CN113307532A - 一种低温固井用控制水泥水化热的微胶囊的制备方法 - Google Patents

一种低温固井用控制水泥水化热的微胶囊的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113307532A
CN113307532A CN202110661829.6A CN202110661829A CN113307532A CN 113307532 A CN113307532 A CN 113307532A CN 202110661829 A CN202110661829 A CN 202110661829A CN 113307532 A CN113307532 A CN 113307532A
Authority
CN
China
Prior art keywords
microcapsule
temperature
low
cement
well cementation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110661829.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113307532B (zh
Inventor
张春梅
蔡靖轩
王佳
程小伟
刘开强
王平
徐豪
代碧波
柯曝阳
郭小阳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest Petroleum University
Sinosteel Maanshan General Institute of Mining Research Co Ltd
Original Assignee
Southwest Petroleum University
Sinosteel Maanshan General Institute of Mining Research Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest Petroleum University, Sinosteel Maanshan General Institute of Mining Research Co Ltd filed Critical Southwest Petroleum University
Priority to CN202110661829.6A priority Critical patent/CN113307532B/zh
Publication of CN113307532A publication Critical patent/CN113307532A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113307532B publication Critical patent/CN113307532B/zh
Priority to US17/750,054 priority patent/US11786880B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
    • C04B40/0039—Premixtures of ingredients
    • C04B40/0046—Premixtures of ingredients characterised by their processing, e.g. sequence of mixing the ingredients when preparing the premixtures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/02—Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/04—Making microcapsules or microballoons by physical processes, e.g. drying, spraying
    • B01J13/043—Drying and spraying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/02—Making microcapsules or microballoons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/02—Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/20—After-treatment of capsule walls, e.g. hardening
    • B01J13/206—Hardening; drying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/0004—Microcomposites or nanocomposites, e.g. composite particles obtained by polymerising monomers onto inorganic materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/10—Coating or impregnating
    • C04B20/1055—Coating or impregnating with inorganic materials
    • C04B20/1074—Silicates, e.g. glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/42—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells
    • C09K8/46—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells containing inorganic binders, e.g. Portland cement
    • C09K8/467—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells containing inorganic binders, e.g. Portland cement containing additives for specific purposes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2103/00—Function or property of ingredients for mortars, concrete or artificial stone
    • C04B2103/0068—Ingredients with a function or property not provided for elsewhere in C04B2103/00
    • C04B2103/0089—Agents for reducing heat of hydration

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing Of Micro-Capsules (AREA)

Abstract

本发明涉及一种低温固井用控制水泥水化热的微胶囊的制备方法，包括：（1）称取10‑20g的壳体材料，加入到50‑100mL去离子水中，在45℃恒温水浴锅中搅拌，溶解成均一稳定的壳体材料溶液；（2）将10‑20g的芯材、0.02‑0.1g的乳化剂加入到三口烧瓶中并在45℃恒温水浴锅中搅拌，使其均匀乳化分散，形成稳定的水包油芯材乳液，同时调节乳液pH值低于5.5；（3）将装有芯材乳液的三口烧瓶转移到50‑90℃的水浴锅中，进行搅拌并逐滴加入壳体材料溶液，反应2‑3h后倒出，对冷却后的固液混合物进行抽滤，分别用乙醇和去离子水洗涤，去除杂质，最后冷冻干燥。本发明制备的微胶囊与水泥浆体配伍性良好，且结构稳定、相变温度低，可用于低温固井水泥体系中，具有广阔的市场应用前景。

Description

一种低温固井用控制水泥水化热的微胶囊的制备方法
技术领域
本发明涉及油气田开发固井领域，特别涉及低温固井用控制水泥水化热的微胶囊的制备方法，适用于低温条件下固井水泥浆体系用于控制低温早强水泥浆体的水化热。
背景技术
随着我国石油工业的迅速发展，油气资源开采难度越来越大，深水、超深水乃至极冷极寒地区油气资源开发已成为必然趋势，是我国石油工业的重要战略。现已探明南海的石油地质储量为200亿吨，天然气储量约为40万亿方，占我国总资源量的1/3，其中70%蕴藏于153.7×104 km2的深水区。而深水、超深水以及极冷极寒等非常规地区油气开发将面临着极其复杂恶劣的环境，对钻井作业是一个巨大的挑战，而固井作为钻井工程的最后一道工序，固井质量的好坏直接影响到整个钻井工程的成败和油气井的生产寿命。
深水、超深水以及极冷极寒地区固井，有许多亟待解决的问题，如：低温环境（从-1.7℃到5℃不等，极地地区达到-30℃）、浅层水-气流动、深水作业经验少以及自然灾害等问题。此外，在深水油气钻探过程中钻遇天然气水合物是不可避免的问题，而天然气水合物只有在低温高压情况下才能够稳定存在，但是固井水泥浆在水化过程中放出的热量将会造成天然气水合物的分解，进而引发海底滑坡、地层塌陷等情况，对油气井的安全生产产生巨大的威胁。由于在低温环境下固井常用G级油井水泥水化硬化速度大幅减缓，难以在短时间内获得早强、防止浅层水-气流动的能力，无法满足固井要求。因此，开发具有低温水化能力的优质固井水泥或者提高G级油井水泥低温水化硬化能力，提高早期强度，使固井水泥环在整个油气井正常生产寿命期保持完整性，对提高固井质量，满足油气井长期安全开采的生产要求意义重大。
目前，研究最为广泛的是将不同种类的水泥进行复配以提升水泥石的早期强度，达到满足低温地区固井施工的要求。其中国内研究人员多采用快凝型硫铝酸盐水泥复配G级高抗硫酸盐水泥或者采用硫铝酸钙、硅酸三钙、硅酸二钙、石膏等矿物相进行水泥体系的开发；也有学者采用C级油井水泥或者A级油井水泥来进行低温固井水泥体系的开发。然而，在获得较高的早期强度的同时也带来了较高的水化热，其应用受到限制。
国内有关研究人员将石蜡引入低温固井水泥浆体系之中，用来控制水化热。虽然在15℃及以上温度养护条件下取得了较好的热控效果，但是在更低的温度下，其应用效果未知。此外，石蜡相转变点较高，对温度变化响应不够灵敏。另外，现有研究中多采用脲醛树脂作为壳体材料，其与水泥石浆体相容性较差，会延迟水泥水化过程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温固井用控制水化热的微胶囊的制备方法，该方法原理可靠，操作简便。以二元复合相变材料为芯材，以活性二氧化硅为壳体材料制备的微胶囊与水泥浆体配伍性良好，且结构稳定、相变温度低，可用于低温固井水泥体系中，解决了石蜡材料相转变点温度过高、对温度响应不够灵敏的问题，具有广阔的市场应用前景。
为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。
一种低温固井用控制水泥水化热的微胶囊的制备方法，依次包括以下步骤：
（1）称取10-20g的壳体材料，将其加入到含有50-100mL去离子水的烧杯中，在45℃恒温水浴锅中磁力搅拌，使其完全溶解成均一稳定的壳体材料溶液；
（2）将10-20g的芯材、0.02-0.1g的乳化剂加入到三口烧瓶中并在45℃恒温水浴锅中以2000rpm的转速搅拌30-60min，使其均匀乳化分散，形成稳定的水包油（O/W）芯材乳液，同时使用pH值调节剂调节乳液pH值低于5.5；
（3）将装有芯材乳液的三口烧瓶转移到50-90℃的水浴锅中，同时以300-1200rpm转速进行搅拌并逐滴加入壳体材料溶液，反应2-3h后倒出，使其自然冷却到室温，对冷却后的固液混合物进行抽滤，分别用乙醇和去离子水洗涤，去除杂质，最后进行冷冻干燥，获得白色粉末样品。
所述步骤（1）中，壳体材料为硅酸钠NaSiO3·9H2O。
所述步骤（2）中，芯材为正癸酸和月桂醇制备的二元复合相变材料，其制备过程如下：将正癸酸和月桂醇按照质量比1:1混合，搅拌均匀。
所述步骤（2）中，乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚-10（OP-10）和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）的混合物，其中十六烷基三甲基溴化铵所占的质量比为20-80%。
所述步骤（2）中，pH值调节剂为盐酸HCl，调节乳液pH值范围为0.5-5.5。
上述降低水化热的微胶囊的反应历程如下：
微胶囊芯材在乳化剂OP-10和CTAB的作用下，形成稳定的芯材乳液。由于阳离子型乳化剂的存在，使得芯材乳液表面呈电正性。当将硅酸钠加入到酸性的稳定乳液之中时，硅酸钠将解离出呈电负性的硅酸根离子。在静电力的作用下，阳离子型乳化剂使得呈电负性的硅酸根离子在乳液表面富集；此外，在氢键的作用下，非离子型乳化剂也使得硅酸根离子在呈电正性的乳液表面富集。由于整个反应环境呈酸性，硅酸根离子与溶液中的氢离子作用形成二氧化硅的前驱体，在乳液表面形成致密层，并经过进一步的脱水缩合，形成壳体材料二氧化硅。
本发明合成的微胶囊以有机相变材料为芯材，活性非晶态二氧化硅为壳体，可逆吸收和释放水泥水化热。由于芯材为相变材料，其可以在外界温度变化时通过改变自身的物理状态进行热量的储存与释放。当水泥水化放热时，微胶囊的芯材会发生相转变吸收多余的水化热，并将热量存储起来；当水泥水化到一定程度时，外界温度降低，微胶囊芯材内部储存的热量向外界释放，提高局部环境温度，促进水泥继续水化，增加早期强度。微胶囊既起到了提升早期抗压强度，又起到了降低水化热，防控气窜的双重功效。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）利用二元复合相变材料和活性二氧化硅制备微胶囊控制水泥浆体水化热，温度响应灵敏，与水泥浆体相容性好；
（2）该微胶囊化学稳定性高，易储存；
（3）该微胶囊原料来源广，成本低廉，具备降本增效的优势；
（4）该微胶囊合成方法简单，可实现大规模生产。
综上所述，本发明采用二氧化硅为微胶囊的壳体材料，与水泥体系具备良好的相容性，并且可部分作为活性组分参与水化反应；而微胶囊则采用无过冷度，对水泥基材料腐蚀性小，相变点低的二元复合有机相变材料作为芯材。本发明将具备核壳结构的微胶囊应用于低温水泥体系中，使得水泥在低温下获得较高早期强度的同时减少水化热向外界排放，克服了微胶囊壳体材料与水泥浆体相容性差，芯材对温度响应不够灵敏以及外泄等问题。
附图说明
图1为实例1制备的微胶囊的傅里叶红外光谱。
图2为实例1制备的微胶囊的微观形貌图。
图3为实例3制备的微胶囊的透射电镜图。
图4为实例3制备的微胶囊的差示扫描量热（DSC）曲线图。
图5为含有微胶囊的水泥浆在外界环境为4℃下所测得的水化热测试结果。
图6为含有微胶囊的水泥浆在外界环境为8℃下所测得的水化热测试结果。
具体实施方式
下面根据附图和实施例进一步说明本发明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，均在保护之列。
一、低温固井用微胶囊的制备
实施例1
称取10g硅酸钠，加入到50mL的去离子水中45℃磁力搅拌10min使其完全溶解。将5g月桂醇和5g正癸酸混合溶液，0.05g CTBA和0.05g OP-10加入到三口烧瓶中，保持45℃水浴加热，用搅拌器以2000rpm的速度搅拌30min，使得月桂醇和正癸酸均匀分散并形成水包油（O/W）乳液，并加入盐酸调节pH值为1.5。将上述乳液转移至50℃恒温水浴锅中，同时将制备好的硅酸钠溶液用分液漏斗逐滴加入到三口烧瓶之中，并以300rpm的速度搅拌2h，随后将产物转移到烧杯中自然冷却至室温抽滤，用无水乙醇和去离子水洗涤，并冷冻干燥。
实施例2
称取12g硅酸钠，加入到80mL的去离子水中45℃磁力搅拌10min使其完全溶解。将6g月桂醇和6g正癸酸混合溶液，0.03g CTBA和0.07g OP-10加入到三口烧瓶中，保持45℃水浴加热，用搅拌器以2000rpm的速度搅拌30min，使得月桂醇和正癸酸均匀分散并形成水包油（O/W）乳液，并加入盐酸调节pH值为2。将上述乳液转移至60℃恒温水浴锅中，同时将制备好的硅酸钠溶液用分液漏斗逐滴加入到三口烧瓶之中，并以500rpm的速度搅拌2h，随后将产物转移到烧杯中自然冷却至室温抽滤，用无水乙醇和去离子水洗涤，并冷冻干燥。
实施例3
称取15g硅酸钠，加入到50mL的去离子水中45℃磁力搅拌10min使其完全溶解。将7g月桂醇和7g正癸酸混合溶液，0.02g CTBA和0.08g OP-10加入到三口烧瓶中，保持45℃水浴加热，用搅拌器以2000rpm的速度搅拌30min，使得月桂醇和正癸酸均匀分散并形成水包油（O/W）乳液，并加入盐酸调节pH值为2.5。将上述乳液转移至70℃恒温水浴锅中，同时将制备好的硅酸钠溶液用分液漏斗逐滴加入到三口烧瓶之中，并以600rpm的速度搅拌2.5h，随后将产物转移到烧杯中自然冷却至室温抽滤，用无水乙醇和去离子水洗涤，并冷冻干燥。
实施例4
称取14g硅酸钠，加入到50mL的去离子水中45℃磁力搅拌10min使其完全溶解。将8g月桂醇和8g正癸酸混合溶液，0.03g CTBA和0.03g OP-10加入到三口烧瓶中，保持45℃水浴加热，用搅拌器以2000rpm的速度搅拌30min，使得月桂醇和正癸酸均匀分散并形成水包油（O/W）乳液，并加入盐酸调节pH值为3。将上述乳液转移至80℃恒温水浴锅中，同时将制备好的硅酸钠溶液用分液漏斗逐滴加入到三口烧瓶之中，并以600rpm的速度搅拌2.5h，随后将产物转移到烧杯中自然冷却至室温抽滤，用无水乙醇和去离子水洗涤，并冷冻干燥。
实施例5
称取18g硅酸钠，加入到50mL的去离子水中45℃磁力搅拌10min使其完全溶解。将9g月桂醇和9g正癸酸混合溶液，0.08g CTBA和0.02g OP-10加入到三口烧瓶中，保持45℃水浴加热，用搅拌器以2000rpm的速度搅拌30min，使得月桂醇和正癸酸均匀分散并形成水包油（O/W）乳液，并加入盐酸调节pH值为1。将上述乳液转移至90℃恒温水浴锅中，同时将制备好的硅酸钠溶液用分液漏斗逐滴加入到三口烧瓶之中，并以800rpm的速度搅拌3h，随后将产物转移到烧杯中自然冷却至室温抽滤，用无水乙醇和去离子水洗涤，并冷冻干燥。
二、低温固井用微胶囊的结构表征
由图1可知，在3320cm-1附近的强吸收峰是O-H的伸缩振动，该峰对应于醇羟基；在2920cm-1和2850cm-1附近的吸收峰为C-H键，该键对应于-CH3和-CH2；在1709.85cm-1附近强红外光谱尖吸收峰为-COOH中碳氧双键伸缩振动；在2700-2500cm-1范围内为-OH的几个较弱的吸收峰，在这个吸收峰范围内很少出现其他峰，因此可以用来判断羧酸的存在。在1096cm-1处为Si-O-Si的反对称振动吸收峰，在803.6cm-1处为Si-O-Si的对称振动吸收峰；在941cm-1处是Si-OH的弯曲振动吸收峰；在469cm-1处为Si-O基团的振动吸收峰。以上分析可以证明芯材成功被二氧化硅包覆，并且芯材与壁材之间未发生化学反应，只是单纯的物理结合。
由图2可知，微胶囊呈圆球状细小颗粒，颗粒均匀规则，分散较好。
由图3可以看出微胶囊具备明显的核壳结构。
三、低温固井用微胶囊的热性能分析
由图4可知，在升温阶段微胶囊的相转变点为12.5℃。在降温阶段，微胶囊的相转变点为0.13℃。由此可知，微胶囊对外界温度变化的响应敏感，比较适用于低温固井水泥体系之中。
图5和图6分别是含有微胶囊的水泥浆体在外界环境为4℃和8℃下所测得的水化热测试结果。由图可以看出，微胶囊可以有效降低水泥浆体的水化温升。

Claims (6)

1.一种低温固井用控制水泥水化热的微胶囊的制备方法，依次包括以下步骤：
（1）称取10-20g的壳体材料，加入到50-100mL去离子水中，在45℃恒温水浴锅中搅拌，使其完全溶解成均一稳定的壳体材料溶液；
（2）将10-20g的芯材、0.02-0.1g的乳化剂加入到三口烧瓶中并在45℃恒温水浴锅中搅拌30-60min，使其均匀乳化分散，形成稳定的水包油芯材乳液，同时使用pH值调节剂调节乳液pH值低于5.5；
（3）将装有芯材乳液的三口烧瓶转移到50-90℃的水浴锅中，进行搅拌并逐滴加入壳体材料溶液，反应2-3h后倒出，使其自然冷却到室温，对冷却后的固液混合物进行抽滤，分别用乙醇和去离子水洗涤，去除杂质，最后进行冷冻干燥。
2.如权利要求1所述的一种低温固井用控制水泥水化热的微胶囊的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，壳体材料为硅酸钠NaSiO3·9H2O。
3.如权利要求1所述的一种低温固井用控制水泥水化热的微胶囊的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，芯材为正癸酸和月桂醇制备的二元复合相变材料。
4.如权利要求3所述的一种低温固井用控制水泥水化热的微胶囊的制备方法，其特征在于，所述二元复合相变材料的制备过程如下：将正癸酸和月桂醇按照质量比1:1混合，搅拌均匀。
5.如权利要求1所述的一种低温固井用控制水泥水化热的微胶囊的制备方法，其特征在于，
所述步骤（2）中，乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚-10和十六烷基三甲基溴化铵的混合物，其中十六烷基三甲基溴化铵所占的质量比为20-80%。
6.如权利要求1所述的一种低温固井用控制水泥水化热的微胶囊的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，pH值调节剂为盐酸。
CN202110661829.6A 2021-06-15 2021-06-15 一种低温固井用控制水泥水化热的微胶囊的制备方法 Active CN113307532B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110661829.6A CN113307532B (zh) 2021-06-15 2021-06-15 一种低温固井用控制水泥水化热的微胶囊的制备方法
US17/750,054 US11786880B2 (en) 2021-06-15 2022-05-20 Preparation method of the microcapsules for low-temperature well cementation to be used to control cement hydration heat

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110661829.6A CN113307532B (zh) 2021-06-15 2021-06-15 一种低温固井用控制水泥水化热的微胶囊的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113307532A true CN113307532A (zh) 2021-08-27
CN113307532B CN113307532B (zh) 2022-04-22

Family

ID=77378847

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110661829.6A Active CN113307532B (zh) 2021-06-15 2021-06-15 一种低温固井用控制水泥水化热的微胶囊的制备方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11786880B2 (zh)
CN (1) CN113307532B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115073075A (zh) * 2022-05-10 2022-09-20 中建西部建设北方有限公司 一种超长结构高抗裂补偿收缩混凝土及其制备方法
CN117821025A (zh) * 2024-03-06 2024-04-05 成都理工大学 一种相变微胶囊及其制备方法

Citations (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2540251A1 (de) * 1975-09-10 1977-03-24 Bp Benzin Und Petroleum Ag Gefrierschutzmittel fuer kuehlfluessigkeiten
SU623516A3 (ru) * 1974-04-29 1978-09-05 "Хемише Верке Хюльс Аг" (Фирма) Способ очистки декандикарбоновой -1,10 кислоты
CN1689693A (zh) * 2003-11-20 2005-11-02 国际香料和香精公司 胶囊包封的材料
CN101392461A (zh) * 2008-10-15 2009-03-25 清华大学深圳研究生院 相变储能低温面膜基材及其制备方法
CN101528339A (zh) * 2006-10-17 2009-09-09 巴斯夫欧洲公司 微胶囊
CN101555401A (zh) * 2008-04-10 2009-10-14 中国科学院化学研究所 有机相变储能材料的微胶囊及其制备方法
CN101838520A (zh) * 2010-04-28 2010-09-22 清华大学深圳研究生院 一种含相变储能微胶囊组装物的制备方法
CN101990556A (zh) * 2008-04-07 2011-03-23 三星精密化学株式会社 蜡-树脂相容剂、含有所述蜡-树脂相容剂的蜡-树脂分散液及其制备方法
CN102504775A (zh) * 2011-10-12 2012-06-20 西南石油大学 深井长封固段固井用大温差水泥浆及其制备方法
CN102994058A (zh) * 2012-12-14 2013-03-27 西南石油大学 稠油热采井固井耐高温非硅酸盐水泥浆体系
CN104329714A (zh) * 2014-11-11 2015-02-04 天津大学 一种可蓄冷蓄热的相变材料温度调节***
CN104418966A (zh) * 2013-09-06 2015-03-18 广州市香港科大***研究院 相变微胶囊及其制备方法
CN104449590A (zh) * 2014-12-05 2015-03-25 中国工程物理研究院化工材料研究所 一种相变储能材料的纳米胶囊及其制备方法
DE102013018565A1 (de) * 2013-10-28 2015-04-30 Gmbu E.V., Fachsektion Dresden Körperpflegemittel und dessen Verwendung
CN108570310A (zh) * 2018-04-09 2018-09-25 西南石油大学 一种用于固井水泥浆的相变微胶囊型吸热剂的制备方法
CN108699427A (zh) * 2015-12-18 2018-10-23 广州材智新材料科技有限公司 包含相变材料的无机二氧化硅微胶囊的合成及其应用
CN110724499A (zh) * 2019-10-24 2020-01-24 天津城建大学 一种硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊及其制备方法
CN112368355A (zh) * 2018-06-28 2021-02-12 株式会社钟化 蓄热材料组合物和其应用
CN112645634A (zh) * 2020-11-30 2021-04-13 中国地质大学（武汉） 一种水泥浆控温自修复用微胶囊及其制备方法
CN112745805A (zh) * 2019-10-31 2021-05-04 中国石油化工股份有限公司 一种相变微胶囊的制备方法
CN113484361A (zh) * 2021-07-09 2021-10-08 西南石油大学 一种低温固井用水泥浆体系水化热测定装置

Patent Citations (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU623516A3 (ru) * 1974-04-29 1978-09-05 "Хемише Верке Хюльс Аг" (Фирма) Способ очистки декандикарбоновой -1,10 кислоты
DE2540251A1 (de) * 1975-09-10 1977-03-24 Bp Benzin Und Petroleum Ag Gefrierschutzmittel fuer kuehlfluessigkeiten
CN1689693A (zh) * 2003-11-20 2005-11-02 国际香料和香精公司 胶囊包封的材料
CN101528339A (zh) * 2006-10-17 2009-09-09 巴斯夫欧洲公司 微胶囊
CN101990556A (zh) * 2008-04-07 2011-03-23 三星精密化学株式会社 蜡-树脂相容剂、含有所述蜡-树脂相容剂的蜡-树脂分散液及其制备方法
CN101555401A (zh) * 2008-04-10 2009-10-14 中国科学院化学研究所 有机相变储能材料的微胶囊及其制备方法
CN101392461A (zh) * 2008-10-15 2009-03-25 清华大学深圳研究生院 相变储能低温面膜基材及其制备方法
CN101838520A (zh) * 2010-04-28 2010-09-22 清华大学深圳研究生院 一种含相变储能微胶囊组装物的制备方法
CN102504775A (zh) * 2011-10-12 2012-06-20 西南石油大学 深井长封固段固井用大温差水泥浆及其制备方法
CN102994058A (zh) * 2012-12-14 2013-03-27 西南石油大学 稠油热采井固井耐高温非硅酸盐水泥浆体系
CN104418966A (zh) * 2013-09-06 2015-03-18 广州市香港科大***研究院 相变微胶囊及其制备方法
DE102013018565A1 (de) * 2013-10-28 2015-04-30 Gmbu E.V., Fachsektion Dresden Körperpflegemittel und dessen Verwendung
CN104329714A (zh) * 2014-11-11 2015-02-04 天津大学 一种可蓄冷蓄热的相变材料温度调节***
CN104449590A (zh) * 2014-12-05 2015-03-25 中国工程物理研究院化工材料研究所 一种相变储能材料的纳米胶囊及其制备方法
CN108699427A (zh) * 2015-12-18 2018-10-23 广州材智新材料科技有限公司 包含相变材料的无机二氧化硅微胶囊的合成及其应用
CN108570310A (zh) * 2018-04-09 2018-09-25 西南石油大学 一种用于固井水泥浆的相变微胶囊型吸热剂的制备方法
CN112368355A (zh) * 2018-06-28 2021-02-12 株式会社钟化 蓄热材料组合物和其应用
CN110724499A (zh) * 2019-10-24 2020-01-24 天津城建大学 一种硅烷偶联剂改性的二氧化硅相变微胶囊及其制备方法
CN112745805A (zh) * 2019-10-31 2021-05-04 中国石油化工股份有限公司 一种相变微胶囊的制备方法
CN112645634A (zh) * 2020-11-30 2021-04-13 中国地质大学（武汉） 一种水泥浆控温自修复用微胶囊及其制备方法
CN113484361A (zh) * 2021-07-09 2021-10-08 西南石油大学 一种低温固井用水泥浆体系水化热测定装置

Non-Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CAI, JINGXUAN ET AL: "Preparation and action mechanism of temperature control materials for low-temperature cement", 《CONSTRUCTION AND BUILDING MATERIALS》 *
WEI CAI ET AL: "An Experimental Study of the Property of Phase Transition Temperature for Organic Composites Phase Change Materials", 《INTERNATIONAL CONFERENCE ON MATERIAL SCIENCE AND APPLICATION》 *
周双喜等: "复合相变储能材料在大体积混凝土中的控温性能", 《华东交通大学学报》 *
张春梅等: "固井水泥环微裂纹自修复微胶囊的制备与性能研究", 《硅酸盐通报》 *
李娟等: "复合相变材料与金属协同作用下的水合物生成研究", 《流体机械》 *
李小可等: "油井水泥复合型自愈合剂的研制和评价", 《科学技术与工程》 *
李志广等: "低温相变材料十二醇-脂肪酸二元体系相变温度的研究", 《化工新型材料》 *
王相田等: "胶态超细二氧化硅水性分散系的制备工艺及其流变行为", 《华东理工大学学报》 *
陈亮等: "与建筑一体化脂肪酸类相变材料的研究及应用", 《材料导报》 *
陈钦元等: "相变材料在建筑工业中的应用研究", 《塑料工业》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115073075A (zh) * 2022-05-10 2022-09-20 中建西部建设北方有限公司 一种超长结构高抗裂补偿收缩混凝土及其制备方法
CN115073075B (zh) * 2022-05-10 2023-02-03 中建西部建设北方有限公司 一种超长结构高抗裂补偿收缩混凝土及其制备方法
CN117821025A (zh) * 2024-03-06 2024-04-05 成都理工大学 一种相变微胶囊及其制备方法
CN117821025B (zh) * 2024-03-06 2024-05-10 成都理工大学 一种相变微胶囊及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
US11786880B2 (en) 2023-10-17
US20220395796A1 (en) 2022-12-15
CN113307532B (zh) 2022-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113307532B (zh) 一种低温固井用控制水泥水化热的微胶囊的制备方法
CN101864285B (zh) 深水固井低温早强剂
JP5646810B2 (ja) 炭化水素井戸のセメンチング作業用のナノ添加剤
CN105733519B (zh) 亲水性石蜡微胶囊及早强低水化放热水泥体系
US6982000B2 (en) Cement compositions including silane treated amorphous silica
NO305238B1 (no) Br°nnsementblanding med forbedrede egenskaper og fremgangsmÕte for sementering av en underjordisk sone
CN113511850A (zh) 低温协同水化增效的低热早强水泥浆体系组成与应用
CN103224772A (zh) 一种固井水泥浆、其制备方法及用途
CN108570310A (zh) 一种用于固井水泥浆的相变微胶囊型吸热剂的制备方法
CN105347716A (zh) 一种分散型无氯油井水泥低温早强剂及包含它的水泥浆
Liu et al. Preparation and evaluation of micro-encapsulated thermal control materials for oil well cement slurry
CN100545123C (zh) 低温低密度固井水泥浆
CN105314998A (zh) 一种钙矾石胶体为模板剂的保温砂浆及其制备方法
CN108439872B (zh) 一种抗高温的高强度低弹模高密度水泥浆
CN105694832A (zh) 油田固井用耐高温大温差的水泥浆体
CN106632917A (zh) 一种硫铝酸盐水泥用聚合物降失水剂的制备方法
Feng et al. Preparation and investigation of microencapsulated thermal control material used for the cementing of gas hydrate formations
Cai et al. Microencapsulated phase change material-cement composites for cementing the natural gas hydrate layer
CN113603387B (zh) 一种防水型混凝土增效剂及其制备方法
CN113185171A (zh) 适用深水低温环境的水泥增强剂及其制备方法、水泥浆体系
CN111704389A (zh) 纳米防窜剂及其制备方法、防窜水泥浆
CN114988771B (zh) 一种改性钙基膨润土低密度固井水泥浆及其制备方法
CN112094630B (zh) 一种复合组分树脂交联剂及其制造方法
CN115558475A (zh) 一种基于纳米微晶纤维素的可逆乳化剂及制备方法和应用
CN117986285A (zh) 一种用于稠油冷采的降粘洗油剂及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant