本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种非水泥基无机触变胶凝材料及其制备方法。
背景技术：
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触变材料的特点是在外力的作用下为流体，但是当外力消失后，可成为胶体，这一过程是可逆的。触变胶凝材料，在搅拌及泵送的过程中为流体态，但是当泵送停止后，马上就变成胶体，这种材料特别应用于油井中，主要用于油井的堵漏等施工过程中。目前使用的触变胶凝材料的主要缺陷为触变时间较长(一般为几分钟)，不能迅速形成胶状体而使油井管道堵塞；采用的触变胶凝材料一般为水泥基材料，水泥基材料粘度低，硬化时间长，而且与触变剂耦合性能差，触变性能差等问题。
触变材料的选择可以有很多种，但都是具有很强分子结合力或具有很强结合作用的颗粒的材料。触变剂一般是由具有一定细度的无机胶体组成的(最大粒径为1um)，特别是蒙脱石粘土，如锂蒙脱石。锂皂石是一种具有特殊结构的蒙脱石类似天然粘土皂石。锂皂石溶胶是由带有含水的层状硅酸镁锂钠与焦磷酸钠改性制备的。在浓度低于10％的水中，它可以形成稳定的溶胶。在溶胶中，单个颗粒直径约为250A，厚度为10A，其表面带有负电荷，边缘带有正电荷。
固化剂可以使用的材料很多，主要包括：
1.无机胶凝材料，如水泥，特别是波特兰水泥，矿渣，粉煤灰，石灰混合物等。
2.可以成型为陶瓷的材料。
3.高分子材料，例如热固性高分子材料等。
固化剂与触变剂应该相互兼容。材料中还可包含其他组分，例如在油井水泥中常用的添加剂。
经过对现有技术的文献检索发现，中国专利名称：一种固井用堵漏水泥浆及其制备方法，公开号：CN101857800B，该专利采用在水泥浆中加入表面处理的麻纤维，得到堵漏水泥浆，依靠纤维在孔隙、裂纹表面形成网络状结构，水泥浆中的颗粒在这些网状结构上吸附、堆积成滤网，达到封堵的目的。由于此法中对麻纤维表面处理工艺复杂，麻纤维抗拉强度不大，容易损害等问题，不易推广。中国专利名称：一种油气井堵漏触变水泥浆及其制备方法，公开号：CN103045214A，该专利采用水泥为固化剂，采用含有硫酸盐的粘土为触变剂，粉煤灰为密度调节剂，柠檬酸为调凝剂，煅烧氧化镁为膨胀剂，六偏磷酸钠为分散剂，制备水泥基触变胶凝材料。由于采用此专利提供的方法稠化时间较长(236～342min)，容易在油井中囤积大量胶凝材料而使油井堵塞，抗压强度较低(14～23MPa)，容易遭到二次破坏，其应用具有一定局限性。
技术实现要素：
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本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种非水泥基无机触变胶凝材料及其制备方法，用于油井堵漏。该胶凝材料触变时间可调整在30～90s范围内，并且具有较高的力学强度(1d抗压强度≥30MPa)、耐久性能和耐高温性能，还具有快硬的性能，在油井补漏工程中使用，与水泥相比，具有显著优势。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种非水泥基无机触变胶凝材料，由以下各原料制备而成：固化剂、触变剂、水、激发剂和外加剂；其中，各原料重量份数：固化剂100份，触变剂2～10份，水40～80份，激发剂20～50份，外加剂1.6～4份；
所述的固化剂由以下各原料制备而成：矿渣，粉煤灰，硅灰和煅烧高岭土，其中，各原料重量份数：矿渣60～80份，粉煤灰10～20份，硅灰5～10份，煅烧高岭土5～10份；
所述的触变剂由以下各原料制备而成：锂皂石粉末，硫酸铝镁/硫酸铝钾和水，其中，各原料重量份数：锂皂石粉末1.5～9份，硫酸铝镁/硫酸铝钾0.5～1份，水1～3份；
所述的激发剂为水玻璃，其模数为1.0～1.8模；
所述的外加剂包括：消泡剂0.5～1.5份，调凝剂0.1～0.5份，分散剂1～2份；
所述的消泡剂为聚醚；
所述的调凝剂为ZnCl2和BaSO4的混合物；
所述的分散剂为十二烷基苯磺酸钠。
所述的煅烧高岭土的煅烧温度为700～900℃，煅烧时间≥2h。
所述的锂皂石粉末的平均粒度为10～20um；所述硫酸铝镁中，按摩尔比，铝：镁＝(2～4)：1，所述硫酸铝钾中，按摩尔比，铝：钾＝(5～7)：1。
所述的ZnCl2和BaSO4的混合物；按质量比，ZnCl2：BaSO4＝(4～1)：1。
所述的固化剂的初凝时间为20～240min。
所述的触变剂的触变时间为30～90s，胶化转变的剪切应力≥180Pa。
所述的非水泥基无机触变胶凝材料，触变时间为30～90s，初凝时间为20～240min，1d抗压强度≥30MPa。
所述的非水泥基无机触变胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比，将锂皂石和硫酸铝镁/硫酸铝钾混合，并添加制备触变剂的水，搅拌均匀后，形成混合原料；
(2)将混合原料放入反应釜中，进行水热合成反应，形成胶状物，即为触变剂，取出备用；其中，反应时间为1～2h，反应温度为120～160℃；
(3)按配比，将矿渣、粉煤灰、硅灰和煅烧高岭土同时倒入搅拌机中，进行搅拌，形成固化剂；其中，搅拌速度为120～160r/min，搅拌时间为0.2～0.8min；
(4)按配比，向搅拌机中，同时加入触变剂、调凝剂和分散剂，进行搅拌，形成干料；其中，搅拌速度为120～160r/min，搅拌时间为1～3min；
(5)按配比，将激发剂和制备非水泥基无机触变胶凝材料的水同时倒入干料中，进行搅拌，形成均匀物料；其中，搅拌速度为240～320r/min，搅拌时间为2～5min；
(6)按配比，向均匀物料中，加入消泡剂，搅拌至除去气泡，制得非水泥基无机触变胶凝材料。
所述的步骤(2)中，反应釜为蒸压反应釜。
所述的步骤(2)中，搅拌机为标准水泥搅拌机。
本发明的有益效果：
(1)本发明的非水泥基无机触变胶凝材料的触变时间可控制在30～90s之间，可以防止水泥浆体大量涌入油井而造成堵塞。
(2)本发明的非水泥基无机触变胶凝材料制备方法，其制备过程无需“二磨一烧”工艺，可使CO2排放量显著降低(仅为硅酸盐水泥的1/5)，基本无粉尘排放，不提升PM2.5水平，保护环境空气质量。
(3)本发明的非水泥基无机触变胶凝材料为非水泥基材料，其凝结时间可控(初凝时间为20～240min)，可以根据不同的需要进行调节。
(4)本发明的非水泥基无机触变胶凝材料及其制备方法，其中固化剂的凝结时间和触变剂的触变时间都可以单独调节，不同的原料配比可以适应不同的生产需求。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
一种非水泥基无机触变胶凝材料，由以下各原料制备而成：固化剂、触变剂、水、水玻璃、聚醚、ZnCl2和BaSO4的混合物和十二烷基苯磺酸钠；其中，各原料重量份数：固化剂100份，触变剂6份，水45份，水玻璃25份，聚醚0.5份，ZnCl2和BaSO4的混合物0.1份和十二烷基苯磺酸钠1份；
其中：固化剂由以下各原料制备而成：矿渣，粉煤灰，硅灰和煅烧高岭土；各原料重量份数：矿渣60份，粉煤灰20份，硅灰10份和煅烧高岭土10份；煅烧高岭土的煅烧温度为850℃，煅烧时间≥2h；该固化剂的初凝时间为68min；
触变剂由以下各原料制备而成：锂皂石粉末，硫酸铝镁/硫酸铝钾和水；各原料重量份数：锂皂石粉末5份，硫酸铝镁1份和水1.5份，其中，锂皂石粉末的平均粒度为10～20um；硫酸铝镁中，按摩尔比，铝：镁＝3：1；该触变剂的触变时间为84s，胶化转变的剪切应力≥180Pa；
水玻璃模数为1.4；ZnCl2和BaSO4的混合物，按质量比，ZnCl2：BaSO4＝4：1。
该非水泥基无机触变胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比，将锂皂石粉末和硫酸铝镁混合，并添加制备触变剂的水，搅拌均匀后，形成混合原料；
(2)将混合原料放入蒸压反应釜中，进行水热合成反应，反应时间为1.5h，反应温度为120℃，形成胶状物，即为触变剂，取出备用；
(3)按配比，将矿渣，粉煤灰，硅灰和煅烧高岭土同时倒入标准水泥搅拌机中，进行搅拌，搅拌速度为140r/min，搅拌时间为0.5min，生成固化剂；其中，煅烧高岭土的煅烧温度为850℃，煅烧时间≥2h；
(4)按配比，向标准水泥搅拌机中，同时加入ZnCl2和BaSO4的混合物、十二烷基苯磺酸钠和步骤(2)制得的触变剂；进行搅拌，搅拌速度为140r/min，搅拌时间为1min，形成干料；
(5)按配比，将水玻璃和制备非水泥基无机触变胶凝材料的水同时倒入干料中，进行搅拌，搅拌速度为280r/min，搅拌时间为3min，形成均匀物料；
(6)向均匀物料中，加入聚醚，搅拌至除去气泡，制得非水泥基无机触变胶凝材料。
本实施例制得非水泥基无机触变胶凝材料，经性能测试，得到结果如下：非水泥基无机触变胶凝材料触变时间为84s，初凝时间为68min，流动度为19cm，1d抗压强度46MPa，堵漏效果良好。
实施例2
一种非水泥基无机触变胶凝材料，由以下各原料制备而成：固化剂、触变剂、水、水玻璃、聚醚、ZnCl2和BaSO4的混合物和十二烷基苯磺酸钠；其中，各原料重量份数：固化剂100份，触变剂7.5份，水50份，水玻璃30份，聚醚1份，ZnCl2和BaSO4的混合物0.2份和十二烷基苯磺酸钠1份；
其中：固化剂由以下各原料制备而成：矿渣，粉煤灰，硅灰和煅烧高岭土；各原料重量份数：矿渣70份，粉煤灰15份，硅灰8份和煅烧高岭土7份；煅烧高岭土的煅烧温度为850℃，煅烧时间≥2h；该固化剂的初凝时间为53min；
触变剂由以下各原料制备而成：锂皂石粉末，硫酸铝镁/硫酸铝钾和水；各原料重量份数：锂皂石粉末7份，硫酸铝镁0.5份和水2份，其中，锂皂石粉末的平均粒度为10～20um；硫酸铝镁中，按摩尔比，铝：镁＝2：1；该触变剂的触变时间为72s，胶化转变的剪切应力≥180Pa；
水玻璃模数为1.2，ZnCl2和BaSO4的混合物，按质量比，ZnCl2：BaSO4＝2：1。
该非水泥基无机触变胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比，将锂皂石粉末和硫酸铝镁混合，并添加制备触变剂的水，搅拌均匀后，形成混合原料；
(2)将混合原料放入蒸压反应釜中，进行水热合成反应，反应时间为1.2h，反应温度为140℃，形成胶状物，即为触变剂，取出备用；
(3)按配比，将矿渣，粉煤灰，硅灰和煅烧高岭土同时倒入标准水泥搅拌机中，进行搅拌，搅拌速度为140r/min，搅拌时间为0.5min，生成固化剂；其中，煅烧高岭土的煅烧温度为850℃，煅烧时间≥2h；
(4)按配比，向标准水泥搅拌机中，同时加入ZnCl2和BaSO4的混合物、十二烷基苯磺酸钠和步骤(2)制得的触变剂；进行搅拌，搅拌速度为140r/min，搅拌时间为1min，形成干料；
(5)按配比，将水玻璃和制备非水泥基无机触变胶凝材料的水同时倒入干料中，进行搅拌，搅拌速度为280r/min，搅拌时间为3min，形成均匀物料；
(6)按配比，向均匀物料中，加入聚醚，搅拌至除去气泡，制得非水泥基无机触变胶凝材料。
本实施例制得非水泥基无机触变胶凝材料，经性能测试，得到结果如下：非水泥基无机触变胶凝材料触变时间为72s，初凝时间为53min，流动度为24cm，1d抗压强度37MPa，堵漏效果良好。
实施例3
一种非水泥基无机触变胶凝材料，由以下各原料制备而成：固化剂、触变剂、水、水玻璃、聚醚、ZnCl2和BaSO4的混合物和十二烷基苯磺酸钠；其中，各原料重量份数：固化剂100份，触变剂8.5份，水50份，水玻璃30份，聚醚1份，ZnCl2和BaSO4的混合物0.1份和十二烷基苯磺酸钠1份；
其中：固化剂由以下各原料制备而成：矿渣，粉煤灰，硅灰和煅烧高岭土；各原料重量份数：矿渣80份，粉煤灰10份，硅灰5份和煅烧高岭土5份；煅烧高岭土的煅烧温度为850℃，煅烧时间≥2h；该固化剂的初凝时间为29min；
触变剂由以下各原料制备而成：锂皂石粉末，硫酸铝镁/硫酸铝钾和水；各原料重量份数：锂皂石粉末8份，硫酸铝镁0.5份和水2.5份，其中，锂皂石粉末的平均粒度为10～20um；硫酸铝镁中，按摩尔比，铝：镁＝4：1；该触变剂的触变时间为60s，胶化转变的剪切应力≥180Pa；
水玻璃模数为1.2，ZnCl2和BaSO4的混合物，按质量比，ZnCl2：BaSO4＝1：1。
该非水泥基无机触变胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比，将锂皂石粉末和硫酸铝镁混合，并添加制备触变剂的水，搅拌均匀后，形成混合原料；
(2)将混合原料放入蒸压反应釜中，进行水热合成反应，反应时间为1h，反应温度为150℃，形成胶状物，即为触变剂，取出备用；
(3)按配比，将矿渣，粉煤灰，硅灰和煅烧高岭土同时倒入标准水泥搅拌机中，进行搅拌，搅拌速度为140r/min，搅拌时间为0.5min，生成固化剂；其中，煅烧高岭土的煅烧温度为850℃，煅烧时间≥2h；
(4)按配比，向标准水泥搅拌机中，同时加入ZnCl2和BaSO4的混合物、十二烷基苯磺酸钠和步骤(2)制得的触变剂；进行搅拌，搅拌速度为140r/min，搅拌时间为1min，形成干料；
(5)按配比，将水玻璃和制备非水泥基无机触变胶凝材料的水同时倒入干料中，进行搅拌，搅拌速度为280r/min，搅拌时间为3min，形成均匀物料；
(6)向均匀物料中，加入聚醚，搅拌至除去气泡，制得非水泥基无机触变胶凝材料。
本实施例制得非水泥基无机触变胶凝材料，经性能测试，得到结果如下：非水泥基无机触变胶凝材料触变时间为60s，初凝时间为29min，流动度为26cm，1d抗压强度30MPa，堵漏效果良好。
实施例4
一种非水泥基无机触变胶凝材料，由以下各原料制备而成：固化剂、触变剂、水、水玻璃、聚醚、ZnCl2和BaSO4的混合物和十二烷基苯磺酸钠；其中，各原料重量份数：固化剂100份，触变剂10份，水80份，水玻璃50份，聚醚1.5份，ZnCl2和BaSO4的混合物0.5份和十二烷基苯磺酸钠2份；
其中：固化剂由以下各原料制备而成：矿渣，粉煤灰，硅灰和煅烧高岭土；各原料重量份数：矿渣70份，粉煤灰20份，硅灰5份和煅烧高岭土5份；煅烧高岭土的煅烧温度为900℃，煅烧时间≥2h；该固化剂的初凝时间为240min；
触变剂由以下各原料制备而成：锂皂石粉末，硫酸铝镁/硫酸铝钾和水；各原料重量份数：锂皂石粉末9份，硫酸铝钾1份和水3份，其中，锂皂石粉末的平均粒度为10～20um；硫酸铝镁中，按摩尔比，铝：钾＝5：1；该触变剂的触变时间为90s，胶化转变的剪切应力≥180Pa；
水玻璃模数为1.8，ZnCl2和BaSO4的混合物，按质量比，ZnCl2：BaSO4＝1：1。
该非水泥基无机触变胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比，将锂皂石粉末和硫酸铝钾混合。并添加制备触变剂的水，搅拌均匀后，形成混合原料；
(2)将混合原料放入蒸压反应釜中，进行水热合成反应，反应时间为2h，反应温度为160℃，形成胶状物，即为触变剂，取出备用；
(3)按配比，将矿渣，粉煤灰，硅灰和煅烧高岭土同时倒入标准水泥搅拌机中，进行搅拌，搅拌速度为160r/min，搅拌时间为0.2min，生成固化剂；其中，煅烧高岭土的煅烧温度为900℃，煅烧时间≥2h；
(4)按配比，向标准水泥搅拌机中，同时加入ZnCl2和BaSO4的混合物、十二烷基苯磺酸钠和步骤(2)制得的触变剂；进行搅拌，搅拌速度为160r/min，搅拌时间为1min，形成干料；
(5)按配比，将水玻璃和制备非水泥基无机触变胶凝材料的水同时倒入干料中，进行搅拌，搅拌速度为320r/min，搅拌时间为2min，形成均匀物料；
(6)向均匀物料中，加入聚醚，搅拌至除去气泡，制得非水泥基无机触变胶凝材料。
本实施例制得非水泥基无机触变胶凝材料，经性能测试，得到结果如下：非水泥基无机触变胶凝材料触变时间为90s，初凝时间为240min，流动度为21cm，1d抗压强度37MPa，堵漏效果良好。
实施例5
一种非水泥基无机触变胶凝材料，由以下各原料制备而成：固化剂、触变剂、水、水玻璃、聚醚、ZnCl2和BaSO4的混合物和十二烷基苯磺酸钠；其中，各原料重量份数：固化剂100份，触变剂2份，水40份，水玻璃20份，聚醚1.5份，ZnCl2和BaSO4的混合物0.1份和十二烷基苯磺酸钠1份；
其中：固化剂由以下各原料制备而成：矿渣，粉煤灰，硅灰和煅烧高岭土；各原料重量份数：矿渣75份，粉煤灰10份，硅灰10份和煅烧高岭土5份；煅烧高岭土的煅烧温度为700℃，煅烧时间≥2h；该固化剂的初凝时间为21min；
触变剂由以下各原料制备而成：锂皂石粉末，硫酸铝镁/硫酸铝钾和水；各原料重量份数：锂皂石粉末1.5份，硫酸铝钾0.5份和水1份，其中，锂皂石粉末的平均粒度为10～20um；硫酸铝镁中，按摩尔比，铝：钾＝7：1；该触变剂的触变时间为30s，胶化转变的剪切应力≥180Pa；
水玻璃模数为1.0，ZnCl2和BaSO4的混合物，按质量比，ZnCl2：BaSO4＝1：1。
该非水泥基无机触变胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比，将锂皂石粉末和硫酸铝钾混合，并添加制备触变剂的水，搅拌均匀后，形成混合原料；
(2)将混合原料放入蒸压反应釜中，进行水热合成反应，反应时间为1h，反应温度为150℃，形成胶状物，即为触变剂，取出备用；
(3)按配比，将矿渣，粉煤灰，硅灰和煅烧高岭土同时倒入标准水泥搅拌机中，进行搅拌，搅拌速度为120r/min，搅拌时间为0.8min，生成固化剂；其中，煅烧高岭土的煅烧温度为700℃，煅烧时间≥2h；
(4)按配比，向标准水泥搅拌机中，同时加入ZnCl2和BaSO4的混合物、十二烷基苯磺酸钠和步骤(2)制得的触变剂；进行搅拌，搅拌速度为120r/min，搅拌时间为3min，形成干料；
(5)按配比，将水玻璃和制备非水泥基无机触变胶凝材料的水同时倒入干料中，进行搅拌，搅拌速度为240r/min，搅拌时间为5min，形成均匀物料；
(6)向均匀物料中，加入聚醚，搅拌至除去气泡，制得非水泥基无机触变胶凝材料。
本实施例制得非水泥基无机触变胶凝材料，经性能测试，得到结果如下：非水泥基无机触变胶凝材料触变时间为30s，初凝时间为21min，流动度为19cm，1d抗压强度41MPa，堵漏效果良好。