CN104017551A - 一种离子液体水泥浆早强剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种油田化学品，具体是一种离子液体水泥浆早强剂，其特征是，由如下重量百分比的原料混合而得：离子液体70-90％，有机铵离子聚合物5-15％，聚羧酸高效减水剂5-15％，上述三种原料混合为100％，其中，有机铵离子聚合物为丙烯酰胺二甲基二烯丙基氯化铵或丙烯胺三甲基单烯丙基氯化铵。本发明兼有早强与防冻双重功效，对于固井液的早强提高具有极高的促进作用，而对28天强度则无任何不利的影响，且本发明不使用对水泥浆后期强度会造成负面影响的氯化钠，不使用亚硝酸钠，从而避免了由此造成的环境与施工人员的健康问题。

Description

一种离子液体水泥浆早强剂
技术领域
本发明涉及一种油田化学品，具体是一种离子液体水泥浆早强剂，其能加快水泥在低温下水化反应速度，能够大幅度提高纯水泥浆的早期强度，提高建井效率，节约成本。 
背景技术
随着石油天然气勘探开发的不断深入，油气钻探固井越来越多。在低温条件下，一方面水泥浆因水化速度慢、缓凝时间长，凝结过程中易发生油气水窜，影响层间封隔。另一方面，因水泥强度发展缓慢、早期强度低，导致建井周期增长，降低油气田勘探开发经济效益。这就需要使用低温早强剂，加快水泥在低温条件下的水化速度，促进水泥石早期强度的发展，达到既能防止油气水窜，又能缩短建井周期的目的所以提高水泥浆的早期强度成为一个关键性的制约问题。 
而传统的早强防冻剂往往含有无机氯盐，比如氯化钠与亚硝酸或者硫酸盐。中国专利(ZL200710190542.X)公开了一种混凝土水泥浆的早强剂，其使用了无机氯化钠、硫酸盐以及亚硝酸钠等组分。这些组分的使用，既不环保，会对施工人员身体造成伤害，还会对水泥浆的耐久性产生负面影响。而中国专利(ZL03117563.5)则需要在使用专用的固井水泥基础上外加氯化钙来达到提高固井液的早期强度的目的。含氯盐的使用虽然能够达到提高水泥浆早期强度的目的，但同样会带来钢筋混凝土腐蚀以及耐久性方面的问题，不能在施工中得到推广。中国专利(ZL92103627.2)则采用蔗糖、蔗糖与氧化钙反应得到的产物来提高水泥浆的抗冻与早强性能。但上述所有公开或者授权的方案中，对于中抗硅酸盐水泥，上述方法则无效。 
随着我国能源的需求，油气井、煤炭矿井的工程建设的力度不断增大，就需要研制与应用新型的水泥浆防冻与早强外加剂来提高水泥浆的早期强度，以提高施工效率与速度。新型的防冻早强外加剂也要符合节能减排与环境友好的发展策略。 
发明目的 
本发明提供一种离子液体水泥浆早强剂，采用环境友好的胺型离子液体复配而成，提高了水泥浆的早期强度和油气井的建设效率。 
本发明具体采用的技术方案是： 
一种离子液体水泥浆早强剂，其特征是，由如下重量百分比的原料混合而得： 
离子液体             70-90％ 
有机铵离子聚合物     5-15％ 
聚羧酸高效减水剂     5-15％ 
上述三种原料混合为100％； 
其中，离子液体的结构式为： 
式中n＝6～12； 
有机铵离子聚合物为丙烯酰胺二甲基二烯丙基氯化铵或丙烯胺三甲基单烯丙基氯化铵。 
本发明复合减水剂的作用是减少水泥用量，其中，所述聚羧酸高效减水剂是聚马来酸酐和聚乙二醇单甲醚聚合而得，更加优选的是，聚乙二醇单甲醚和顺酐的官能团摩尔比为0.8～1:15。经申请人验证，该比例的减水剂使水泥净浆流动性好。 
优选的，所述离子液体水泥浆早强剂的掺加量为水泥质量的0.1％～5％，特别地以1％‐3％为最佳。 
其中，所述水泥为硅酸盐水泥，特别是硅酸三钙与铝酸三钙含量低的抗硫酸盐硅酸盐水泥，适宜的水泥浆的水灰比为0.30～0.50，特别的以0.30～0.40为最佳。 
适合的使用温度在5℃～35℃，特别地以15℃～25℃为最佳。 
合适的采用该离子液体为防冻早强外加剂的水泥浆的灌注工艺可以为泵送与流管重力输送两种方式。 
与现有技术相比，本发明的有益效果在于： 
1)本发明不使用对水泥浆后期强度会造成负面影响的氯化钠；本发明不使用水泥浆早强所广泛使用的亚硝酸钠，从而避免了由此造成的环境与施工人员的健康问题。 
2)本发明兼有早强与防冻双重功效，对于固井液的早强提高具有极高的促进作用，而对28天强度则无任何不利的影响。 
3)本发明掺量低，减水率高，收缩小，大幅度提高混凝土的早期、后期强度。 
4)本产品氯离子含量低、碱含量低，有利于混凝土的耐久性。 
5)本发明的离子液体可显著降低水泥浆的表面张力，可使水泥颗粒的zeta电位增大，提高了水泥水化初期的电导率促进各水泥矿物的溶解，加速了钙矾石和高硅钙比的C‐S‐H凝胶的形成，同时也可促使水泥水化速度加快，使水铝石的形成并快速向立方体晶型转变，从而起到很好的速凝效果。 
具体实施方式
下面通过具体实施案例将对本发明进行更为全面的描述。 
试验以我们近年研发的水泥基离子液体灌浆材料基本配比为依据，水灰比为0.30—0.70；离子液体早强剂掺量0.1％～10％；在试验过程中，保持基本配合比不变，按一定的规律调整减水剂或早强剂的掺量及种类，考察该种功能成分的种类及掺量对水泥基灌浆料性能的影响。所有试验都是在20℃左右的室温下完成。 
(1)流动性试验：按JTJ041-2000,《公路桥涵施工技术规范》附录G一11进行，试验结果为3次测量平均值； 
(2)力学性能试验：按GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行； 
(3)凝结时间试验：按JGJ70一l990《建筑砂浆基本性能试验方法》进行； 
实施例1 
离子液体离子液体70重量份、丙烯酰胺二甲基二烯丙基氯化铵15重量份、聚羧酸高效减水剂15份，其中，离子液体的结构式为： 
n＝6。 
采用PO42.5中抗硫酸盐硅酸盐水泥，控制水泥浆水灰比为0.37，掺量1％，按照上述实验过程进行试验，结果见下表： 
实施例2 
离子液体离子液体70重量份、丙烯胺三甲基单烯丙基氯化铵15重量份、聚羧酸高效减水剂15份，其中，离子液体的结构式为： 
n＝7。 
采用PO42.5中抗硫酸盐硅酸盐水泥，控制水泥浆水灰比为0.35，掺量0.8％，按照上述实验过程进行试验，结果见下表： 
实施例3 
离子液体离子液体80重量份、丙烯酰胺二甲基二烯丙基氯化铵10重量份、聚羧酸高效减水剂10份，其中，离子液体的结构式为： 
n＝6。 
采用PO42.5中抗硫酸盐硅酸盐水泥，控制水泥浆水灰比为0.33，掺量0.8％，按照上述实验过程进行试验，结果见下表： 
实施例4 
离子液体离子液体80重量份、丙烯酰胺二甲基二烯丙基氯化铵10重量份、聚羧酸高效减水剂10份，其中，离子液体的结构式为： 
n＝8。 
采用PO42.5中抗硫酸盐硅酸盐水泥，控制水泥浆水灰比为0.35，掺量0.8％，按照上述实验过程进行试验，结果见下表： 
实施例5 
离子液体离子液体90重量份、丙烯酰胺二甲基二烯丙基氯化铵5重量份、聚羧酸高效减水剂5份，其中，离子液体的结构式为： 
n＝6。 
采用PO42.5中抗硫酸盐硅酸盐水泥控制水泥浆水灰比为0.35，掺量1.0％，加入胶凝材料0.6％的聚羧酸减水剂改善浆体的流动性能，按照上述实验过程进行试验，结果见下表： 
实施例6 
离子液体离子液体90重量份、丙烯酰胺二甲基二烯丙基氯化铵5重量份、聚羧酸高效减水剂5份，其中，离子液体的结构式为： 
n＝10。 
采用PO42.5中抗硫酸盐硅酸盐水泥，控制水泥浆水灰比为0.37，掺量1.2％，按照上述实验过程进行试验，结果见下表： 
。

Claims (4)

1.一种离子液体水泥浆早强剂，其特征是，由如下重量百分比的原料混合而得：
离子液体              70-90％
有机铵离子聚合物      5-15％
聚羧酸高效减水剂      5-15％
上述三种原料混合为100％；
其中，离子液体的结构式为：
式中n＝6～12；
其中，有机铵离子聚合物为丙烯酰胺二甲基二烯丙基氯化铵或丙烯胺三甲基单烯丙基氯化铵。
2.根据权利要求1所述的离子液体水泥浆早强剂，其特征是，所述聚羧酸高效减水剂是聚马来酸酐和聚乙二醇单甲醚聚合而得，其中，聚乙二醇单甲醚和聚马来酸酐的官能团摩尔比为0.8～1:15。
3.根据权利要求1所述的离子液体水泥浆早强剂，其特征是，所述离子液体水泥浆早强剂的掺加量为水泥质量的0.1％～5％。
4.根据权利要求3所述的离子液体水泥浆早强剂，其特征是，所述水泥为硅酸盐水泥，水泥浆的水灰比为0.30～0.50。
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