[发明专利]一种固井用纳米二氧化硅乳液、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种固井用纳米二氧化硅乳液、制备方法及应用。所述纳米二氧化硅乳液由微硅、蒸馏水、分散剂、络合剂、溶于水的醇、乳化剂、消泡剂、表面处理剂、pH调节剂组成；以蒸馏水为100重量份计，各组分用量如下：微硅43～150重量份；分散剂0.043‑0.43重量份；络合剂0.043‑0.43重量份；溶于水的醇0.043‑7.5重量份；乳化剂0.043‑0.86重量份；消泡剂0.043‑0.43重量份；表面处理剂0.043‑12重量份；pH调节剂0.000001～0.0315重量份。其固含量可达60％，粘度小于0.15Pa·s，稳定期可达1年、可用于油气井固井水泥浆。

技术领域

本发明涉及钻井固井领域，进一步地说，是涉及一种固井用纳米二氧化硅乳液、制备方法及应用。

背景技术

微硅是在冶炼硅铁和工业硅(金属硅)时，热电炉内产生出大量挥发性很强的SiO₂和Si气体，气体排放后与空气迅速氧化冷凝沉淀而成，它是工业冶炼中的副产物，主要成分为的无定型SiO₂。其平均粒径在150nm-200nm，同水泥颗粒相比存在数量级的差别。它是一种比表面积很大，活性很高的火山灰物质，加入油气井水泥中，可以大幅度提高水泥石的抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击等性能，还具有提高水泥浆稳定性的作用。通常微硅表面存在极性基团,极易发生团聚，团聚体的尺寸与水泥颗粒尺寸接近。目前，微硅主要通过干混的形式加入到油井水泥中，不能充分发微硅在油井水泥里的填充作用，降低渗透率与防止气窜、水窜效果有限。并且，微硅粉在输运、干混等过程易产生扬尘，微硅与水泥或者其他干混材料的密度差也可导致干混不均匀。因此，以微硅为原料制备二氧化硅乳液对改善微硅在油气井水泥浆中的应用效果和应用方式是非常重要的。

JP2007326727，2007公开了采用含有羧酸基团、酰胺基团、磺酸基团的水溶性共聚物为分散剂，并可选择聚苯乙烯磺酸盐制备二氧化硅分散液，该分散液可作为一种水泥外加剂使用。该方法的主要问题在于：采用这种方法制备的分散液在长期储备中产生胶凝现象，甚至是产生无法恢复的胶凝现象，影响使用。

US6983800B2公开了一种以微硅为原料，制备二氧化硅分散液的方法，主要采用白油、亲油粘土、亲油表活剂山梨糖醇酐三油酸酯与亲水表活剂聚氧乙烯山梨糖醇酐三油酸酯乳化分散，可以用做水泥浆外加剂。该方法的主要问题在于：该二氧化硅分散液中含有矿物油与亲油粘土，对水泥浆的性能有很大负面影响。

201210035276.4公开了使用聚羧酸类分散剂来制备微硅水性悬浮液。该方法主要有三方面缺点：1、没有使用表面处理的方法，不利于实现长期稳定。2、使用聚羧酸盐类分散剂，时间久易变质，并伴随有腐臭味，也不利于实现长期稳定。3、没有对微硅中其他金属氧化物杂质进行处理，影响长期稳定性。

发明内容

为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种固井用纳米二氧化硅乳液、制备方法及应用。其固含量可达60％，粘度小于0.15Pa·s，稳定期可达1年、可用于油气井固井水泥浆。

本发明的目的之一是提供一种固井用纳米二氧化硅乳液。

所述纳米二氧化硅乳液由微硅、蒸馏水、分散剂、络合剂、溶于水的醇、乳化剂、消泡剂、表面处理剂、pH调节剂组成；

纳米二氧化硅乳液中固含量为总重量的30—60％；

以蒸馏水为100重量份计，各组分的用量范围如下：

蒸馏水 100重量份；

微硅 43～150重量份；优选为67～150重量份；

分散剂 0.043-0.43重量份，优选为0.335-0.43重量份；

络合剂 0.043-0.43重量份，优选为0.335-0.43重量份；