本發(fā)明涉及混凝土及油氣田開發(fā)固井領(lǐng)域，特別是涉及一種ph響應(yīng)緩釋型早強(qiáng)劑的制備方法、產(chǎn)品及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著淺層油氣資源的不斷開發(fā)和枯竭，深層與超深層已成為重要的油氣戰(zhàn)略領(lǐng)地。固井技術(shù)是油氣開發(fā)過程中必不可少的重要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵技術(shù)。針對(duì)深水固井作業(yè)來說，面臨最大的挑戰(zhàn)就是海底低溫和井底高溫的交變溫度場環(huán)境。低溫環(huán)境影響油井水泥水化速率，導(dǎo)致水泥石抗壓強(qiáng)度發(fā)展緩慢，延長施工時(shí)間，并且影響固井質(zhì)量，使得地層油、氣、水等流體易侵入井筒引發(fā)井噴事故。嚴(yán)重影響了深水區(qū)域石油資源的開采。然而，當(dāng)井筒深度達(dá)到一定程度，井底出現(xiàn)高溫環(huán)境，水泥漿容易出現(xiàn)速凝現(xiàn)象，影響水泥漿流變性和可施工性。

2、早強(qiáng)劑是加速水泥早期強(qiáng)度發(fā)展的外加劑。它能促進(jìn)水泥的水化和硬化，從而提高水泥的早期強(qiáng)度。按化學(xué)成分劃分，早強(qiáng)劑可劃分為無機(jī)系、有機(jī)系和復(fù)合型。其中無機(jī)系早強(qiáng)劑用量較多，包括鹵鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、硅酸鹽和碳酸鹽等。其中，硫酸鈉可以與水化產(chǎn)物ch作用，一方面消耗液相ch并生成苛性鈉，能加速aft的形成和c3s的水化；另一方面，反應(yīng)生成的極細(xì)微caso4顆粒提高了與c3s的反應(yīng)速率，從而可以提高水泥石早期強(qiáng)度。在水泥中引入早強(qiáng)劑確實(shí)可以提高水泥低溫環(huán)境下早期的強(qiáng)度發(fā)展，但隨著井深增加，井底溫度提高，水泥漿容易產(chǎn)生速凝現(xiàn)象，增大水泥基材料中的裂縫和孔隙。其次，一次性加入早強(qiáng)劑會(huì)縮短水泥漿稠化時(shí)間，影響水泥漿的泵送性，與緩凝劑產(chǎn)生較大的矛盾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于上述內(nèi)容，本發(fā)明提供一種ph響應(yīng)緩釋型早強(qiáng)劑的制備方法、產(chǎn)品及應(yīng)用。本發(fā)明ph響應(yīng)緩釋型早強(qiáng)劑具有堿響應(yīng)行為，能夠提高水泥石早期強(qiáng)度，并且對(duì)稠化性能無負(fù)面影響，解決了目前深水固井用早強(qiáng)劑的不足。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明技術(shù)方案之一，一種ph響應(yīng)緩釋型早強(qiáng)劑的制備方法，包括以下步驟：

4、對(duì)多孔硅酸鹽礦物進(jìn)行擴(kuò)孔處理，得到擴(kuò)孔的硅酸鹽礦物；

5、將所述擴(kuò)孔的硅酸鹽礦物加入到無機(jī)鹽溶液中進(jìn)行抽真空-放真空操作，得到負(fù)載后的硅酸鹽礦物；

6、將所述負(fù)載后的硅酸鹽礦物加入到陽離子聚電解質(zhì)溶液中進(jìn)行覆膜，得到硅酸鹽礦物a；

7、將所述硅酸鹽礦物a加入到陰離子聚電解質(zhì)溶液中進(jìn)行覆膜，重復(fù)在陽離子聚電解質(zhì)溶液中進(jìn)行覆膜和在陰離子聚電解質(zhì)溶液中進(jìn)行覆膜的步驟，得到所述ph響應(yīng)緩釋型早強(qiáng)劑。

8、本發(fā)明技術(shù)方案之二，一種根據(jù)上述的制備方法制備得到的ph響應(yīng)緩釋型早強(qiáng)劑。

9、本發(fā)明技術(shù)方案之三，上述的ph響應(yīng)緩釋型早強(qiáng)劑在水泥中的應(yīng)用。

10、本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

11、本發(fā)明以多孔硅酸鹽礦物為早強(qiáng)劑吸附載體，利用其豐富的中空結(jié)構(gòu)吸附水溶性早強(qiáng)劑，其高表面結(jié)構(gòu)及獨(dú)特的化學(xué)成分可促進(jìn)水泥抗壓強(qiáng)度發(fā)展，避免由緩釋行為導(dǎo)致的水泥前期強(qiáng)度發(fā)展。

12、利用具有相反電荷的聚電解質(zhì)對(duì)負(fù)載后的多孔硅酸鹽礦物進(jìn)行包裹，可保證在拌漿過程中早強(qiáng)劑不提前釋放，而在水泥水化的堿性環(huán)境下，聚電解質(zhì)逐漸解離剝落，早強(qiáng)劑緩慢的溶解在水泥漿中。通過改變聚電解質(zhì)的包覆層數(shù)，進(jìn)一步調(diào)控早強(qiáng)劑釋放速率，從而達(dá)到按需釋放，避免因無機(jī)鹽早強(qiáng)劑一次性添加導(dǎo)致水泥漿快速稠化的問題。

技術(shù)特征：

1.一種ph響應(yīng)緩釋型早強(qiáng)劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ph響應(yīng)緩釋型早強(qiáng)劑的制備方法，其特征在于，所述多孔硅酸鹽礦物為埃洛石；所述擴(kuò)孔處理具體為將多孔硅酸鹽礦物加入到酸溶液中攪拌；所述擴(kuò)孔處理的溫度為60-80℃，時(shí)間為4-6h。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ph響應(yīng)緩釋型早強(qiáng)劑的制備方法，其特征在于，所述無機(jī)鹽溶液為濃度0.1-0.3g/ml的硫酸鈉或氯化鈉溶液；所述擴(kuò)孔的硅酸鹽礦物與所述無機(jī)鹽溶液的質(zhì)量比為1:14-16。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ph響應(yīng)緩釋型早強(qiáng)劑的制備方法，其特征在于，所述抽真空-放真空操作具體為先抽真空處理20-40min，之后將體系與大氣相通，在大氣壓力下保持5-10min；所述抽真空-放真空操作重復(fù)2-4次。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ph響應(yīng)緩釋型早強(qiáng)劑的制備方法，其特征在于，所述陽離子聚電解質(zhì)溶液為濃度6-8mg/ml的聚(丙烯胺鹽酸鹽)、聚二甲基二烯丙基氯化銨、聚烯丙基胺或聚乙烯亞胺溶液；所述負(fù)載后的硅酸鹽礦物與所述陽離子聚電解質(zhì)溶液的質(zhì)量比為1:15-30；在陽離子聚電解質(zhì)溶液中進(jìn)行覆膜的時(shí)間為8-10min；所述陽離子電解質(zhì)溶液中還包括氯化鈉。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ph響應(yīng)緩釋型早強(qiáng)劑的制備方法，其特征在于，所述陰離子聚電解質(zhì)溶液為濃度6-8mg/ml的羧甲基纖維素鈉、聚丙烯酸鈉、海藻酸鈉或聚磷酸鹽溶液；所述硅酸鹽礦物a與所述陰離子聚電解質(zhì)溶液的質(zhì)量比為1:15-30；在陰離子聚電解質(zhì)溶液中進(jìn)行覆膜的時(shí)間為8-10min。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ph響應(yīng)緩釋型早強(qiáng)劑的制備方法，其特征在于，重復(fù)在陽離子聚電解質(zhì)溶液中進(jìn)行覆膜和在陰離子聚電解質(zhì)溶液中進(jìn)行覆膜的步驟1-3次。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的ph響應(yīng)緩釋型早強(qiáng)劑。

9.如權(quán)利要求8所述的ph響應(yīng)緩釋型早強(qiáng)劑在水泥中的應(yīng)用。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，所述ph響應(yīng)緩釋型早強(qiáng)劑在水泥中的添加量為水泥質(zhì)量的1-3％。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及混凝土及油氣田開發(fā)固井領(lǐng)域，特別是涉及一種pH響應(yīng)緩釋型早強(qiáng)劑的制備方法、產(chǎn)品及應(yīng)用。該pH響應(yīng)緩釋型早強(qiáng)劑的制備方法，包括以下步驟：對(duì)多孔硅酸鹽礦物進(jìn)行擴(kuò)孔處理，將擴(kuò)孔的硅酸鹽礦物加入到無機(jī)鹽溶液中進(jìn)行抽真空?放真空操作，得到負(fù)載后的硅酸鹽礦物；將負(fù)載后的硅酸鹽礦物加入到陽離子聚電解質(zhì)溶液中進(jìn)行覆膜，得到硅酸鹽礦物A；將硅酸鹽礦物A加入到陰離子聚電解質(zhì)溶液中進(jìn)行覆膜，重復(fù)在陽離子聚電解質(zhì)溶液中進(jìn)行覆膜和在陰離子聚電解質(zhì)溶液中進(jìn)行覆膜的步驟。本發(fā)明pH響應(yīng)緩釋型早強(qiáng)劑具有堿響應(yīng)行為，能夠提高水泥石早期強(qiáng)度，并且對(duì)稠化性能無負(fù)面影響，解決了目前深水固井用早強(qiáng)劑的不足。

技術(shù)研發(fā)人員：胡苗苗,李曉華,曹成章,史峰,李旭,程鵬,郭錦棠
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/12