[发明专利]一种油井水泥改性剂

说明书

本发明涉及的是一种油井水泥改性剂，这种油井水泥改性剂为具有核壳结构的无机‑有机复合颗粒，其制备方法：a）SiO₂纳米颗粒的改性：b）制备无机‑有机复合颗粒：将1‑10克SiO₂‑BSA在100毫升无水乙醇中超声分散30分钟，向分散液中加入5‑30克的聚乙二醇甲基丙烯酸甲酯、1‑10克丙烯酸和0.01‑0.05克偶氮二异丁腈，在40‑70°C氮气中混合4小时，离心后用乙醇多次漂洗，并在60°C下真空干燥12小时，得到无机‑有机复合颗粒，为具有核壳结构的无机‑有机复合颗粒；聚乙二醇甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸的质量比为3:1‑5:1。本发明不仅能够提高油井水泥浆的流动性，而且可以改善油井水泥的机械性能。

一、 技术领域：

本发明涉及油气井开发过程中固井所用的油井水泥，具体涉及的是一种油井水泥改性剂。

二、背景技术：

油气井开发过程中，固井所用的油井水泥存在抗拉强度低、抗裂性差等固有缺陷，井下水泥环的破坏严重影响油气井的产能、生产寿命和安全。SiO₂纳米颗粒不仅可以在水泥浆中起到物理填充的作用，而且可以与水化过程中产生的氢氧化钙反应生成水化硅酸钙凝胶，从而促进水泥浆的水化反应，密实水泥石的微观结构，改善水泥浆的性能。然而，SiO₂纳米颗粒具有较大的比表面积，具有很强的团聚倾向，聚集后的纳米SiO₂颗粒容易在水泥浆中形成薄弱带，导致固化后水泥的力学性能下降。通过在固井水泥浆中加入高效减水剂能够提高SiO₂纳米颗粒在水泥浆中的分散稳定性。然而，SiO₂纳米颗粒与高效减水剂之间的相互作用较弱，不能从根本上改变SiO₂纳米颗粒的强团聚趋势，无法实现SiO₂纳米颗粒在水泥浆中的纳米级均匀分散。因此，SiO₂纳米颗粒在固井水泥浆中的应用受到了限制。

三、发明内容：

本发明的目的是提供一种油井水泥改性剂，这种油井水泥改性剂用于解决现有技术中SiO₂纳米颗粒在固井水泥浆中的应用受到限制的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种油井水泥改性剂为具有核壳结构的无机-有机复合颗粒，其制备方法如下：

a）SiO₂纳米颗粒的改性：

将1-10克SiO₂纳米颗粒加入到100毫升质量百分比浓度为10%的乙醇溶液中，超声15分钟，得到均匀的悬浮液；向悬浮液中加入2-8克N,O-双三甲硅基乙酰胺BSA，在50°C、氮气氛围中搅拌6小时，冷却至常温后，对分散液进行多次离心并用乙醇洗涤，除去未反应的BSA，得到改性后的SiO₂纳米颗粒SiO₂-BSA；然后，将改性后的SiO₂纳米颗粒SiO₂-BSA在60°C下真空干燥12小时；

b）制备无机-有机复合颗粒：

将1-10克SiO₂-BSA在100毫升无水乙醇中超声分散30分钟，向分散液中加入5-30克的聚乙二醇甲基丙烯酸甲酯PEGMA、1-10克丙烯酸AA和0.01-0.05克偶氮二异丁腈，在40-70°C氮气中混合4小时，离心后用乙醇多次漂洗，并在60°C下真空干燥12小时，得到无机-有机复合颗粒SiO₂/PEGMA/AA，为具有核壳结构的无机-有机复合颗粒；聚乙二醇甲基丙烯酸甲酯PEGMA和丙烯酸AA的质量比为3:1-5:1。

上述方案中制备无机-有机复合颗粒：

将2克SiO₂-BSA在100毫升无水乙醇中超声分散30分钟，向分散液中加入10克的聚乙二醇甲基丙烯酸甲酯PEGMA、2克丙烯酸AA和0.025克偶氮二异丁腈，在60°C氮气中混合4小时，离心后用乙醇多次漂洗，并在60°C下真空干燥12小时，得到无机-有机复合颗粒SiO₂/PEGMA/AA，为具有核壳结构的无机-有机复合颗粒。