偏高岭土水性悬浮液及其制备方法和应用及油田固井用水泥浆的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种偏高岭土水性悬浮液，其包括偏高岭土、分散剂、悬浮稳定剂、杀菌剂以及去离子水，其中，基于所述偏高岭土的重量，所述分散剂的含量为0.1-1重量％，所述悬浮稳定剂的含量为0.1-0.5重量％，所述杀菌剂的含量为0.1-0.3重量％，所述去离子水的含量为100-112重量％。本发明还提供了制备上述偏高岭土水性悬浮液的方法以及一种油田固井用水泥浆。本发明提供的偏高岭土水性悬浮液固含量高、粘度低、储存稳定。
【专利说明】偏高岭土水性悬淳液及其制备方法和应用及油田固井用水 泥浆
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种偏高岭土水性悬浮液及其制备方法和应用以及一种油田固井用 水泥浆。
【背景技术】
[0002] 固井是钻井过程中的重要作业。固井也称注水泥，即通常由硅酸盐水泥、水泥外 加剂和水配制水泥浆，并注入地层与套管构成的环形空间，起到地层层间封隔和固定套管 等作用。水泥浆性能是影响固井质量重要因素之一。对于海洋深水表层固井，水泥浆低温 (25°C左右）强度发展缓慢、破裂压力低、有时还伴随浅层流体等，构成了向深水油气开发 中的技术挑战。以微粉、粉煤灰、矿渣、稻草灰、偏高岭土等辅助性胶凝材料部分替代水泥， 可获得如下效果：（1)辅助性胶凝材料由于其火山灰反应，具有增强水泥石强度的作用，且 在低温下尤为明显，特别适用于低温、含浅层流地层固井作业；（2)辅助性胶凝材料需水量 相比水泥要大，以辅助性胶凝材料部分替代水泥后具有造浆率高和低密度的特点，适用于 低破裂压力的地层固井作业。因此，辅助性胶凝材料是固井重要的外掺料，其中偏高岭土是 最为重要的外掺料之一。
[0003] 偏高岭土（Metakaolin，简称 MK)是以高岭土（Al2O3 · 2Si02 · 2H20, AS2H2)为原料， 在适当温度下（600_900°C )经脱水形成的无水硅酸铝（Al2O3 · 2Si02, AS2)。偏高岭土分子 排列不规则，呈现热力学介稳状态，在适当激发下具有胶凝性；制造偏高岭土的能耗和碳排 放相比水泥要小；外掺偏高岭土的水泥石在提高强度、提高韧性、抗碳化、抗缩及抑制碱硅 反应等方面具有突出的优点。因此，偏高岭土常作为活性外掺料或部分替代水泥，用于水泥 基材料中。
[0004] 对于油田固井作业，偏高岭土与水泥按一定比例干混，在混合中易产生扬尘，这对 操作者人身损害大，而且存在混合不均一的问题。对于海上固井作业，一方面，由于平台水 泥储罐数量有限，经常存在没有富余储灰罐存放混配水泥的情况，对一方面，对于未用完的 混配水泥，由于不适应其它井段固井，存在废弃混配水泥的现象。液体形式的添加剂具有易 于运输和吊装，在存放和使用都比粉体形式的添加剂方便。对于海上油田作业更青睐于液 体形式的添加剂。因此，制备高固含量的偏高岭土水性悬浮液对于海洋固井意义重大。
[0005] 偏高岭土水性悬浮液与微硅粉水性悬浮液（简称：硅浆）相似，均属于高活性辅助 胶凝材料的水性悬浮液，但二者具有本质上的不同，前者是人造硅铝材料，而后者是硅铁合 金冶炼中收集的烟尘，其成分主要为二氧化硅。对于硅浆的制备方法有：
[0006] Charles E. Cronwell 等人（US4321243, 1982)公开了采用酸或螯合剂（如：醋酸、 硫酸、盐酸以及EDTA等螯合剂）处理微硅粉，从而制备硅浆的方法。
[0007] Udagawa Hideyuki等人（JP60129132, 1985)公开了采用萘系磺酸盐甲醛缩合物、 磺化密胺甲醛缩合物、丙烯酸铵盐为分散剂，制备硅浆。
[0008] Arnold M. Rosenberg等人（US4888058, 1989)公开了米用多聚磷酸、朽1檬酸、氢氟 酸及其盐为稳定剂，制备硅浆。
[0009] Paul Scheiner 等人（US5176752, 1993)公开了采用醇 AMP-95 (Dow Chemicals)， 制备硅浆。
[0010] Sakai Etsuro等人（JP8333144, 1996)公开了采用以不饱和羧酸单体与含有脂肪 环或苯环的不饱和单体的共聚物为分散剂，制备硅浆。
[0011] Kotabe Yuichi等人（JP2002137947, 2002)公开了采用聚羧酸铵盐为分散剂，制 备硅浆。
[0012] Koide Takao 等人（JP2007161531, 2007)公开了酮或醒的羧酸（Oxycarboxylie acid)作为分散剂，制备娃菜；。
[0013] Ono Akira等人（JP2007326727,2007)公开了采用聚苯乙烯磺酸盐为分散剂，制 备硅浆。
[0014] Eldar 0 Dingsoyr等人（US7393407B2, 2008)公开了采用生物多糖黄原胶为悬浮 稳定剂，制备硅浆等。
[0015] 上述所公开的方法并不能制备高固含量、储存稳定的偏高岭土水性悬浮液。
[0016] 另外，Anthony Hales 等人（CN1260769A，1998 ;W098/57905,1998)公开 了制备 偏高岭土水性悬浮液的方法，该方法采用以多糖为增稠剂、以氢氧化钠调节体系PH为 7. 5-9. 5以及以异噻唑啉酮为杀菌剂制备偏高岭土水性悬浮液。在实验中发现，以此方法制 备偏高岭土水性悬浮液粘度非常大，且储存期超过一周后出现无法恢复的胶块。
【发明内容】
[0017] 本发明的目的是提供一种偏高岭土水性悬浮液。本发明提供的偏高岭土水性悬浮 液固含量高、粘度低、储存稳定。
[0018] 本发明的另一个目的是提供一种制备上述偏高岭土水性悬浮液的方法。通过本发 明的方法，能够获得固含量高、粘度低、储存稳定的偏高岭土水性悬浮液。
[0019] 本发明的另一个目的是提供上述偏高岭土水性悬浮液在油田固井用水泥浆中的 应用，特别是在海上表层固井水泥浆中的应用。
[0020] 本发明的另一个目的是提供一种油田固井用水泥浆。
[0021] 本发明提供的偏高岭土水性悬浮液包括偏高岭土、分散剂、悬浮稳定剂、杀菌剂以 及去离子水，其中，基于所述偏高岭土的重量，所述分散剂的含量为0. 1-1重量％，所述悬 浮稳定剂的含量为〇. 1-0. 5重量％,所述杀菌剂的含量为0. 1-0. 3重量％ ,所述去离子水的 含量为100-112重量％。
[0022] 根据本发明，所述偏高岭土水性悬浮液中，所述偏高岭土、所述分散剂、所述悬浮 稳定剂以及所述杀菌剂的含量在上述范围内即可获得固含量高、粘度低、储存稳定的偏高 岭土水性悬浮液。优选情况下，基于所述偏高岭土的重量，所述分散剂的含量为0. 2-0. 8重 量％，所述悬浮稳定剂的含量为〇. 2-0. 4重量％,所述杀菌剂的含量为0. 1-0. 25重量％。
[0023] 根据本发明，所述偏高岭土可以是本领域技术人员已知的任意一种能够用于水 泥基材料增强的偏商岭土广品。优选情况下，所述偏商岭土是以商岭土（Al 2O3 · 2Si02 ? 2H20, AS2H2)为原料，在适当温度下（例如：600-900°C )经脱水形成的无水硅酸铝 (Al2O3 · 2Si02, AS2),再经粉磨得到的偏高岭土。偏高岭土的制备可以参照Imerys公司 (US20080264295A1)公开的偏高岭土的制造方法。
[0024] 用于水泥基材料增强的偏高岭土，其技术指标可以包括以下三方面：
[0025] (1)化学成分，包括Si02、Al2O3及其它杂质氧化物的含量；
[0026] (2)粒度及比表面积，粒度小、比表面积大，偏高岭土反应活性高；
[0027] (3)火山灰活性指数，通常采用Chapell test方法，测试偏高岭土固定Ca (OH)2的 质量来表示偏高岭土的火山灰活性。
[0028] 适合于本发明所述偏高岭土的技术指标见表1。
[0029] 表1偏高岭土的技术指标
[0030]
【权利要求】
1. 一种偏高岭土水性悬浮液，其包括偏高岭土、分散剂、悬浮稳定剂、杀菌剂以及去离 子水，其中，基于所述偏高岭土的重量，所述分散剂的含量为0.1-1重量％，所述悬浮稳定 剂的含量为0. 1_〇. 5重量％，所述杀菌剂的含量为0. 1-0. 3重量％，所述去尚子水的含量为 100-112 重量％。
2. 根据权利要求1所述的偏高岭土水性悬浮液，其中，基于所述偏高岭土的重量，所述 分散剂的含量为0. 2-0. 8重量％，所述悬浮稳定剂的含量为0. 2-0. 4重量％，所述杀菌剂的 含量为〇. 1-0. 25重量％。
3. 根据权利要求1或2所述的偏高岭土水性悬浮液，其中，所述偏高岭土固定Ca(OH)2 质量数大于等于IlOOmg Ca(0H)2/g，325目筛余物小于等于0. 005重量％，至少80重量％ 的颗粒的粒度小于等于2 ii m。
4. 根据权利要求1或2所述的偏高岭土水性悬浮液，其中，所述分散剂为聚丙烯酸的碱 金属盐或铵盐。
5. 根据权利要求1或2所述的偏高岭土水性悬浮液，其中，所述悬浮稳定剂选自纤维 素醚、生物多糖及合成聚合物中的一种或多种；所述杀菌剂选自5-氯-2-甲基-4-异噻唑 啉-3-酮、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮和1，2-苯并异噻唑啉-3-酮中的一种或多种。
6. 根据权利要求1或2所述的偏高岭土水性悬浮液，其中，所述偏高岭土水性悬浮 液还含有醇胺类有机碱；其中，基于所述偏高岭土的重量，所述醇胺类有机碱的含量为 0? 05-0. 1 重量 ％。
7. -种制备权利要求1-5中任意一项所述的偏高岭土水性悬浮液的方法，该方法包括 将所述量的偏高岭土、所述量的分散剂、所述量的悬浮稳定剂、所述量的杀菌剂以及所述量 的去离子水在搅拌条件下混合。
8. -种制备权利要求6所述的偏高岭土水性悬浮液的方法，该方法包括将所述量的偏 高岭土、所述量的分散剂、所述量的悬浮稳定剂、所述量的杀菌剂、所述量的去离子水以及 所述量的醇胺类有机碱在搅拌条件下混合。
9. 一种权利要求1-6中任意一项所述的偏高岭土水性悬浮液或由权利要求7或8所述 的方法制备的偏高岭土水性悬浮液在油田固井用水泥浆中的应用。
10. -种油田固井用水泥浆，该水泥浆包含水泥、权利要求1-6中任意一项所述的偏 高岭土水性悬浮液、碱性激发剂和水；其中，基于所述水泥的重量，所述偏高岭土水性悬浮 液的含量为5-30重量％，所述碱性激发剂的含量为1-5重量％，所述水的含量为40-70重 量％。
【文档编号】C09K8/473GK104312558SQ201410641932
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】符军放, 张 浩, 赵琥, 王永松, 罗宇维, 马春旭, 王云庆, 王清顺 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油田服务股份有限公司