的产品，或者利用本领域常用的方法制得，例如，直接将纳米级的二氧化硅颗粒通过分散技术均匀分散在水或其他溶剂中得到，具体地，可以采用“《纳米二氧化硅改性水性聚氨酯分散液的制备与表征》》，陈永军等，涂料工业，第44卷第1期”1.3.1部分记载的纳米二氧化硅聚氧化丙烯二醇分散体(即本申请所述的纳米二氧化硅分散液)的制备方法制备。
聚氨脂悬浮剂，又叫聚氨脂增稠剂(HEUR)，在涂料行业内广泛使用。由疏水基、亲水链和聚氨酯基三部分组成。疏水基起缔合作用，是增稠的决定因素，疏水基常是油基、十八烷基、十二烷苯基、壬酚基等。亲水链能提供化学稳定性和粘度稳定性，常用的是聚醚。HEUR的分子链是通过聚氨酯基来扩展的，所用聚氨酯基有IPDI、TDI、HMDI等。聚氨脂悬浮剂的常见分子结构为：
疏水基团，通常为长链烷基；
氨基基团，通常为IPDI、TDI、HMDI；
亲水主链，通常为聚醚结构单元
在本申请的实施方式中，所述聚氨脂悬浮剂可以为普通市售获得的产品或者利用现有的方法制得。
在本申请的实施方式中，所述二氧化硅液体:聚氨酯悬浮剂:水的重量比可以为50～60:15～25:25～40。
在本申请的实施方式中，所述二氧化硅液体中二氧化硅的含量可以为20～60重量％。
可选地，所述二氧化硅的液体中二氧化硅的含量为30～50重量％。
在本申请的实施方式中，所述二氧化硅液体中二氧化硅的粒径可以为5～1000nm。
可选地，所述二氧化硅液体中二氧化硅的粒径为5～50nm。
在本申请的实施方式中，所述二氧化硅液体的pH可以为7～14。
可选地，所述二氧化硅液体的pH为8.5～11.5。
在本申请的实施方式中，所述聚氨酯悬浮剂可以为水性聚氨酯悬浮剂，例如DOW公司的ACRYSOLTM系列，BASF公司的collacralTM系列产品。
本申请还提供了制备上述悬浮减轻剂的方法。
本申请提供的制备上述悬浮减轻剂的方法包括，将二氧化硅液体、聚氨酯悬浮剂和水混合。
本申请又提供了上述悬浮减轻剂在低密度水泥浆中的用途。
在本申请的实施方式中，所述低密度水泥浆的密度为1.3～1.6g/cm3。
使用本申请的悬浮减轻剂，在不加入微珠等减轻剂的条件下，即能配制密度在1.30～1.60g/cm3范围内的低密度水泥浆。与现有的搬土、水玻璃等悬浮组分相比，使用本申请的悬浮减轻剂制备的水泥石的强度得到了提升，在水泥浆密度可调范围内，水泥石的强度最低也能够达到3.5MPa，同时，使水泥浆其它各项性能均可满足低压易漏失地层的固井施工尤其是海上固井施工的需要。
具体实施方式
下面通过实施例来描述本申请的实施方式，本领域的技术人员应当认识到，这些具体的实施例仅表明为了达到本申请的目的而选择的实施技术方案，并不是对技术方案的限制。根据本申请的教导，结合现有技术对本申请技术方案的改进是显然的，均属于本申请保护的范围。
以下实施例中所使用的原料和试剂，如无特别说明，均为普通市售产品。
实施例1-6
按照表1中的含量称量二氧化硅的水相悬浮液、聚氨脂悬浮剂和水，混合后得到悬浮减轻剂。
表1
注：LUDOX HS40中二氧化硅的粒径为12nm，含量为40％，pH＝9.5；LUDOX HS30中二氧化硅的粒径为12nm，含量为30％，pH＝9.8；LUDOX AS40中二氧化硅的粒径为22nm，含量为40％，pH＝9.4；LUDOX SM30中二氧化硅的粒径为7nm，含量为30％，pH＝10。
性能测试
1、分别使用上述实施例中所制备的悬浮减轻剂、市售搬土或水玻璃进行密度为1.3g/cm3的水泥浆的配制。所得水泥浆的性能请见表2。
表2
注：1、水泥浆配方：100％G级油井水泥+悬浮减轻剂或悬浮组分+5％早强剂(PC-A95L)+1.5％消泡剂(PC-X63L)，均为中海油服化学有限公司生产；
2、抗压强度为30℃下，24h的水泥石抗压强度；
3、水泥浆在静置的过程中会析出自由液，自由液的含量越小表示水泥浆的稳定性越好。
从表2中的数据可以看出，使用本申请实施例1-6制备的悬浮减轻剂所配制的密度为1.3g/cm3的水泥浆，稳定性较好，在30℃下的抗压强度也明显优于使用现有悬浮组分配制的水泥浆。
2、分别使用上述实施例中所制备的悬浮减轻剂、市售搬土或水玻璃进行密度为1.6g/cm3的水泥浆的配制。所得水泥浆的性能请见表3。
表3
注：1、水泥浆配方：100％G级油井水泥+悬浮减轻剂或悬浮组分+2.8％早强剂(PC-A95L)+1％消泡剂(PC-X63L)，均为中海油服化学有限公司生产；
2、抗压强度为30℃下，24h的水泥石抗压强度；
3、由于所有水泥浆配方的悬浮稳定性均很好，故在表中未列出。
从表3的数据可以看出，使用本申请实施例1-6制备的悬浮减轻剂所配制的密度为1.6g/cm3的水泥浆，稳定性较好，在30℃下的抗压强度也明显优于使用现有悬浮组分配制的水泥浆。
所述仅为本申请的优选实施例，并非对本申请作出任何形式上和实质上的限制。本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，当可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更改、修饰与演变的等同变化均为本申请的等效实施例；同时，凡依据本申请的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更改、修饰与演变等均在本申请的由权利要求界定的范围内。

Claims (10)

1.一种悬浮减轻剂，所述悬浮减轻剂包括二氧化硅液体、聚氨酯悬浮剂和水，并且所述二氧化硅液体:聚氨酯悬浮剂:水的重量比为40～70:10～30:20～50。
2.根据权利要求1所述的悬浮减轻剂，其中所述二氧化硅液体:聚氨酯悬浮剂:水的重量比为50～60:15～25:25～40。
3.根据权利要求1或2所述的悬浮减轻剂，其中所述二氧化硅液体中二氧化硅的含量为20～60重量％。
4.根据权利要求3所述的悬浮减轻剂，其中所述二氧化硅的液体中二氧化硅的含量为30～50重量％。
5.根据权利要求4所述的悬浮减轻剂，其中所述二氧化硅液体中二氧化硅的粒径为5～1000nm。
6.根据权利要求5所述的悬浮减轻剂，其中所述二氧化硅液体中二氧化硅的粒径为5～50nm。
7.根据权利要求6所述的悬浮减轻剂，其中所述二氧化硅液体的pH为7～14；可选地，为8.5～11.5。
8.根据权利要求1或2所述的悬浮减轻剂，其中所述聚氨酯悬浮剂为水性聚氨酯悬浮剂。
9.一种制备根据权利要求1-8中任一项所述的悬浮减轻剂的方法，所述方法包括：将二氧化硅液体、聚氨酯悬浮剂和水混合。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的悬浮减轻剂或根据权利要求9所述的方法制备的悬浮减轻剂在低密度水泥浆中的用途。
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