一种基于反应型激活剂的固井用地质聚合物

本发明属于固井，具体涉及一种基于反应型激活剂的固井用地质聚合物。

背景技术：

1、随着近年来国家对碳减排的要求日益迫切，各行各业都加大了碳减排的力度。传统的油井水泥属于硅酸盐水泥，而硅酸盐水泥“两磨一烧”的生成工艺会消耗大量的能源，产生大量污染物(粉尘、so2等)以及温室气体co2。而地质聚合物材料拥有强度高、碳排放少(约为水泥碳排放的1/6)、绿色环保等优点，用其替代硅酸盐水泥可大大减少二氧化碳的排放。但是目前已有研究表明，地质聚合物固井液的稠化时间难调控。传统的地质聚合物的胶凝材料为粉煤灰、偏高岭土等，激活剂主要是氢氧化钠、硅酸钠等，制备形成的地质聚合物强度较高，但是在氢氧化钠、硅酸钠等碱激活剂作用下粉煤灰、偏高岭土等材料快速溶解、聚合，且难以采用缓凝剂调控，导致地质聚合物的稠化时间和凝结时间难调控。利用反应型激活剂反应生成氢氧化钠的反应速率可以被缓凝剂控制的原理，利用反应型激活剂替代氢氧化钠做激活剂是实现地质聚合物稠化时间调控的有效方法。前期研究表明，采用硫酸钠与氢氧化钙可以作为反应型激活剂，但是单独使用硫酸钠与氢氧化钙配制的地质聚合物的强度较低，需要配合氢氧化钡使用，才可以改善地质聚合物的抗压强度(专利号：zl202210082975.8)。研究开发更加简单的且有利于地质聚合物强度和稠化时间调控的反应型激活剂意义重大。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种稠化时间可控、强度优良的固井用地质聚合物，以解决地质聚合物稠化时间难调控、强度不高、配方复杂的难题。

2、本发明所述的一种基于反应型激活剂的固井用地质聚合物，以重量份计，其原料组成为：胶凝材料100份，激活剂20～31份，缓凝剂0.2～5份，水50～60份。

3、本发明采用改性草酸钠和氢氧化钙的混合物作为激活剂；以重量比计，改性草酸钠：氢氧化钙＝13～20：7～11。

4、所述改性草酸钠是室温下草酸钠粉末在聚二甲基硅氧烷中浸泡2-5小时后过滤得到的。

5、所述草酸钠的粒径为50目～200目。

6、所述的聚二甲基硅氧烷分子量为5000～20000。

7、所述的胶凝材料由粉煤灰、超细粉煤灰、矿渣三者混合而成；以重量比计，粉煤灰：超细粉煤灰：矿渣＝20～60：20～60：10～30，形成的配方强度性能较好且成本适中合理。

8、所述的粉煤灰中二氧化硅含量大于50％，比表面积大于400m2/kg。

9、所述的超细粉煤灰中二氧化硅含量大于50％，比表面积大于1500m2/kg。

10、所述的矿渣为粒化高炉矿渣，比表面积≥400m2/kg。

11、所述的缓凝剂为葡萄糖酸钠。传统的地质聚合物的激活剂都是氢氧化钠，但是由于其水化机理与传统的硅酸盐水泥不同，粉煤灰、矿渣等潜活性胶凝材料在氢氧化钠的强碱环境下的快速溶解，难以用缓凝剂控制，导致地质聚合物的稠化时间难以用缓凝剂来进行调控。为此本发明用葡萄糖酸钠来控制草酸钠与氢氧化钙反应生成氢氧化钠的速率，进而来实现地质聚合物稠化时间的有效调控。另外，本发明中葡萄糖酸钠可以保证较高的抗压强度。

12、与现有技术相比，本发明的优势在于：

13、1、本发明采用草酸钠与氢氧化钙替代氢氧化钠做激活剂，并结合葡萄糖酸钠做缓凝剂，既实现地质聚合物稠化时间的调控，又保证了较高的耐压强度。

14、2、本发明中，通过草酸钠在聚二甲基硅氧烷中进行浸泡处理，降低了草酸钠的溶解速率，进一步改善了地质聚合物稠化时间的可调性。

15、3、本发明的地质聚合物强度与硫酸钠+氢氧化钙做激活剂制备的地质聚合物相比，强度性能有较大的改善。

16、4、本发明的地质聚合物与硫酸钠+氢氧化钙+氢氧化钡做激活剂制备的地质聚合物相比，配方简单，方便现场配制。

技术特征：

1.一种基于反应型激活剂的固井用地质聚合物，其特征在于，以重量份计，其原料组成为：胶凝材料100份，激活剂20～31份，缓凝剂0.2～5份，水50～60份；所述激活剂采用改性草酸钠和氢氧化钙的混合物。

2.根据权利要求1所述的一种基于反应型激活剂的固井用地质聚合物，其特征在于，以重量比计，改性草酸钠：氢氧化钙＝13～20：7～11。

3.根据权利要求1所述的一种基于反应型激活剂的固井用地质聚合物，其特征在于，所述改性草酸钠是室温下草酸钠粉末在聚二甲基硅氧烷中浸泡2-5小时后过滤得到的。

4.根据权利要求3所述的一种基于反应型激活剂的固井用地质聚合物，其特征在于，所述草酸钠的粒径为50目～200目。

5.根据权利要求3所述的一种基于反应型激活剂的固井用地质聚合物，其特征在于，所述的聚二甲基硅氧烷分子量为5000～20000。

6.根据权利要求1所述的一种基于反应型激活剂的固井用地质聚合物，其特征在于，所述的缓凝剂为葡萄糖酸钠。

7.根据权利要求5所述的一种基于反应型激活剂的固井用地质聚合物，其特征在于，所述的胶凝材料由粉煤灰、超细粉煤灰、矿渣三者混合而成；以重量比计，粉煤灰：超细粉煤灰：矿渣＝20～60：20～60：10～30。

8.根据权利要求7所述的一种基于反应型激活剂的固井用地质聚合物，其特征在于，其特征在于，所述的粉煤灰中二氧化硅含量大于50％，比表面积大于400m2/kg。

9.根据权利要求7所述的一种基于反应型激活剂的固井用地质聚合物，其特征在于，其特征在于，所述的超细粉煤灰中二氧化硅含量大于50％，比表面积大于1500m2/kg。

10.根据权利要求7所述的一种基于反应型激活剂的固井用地质聚合物，其特征在于，所述的矿渣为粒化高炉矿渣，比表面积≥400m2/kg。

技术总结本发明属于固井技术领域，具体涉及一种基于反应型激活剂的固井用地质聚合物，以重量份计，其原料组成为：胶凝材料100份，激活剂20～31份，缓凝剂0.2～5份，水50～60份，所述的激活剂为改性草酸钠和氢氧化钙的混合物，以重量比计，改性草酸钠：氢氧化钙＝13～20：7～11；本发明采用改性草酸钠与氢氧化钙替代氢氧化钠做激活剂，并结合缓凝剂来实现地质聚合物稠化时间的调控；本发明所述的地质聚合物配方简单，与现有技术相比，制得的地质聚合物强度性能有较大的改善，解决了地质聚合物稠化时间难调控、强度不高、配方复杂的难题。技术研发人员：郭胜来,毕阳,王荣,张源海,唐家俊,步玉环,毕春雨,钱海源,刘欣林受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）技术研发日：技术公布日：2024/5/29