技术领域
[0001] 本
发明涉及一种采油用化学剂，具体是指一种无机类胶凝材料，该材料可用于油、
水井的固井、封窜等，为一种触变性化学封窜剂。
背景技术
[0002] 稠油和超稠油油井在经过多轮次注汽生产后，由于固井
水泥环受高温湿热
蒸汽的反复侵蚀，以及水泥与
岩石和
套管的膨胀系数的差异，导致套管与水泥环或水泥环与井壁之间的窜槽。油井管外窜槽后，严重影响油井的正常生产。
[0003] 针对超稠油油藏管外窜槽井，通常采用挤水泥封窜工艺，采用油井水泥作为封窜主剂。由于水泥浆在
泵注过程中，经炮眼剪切后易脱水、易漏失，
凝固强度低，收缩率高，容易形成孔隙和缝隙结构，水泥在窜槽内与
地层间窜通，会出现挤水泥压
力不高，挤水泥量大，水泥沉降现象，造成封堵效果差，钻开水泥塞后试压试不住等问题，有效期也很短。
[0004] CN 102181274 B公开了一种触变性化学封窜剂，采用富
铁低
碳硫
铝酸盐40～55重量份，钠基
膨润土0.2～5重量份，降失水剂0.5～2重量份，白
炭黑0.2～5重量份，环糊精和/或
淀粉0.5～4重量份，水30～50重量份。该封窜剂的线性
膨胀率在0.2％以上，抗压强度30MPa以上，抗剪切强度达到10MPa以上，触变次数大于20次，但是其抗压强度、抗剪强度仍相对较差，且触变次数仍不够多，难以满足实际应用中的需求。
发明内容
[0005] 针对
现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种既具有较高抗压强度和抗剪强度，又具有良好触变性的化学封窜剂。
[0006] 为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0007] 一种触变性化学封窜剂，所述触变性化学封窜剂的原料组成包括：
[0008]
[0009] 除特别说明外，本发明中所述比例和含量均为重量比例和含量。
[0010] 本发明所述触变性化学封窜剂的原料组成中，富铁低碳硫铝酸盐的含量为30～38重量份，例如可为30重量份、33重量份、35重量份、36重量份或38重量份等。
[0011] 根据本发明的具体实施方案，本发明的触变性化学封窜剂中，所述富铁低碳硫铝酸盐，是在硫铝酸盐(水泥的主要成分，是以硫铝酸
钙和
硅酸二钙为主要成分的胶凝材料，化学组成包括Al2O3、SiO2、CaO、Fe2O3、SO3、C4A3、C2S、C4AF等)的
基础上，依据含铁量、含碳量指标筛选出的一种高性能
水泥熟料，通过
研磨生产的一种超细材料，其在国内已量产。本发明中优选所述富铁低碳硫铝酸盐中Fe2O3含量大于8％，碳烧失量小于5％，粒度2～20μm。本发明中是以此富铁低碳硫铝酸盐为主剂，添加其它多种辅剂材料形成一种具有高度触变性的化学封窜剂。
[0012] 本发明所述触变性化学封窜剂的原料组成中，钠基膨润土的含量为3～5份，例如可为3份、3.5份、4份或5份等。
[0013] 根据本发明的具体实施方案，本发明的触变性化学封窜剂中，所述钠基膨润土是起到分散、悬浮、提高触变性、增加强度的作用，是一种主要添加材料。该钠基膨润土为普通钙基膨润土经钠化处理而得到的，本发明中要求所述钠基膨润土的膨胀倍数为30倍以上，以满足使用要求。该钠基膨润土为成熟的商品化材料。
[0014] 本发明所述触变性化学封窜剂的原料组成中，降失水剂的含量为1～3份，例如可为1份、2份、2.5份或3份等。
[0015] 根据本发明的具体实施方案，本发明的触变性化学封窜剂中，所述降失水剂的作用是在体系
固化过程中，防止水分析出，降低封窜剂固化强度。本发明中优选采用可再分散乳胶粉，要求固含量大于96％，400μm筛余不超过2％，最低成膜
温度可为0℃。
[0016] 根据本发明的具体实施方案，本发明的触变性化学封窜剂中，所述降失水剂的作用是在体系固化过程中，防止水分析出，降低封窜剂固化强度。本发明中优选采用可再分散乳胶粉，要求固含量大于96％，400μm筛余不超过2％，最低成膜温度可为0℃。
[0017] 本发明所述触变性化学封窜剂的原料组成中，白炭黑的含量为3～5重量份，例如可为3重量份、4重量份、4.5重量份或5重量份等。
[0018] 根据本发明的具体实施方案，本发明的触变性化学封窜剂中，所述白炭黑为触变剂，其作用是使封窜剂具有强触变性，注入地层后迅速变成半固态，防止沉降和漏失，达到理想的封堵效果。该成分是化学封窜剂的主要功能性组分，在体系中具有不可代替的作用。本发明中要求所采用的白炭黑，要求BET
比表面积大于150m2/g(超细
二氧化硅)。
[0019] 本发明所述触变性化学封窜剂的原料组成中，环糊精和/或淀粉的含量为0.5～2.5重量份，例如可为0.5重量份、1重量份、1.5重量份、2重量份或2.5重量份等。
[0020] 根据本发明的具体实施方案，本发明的触变性化学封窜剂中，所述淀粉和/或环糊精也是作为悬浮分散剂，其作用是使溶液增稠，提高悬浮性能，使硫铝酸盐主剂在溶液中均匀分散并保持稳定。其中淀粉可选用玉米淀粉和/或
马铃薯淀粉；环糊精可选用alpha-环糊精、beta-环糊精和/或gamma-环糊精。低成本体系一般采用淀粉，要求快速配制时可采用环糊精，综合成本要高一些。
[0021] 本发明所述触变性化学封窜剂的原料组成中，水的含量为55～70重量份，例如可为55重量份、60重量份、68重量份或70重量份等。若用量超过70重量份，则封窜剂固结强度，会降低其触变性能；低于55重量份，则封窜剂粘稠度过高，制备过程难度增加，导致成本增加。
[0022] 本发明所述触变性化学封窜剂的原料组成中，二氧化
钛包覆的
二氧化硅的含量为5～15重量份，例如可为5重量份、6重量份、8重量份、10重量份。12重量份或15重量份等。
[0023] 本发明中二氧化钛包覆的二氧化硅具有蓬松的二氧化钛壳结构，这种结构有利于其与其他组分的相互作用，使结合性更好，而且
稳定性更高，从而改善得到的触变性化学封窜剂的抗压强度、抗剪强度和触变性。
[0024] 优选地，所述二氧化钛包覆的二氧化硅通过如下方法制备得到：将二氧化硅颗粒分散于脱盐水中，经研磨得到二氧化硅的悬浮液，然后，向二氧化硅的悬浮液中加入钛酸酯，搅拌，于75～120℃反应。
[0025] 本发明二氧化钛包覆的二氧化硅的制备过程中，反应的温度为75～120℃，例如可为75℃、80℃、90℃、100℃、110℃或120℃等。
[0026] 优选地，二氧化钛包覆的二氧化硅的制备过程中，所述二氧化硅的悬浮液的浓度为50～200g/L，例如可为50g/L、60g/L、70g/L、80g/L、100g/L、125g/L、150g/L或200g/L等。
[0027] 优选地，二氧化钛包覆的二氧化硅的制备过程中，研磨的时间为30～60min，例如可为30min、35min、40min、50min或60min等。
[0028] 优选地，二氧化钛包覆的二氧化硅的制备过程中，钛酸酯的加入量为二氧化钛颗粒
质量的10～15％，例如可为10％、12％、14％或15％等。
[0029] 优选地，二氧化钛包覆的二氧化硅的制备过程中，所述钛酸酯选自碳链长度为1-10的酯，优选为钛酸异丙酯和/或钛酸丁酯。
[0030] 根据本发明的具体实施方案，本发明的触变性化学封窜剂，其原料组成还可进一步包括：气相二氧化硅、氢
氧化钙、氧化钙中的一种或多种。所述气相二氧化硅可增强封窜剂的触变性，用量为封窜剂总重量的0.2％～1％；而添加封窜剂总重量1％～3％的氢氧化钙、氧化钙等可将封窜剂的凝固速度提高1～3倍，固结强度提高5％～20％。
[0031] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0032] 本发明主要是以富铁低碳硫铝酸盐作为主剂，添加多种辅剂复配了一种具有高度触变性的化学封窜剂，结合二氧化钛包覆的二氧化硅独特的蓬松的二氧化钛壳结构，增加其与其他组分间的相互作用，使结合性更好，稳定性更高，从而得到既具有高的抗压强度和抗剪强度，又具有良好触变性的封窜剂。该封窜剂的线性膨胀率1.5％以上，抗压强度80MPa以上，抗剪切强度达到50MPa以上，触变次数大于50次。
具体实施方式
[0033] 下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
[0035]
[0036] 其中，所述富铁低碳硫铝酸盐购自鞍山鞍
钢矿渣开发公司，其中Fe2O3含量10.5％，碳烧失量2.5％，粒度5.5μm；
[0037] 所述钠基膨润土购自黑山县膨润土厂，膨胀倍数30倍；
[0038] 所述可再分散乳胶粉由大连化工(江苏)有限公司生产，固含量98％，400μm筛余不超过2％，最低成膜温度0℃；
[0039] 所述超细二氧化硅BET比表面积165m2/g；
[0040] 所述环糊精为alpha-环糊精。
[0041] 本实施例中二氧化钛包覆的二氧化硅通过以下方法制备得到：将100g二氧化硅颗粒分散于脱盐水中，经研磨60min得到二氧化硅的悬浮液(浓度50g/L)，然后，向二氧化硅的悬浮液中加入10g钛酸异丙酯，搅拌，于120℃反应。
[0042] 对本实施例制备得到的触变性化学封窜剂进行测试，其线性膨胀率为1.6，抗压强度为82MPa，抗剪切强度为55MPa，触变次数为52次。
[0043] 实施例2
[0044]
[0045]
[0046] 其中，所述富铁低碳硫铝酸盐购自辽宁海城矿粉厂，其中Fe2O3含量9.5％，碳烧失量2％，粒度4μm；
[0047] 所述钠基膨润土购自黑山县膨润土厂，膨胀倍数50倍；
[0048] 所述可再分散乳胶粉由大连化工(江苏)有限公司生产，固含量98％，400μm筛余不超过2％，最低成膜温度0℃；
[0049] 所述超细二氧化硅BET比表面积165m2/g；
[0050] 所述环糊精为beta-环糊精。
[0051] 本实施例中二氧化钛包覆的二氧化硅通过以下方法制备得到：将200g二氧化硅颗粒分散于脱盐水中，经研磨30min得到二氧化硅的悬浮液(浓度200g/L)，然后，向二氧化硅的悬浮液中加入30g钛酸异丙酯，搅拌，于75℃反应。
[0052] 对本实施例制备得到的触变性化学封窜剂进行测试，其线性膨胀率为1.5，抗压强度为83MPa，抗剪切强度为53MPa，触变次数为55次。
[0053] 实施例3
[0054]
[0055]
[0056] 其中，所述富铁低碳硫铝酸盐购自辽宁海城矿粉厂，其中Fe2O3含量9.5％，碳烧失量2％，粒度4μm；
[0057] 所述钠基膨润土购自黑山县膨润土厂，膨胀倍数50倍；
[0058] 所述可再分散乳胶粉由大连化工(江苏)有限公司生产，固含量98％，400μm筛余不超过2％，最低成膜温度0℃；
[0059] 所述气相二氧化硅BET比表面积260m2/g；
[0060] 所述淀粉为市售玉米淀粉。
[0061] 本实施例中二氧化钛包覆的二氧化硅通过以下方法制备得到：将100g二氧化硅颗粒分散于脱盐水中，经研磨45min得到二氧化硅的悬浮液(浓度100g/L)，然后，向二氧化硅的悬浮液中加入12g钛酸异丙酯，搅拌，于100℃反应。
[0062] 对本实施例制备得到的触变性化学封窜剂进行测试，其线性膨胀率为3.0，抗压强度为100MPa，抗剪切强度为78MPa，触变次数为80次。
[0063] 对比例1
[0064] 除不包含二氧化钛包覆的二氧化硅外，其他原料组成的组分种类和含量与实施例1相同。
[0065] 对本实施例制备得到的触变性化学封窜剂进行测试，其线性膨胀率为0.28，抗压强度为39Pa，抗剪切强度为20MPa，触变次数为25次。
[0066]
申请人
声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
