本发明涉及水泥领域，具体涉及用于油井水泥的碳纤维增韧剂的制备方法。
背景技术：
：油气井环空水泥石是一种刚性较高、韧性较差的非均质材料。水泥石在人力作用(如射孔、压裂等)和非人力作用(如地层蠕动、地应力激变等)下，很容易出现微裂隙或微环隙，导致封隔失效，对油气井的安全生产造成巨大影响。为降低水泥石脆性，固井行业采取了多种增韧方式，如添加弹性体材料、胶乳材料和纤维材料等。其中，以纤维材料增强水泥石韧性的方法最为简便和可靠。碳纤维材料的质量比铝轻、强度高于铁、弹性模量接近普通玻璃纤维的3倍、高温下性能稳定。但碳纤维表面光滑，亲水性较差。直接将碳纤维加入油井水泥浆，不仅分散性较差，影响水泥浆流变性能，且固化后无法与水泥基材料产生亲和胶结，反而会削弱水泥石的力学性能。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是现有的纤维材料在用于水泥中进行增韧时，不能较好的与水泥基材料亲和胶结，并会影响水泥石的力学性能，目的在于提供用于油井水泥的碳纤维增韧剂的制备方法，解决对于水泥的纤维增韧剂的使用的问题。本发明通过下述技术方案实现：用于油井水泥的碳纤维增韧剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将碳纤维和双氧水加入反应瓶，开启振荡器，匀速振荡5h后取出，用蒸馏水洗涤两次后烘干得到碳纤维a；(2)在反应瓶中加入浓氨基磺酸，升温至30～50℃，加入步骤(1)所得碳纤维a，保温缓速摇振3h后取出，用蒸馏水洗涤至ph呈中性，烘干得到碳纤维b；(3)在装有搅拌转子的反应瓶中依次加入四氯甲烷、硅灰和壳聚糖，开启搅拌器，待形成均一体系后分批加入步骤(2)所得碳纤维b，匀速搅拌至四氯甲烷完全蒸发；(4)将步骤(3)所得产品加入无水乙醇，离心，弃去上清液，置于喷雾干燥设备中，于150℃处理1h得油井水泥碳纤维增韧剂。进一步的，用于油井水泥的碳纤维增韧剂的制备方法，步骤(3)中在加入碳纤维b的过程中可再次加入四氯甲烷，加毕，匀速搅拌至四氯甲烷完全蒸发。其中：碳纤维、双氧水、浓氨基磺酸、四氯甲烷、硅灰和壳聚糖的重量份数分别为：碳纤维3～5份、双氧水10～15份、浓氨基磺酸4～6份、四氯甲烷6～9份、硅灰2～3份、壳聚糖0.2～0.4份。更进一步的，碳纤维、双氧水、浓氨基磺酸、四氯甲烷、硅灰和壳聚糖的重量份数分别为：碳纤维4份、双氧水12份、浓氨基磺酸5份、四氯甲烷8份、硅灰3份、壳聚糖0.3份。优选的，用于油井水泥的碳纤维增韧剂的制备方法，步骤(2)中在反应瓶中加入浓氨基磺酸，升温至40℃。本发明的碳纤维材料依次用双氧水和氨基磺酸进行两次亲水性表面改性后，再经活性材料溶液浸渍，最终制得一种亲水性良好的碳纤维增韧剂。并且本发明的增韧剂不会影响水泥的力学性能，使用效果更佳。本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本发明用于油井水泥的碳纤维增韧剂的制备方法，本发明的增韧剂的亲水改性采用两段液相氧化法，耗时短、成本较低；并且亲水改性后的碳纤维表面通过浸渍硅灰等活性成分，增加了与水泥胶结的活性位点，因此本发明的制备方法下得到的增韧剂在与水泥使用时，具与水泥基材料产生较好的亲和胶结，更有利于使用；2、本发明用于油井水泥的碳纤维增韧剂的制备方法，本发明亲水改性的碳纤维与水泥浆配伍性良好，显著降低了水泥石的弹性模量，并能有效的提高水泥石的抗压强度；3、本发明用于油井水泥的碳纤维增韧剂的制备方法，本发明制备方法简单，能较好的在固化后与水泥基材料产生亲和胶结，同时也不会影响水泥的力学性能。附图说明此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：图1为本发明配方2在100℃×60mpa条件下的稠化曲线。图2为普通碳纤维增韧剂的扫描电镜图片。图3为本发明碳纤维增韧剂的扫描电镜图片。图4为本发明配方2水泥石的扫描电镜图片结构示意图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。实施例1本发明用于油井水泥的碳纤维增韧剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将碳纤维4份和双氧水12份加入反应瓶，开启振荡器，匀速振荡5h后取出，用蒸馏水洗涤两次后烘干得到碳纤维a；(2)在反应瓶中加入浓氨基磺酸5份，升温至40℃，加入步骤(1)所得碳纤维a，保温缓速摇振3h后取出，用蒸馏水洗涤至ph呈中性，烘干得到碳纤维b；(3)在装有搅拌转子的反应瓶中依次加入四氯甲烷8份、硅灰3份和壳聚糖0.3份，开启搅拌器，待形成均一体系后分批加入步骤(2)所得碳纤维b，在加入碳纤维b的过程中可再次加入四氯甲烷，加毕，匀速搅拌至四氯甲烷完全蒸发；(4)将步骤(3)所得产品加入无水乙醇，离心，弃去上清液，置于喷雾干燥设备中，于150℃处理1h得油井水泥碳纤维增韧剂。实施例2(1)将碳纤维1份和双氧水20份加入反应瓶，开启振荡器，匀速振荡5h后取出，用蒸馏水洗涤两次后烘干得到碳纤维a；(2)在反应瓶中加入浓氨基磺酸1份，升温至40℃，加入步骤(1)所得碳纤维a，保温缓速摇振3h后取出，用蒸馏水洗涤至ph呈中性，烘干得到碳纤维b；(3)在装有搅拌转子的反应瓶中依次加入四氯甲烷13份、硅灰1份和壳聚糖1份，开启搅拌器，待形成均一体系后分批加入步骤(2)所得碳纤维b，在加入碳纤维b的过程中可再次加入四氯甲烷，加毕，匀速搅拌至四氯甲烷完全蒸发；(4)将步骤(3)所得产品加入无水乙醇，离心，弃去上清液，置于喷雾干燥设备中，于150℃处理1h得油井水泥碳纤维增韧剂。实施例3配方1：g级油井水泥400g+20％微硅+2.5％bfr-30l油井水泥分散剂+3％bfl-12l油井水泥降失水剂+0.5％油井水泥缓凝剂sn-2+水；水灰比0.44。配方2：g级油井水泥400g+20％微硅+2.5％bfr-30l油井水泥分散剂+3％bfl-12l油井水泥降失水剂+1.5％实施例1中所得油井水泥增韧剂+0.5％油井水泥缓凝剂sn-2+水；水灰比0.44。配方3：g级油井水泥400g+20％微硅+2.5％bfr-30l油井水泥分散剂+3％bfl-12l油井水泥降失水剂+1.5％实施例2中所得油井水泥增韧剂+0.5％油井水泥缓凝剂sn-2+水；水灰比0.44。配方4：g级油井水泥400g+20％微硅+2.5％bfr-30l油井水泥分散剂+3％bfl-12l油井水泥降失水剂+1.5％现有的油井水泥增韧剂+0.5％油井水泥缓凝剂sn-2+水；水灰比0.44。表1配方1～3的基本性能水泥浆配方流动度/cm游离液/％流性指数配方12300.85配方221.500.81配方32200.82配方422.500.83由表1可见，配方2的流动度大于21cm，无游离液，流性指数正常，说明水泥浆浆体分散较好，流变性较好。图1为配方2在100℃下的稠化曲线。从图1可以看出，水泥浆稠化过程平稳，直角稠化特征明显。说明本发明所得的增韧剂与水泥浆的配伍性较好。实施例4将配方2～4在100℃×0.1mpa下养护后进行水泥石抗压强度，并且测试配方1～4水泥石的三轴应力实验数据，数据如下：表2配方2在100℃×0.1mpa下养护后的水泥石抗压强度表3配方1～4水泥石的三轴应力实验数据表2为配方2在100℃×0.1mpa条件下养护相应龄期后的水泥石抗压强度。由表2可见，配方2水泥石的抗压强度发育正常。表3为配方2水泥石的三轴应力实验数据。由表3可见，配方2水泥石的弹性模量显著降低，说明水泥石的刚性减弱。图2为普通碳纤维增韧剂的扫描电镜图片。由图2可见，普通碳纤维的表面非常光滑；图3为本发明碳纤维增韧剂的扫描电镜图片。由图3可见，碳纤维经液相氧化改性后，表面形成沟槽和孔隙；本发明的增韧剂的表面浸渍了大量活性物质。图4为配方2水泥石的扫描电镜照片。由图4可见，本发明碳纤维增韧剂在水泥中均匀、非定向分布，有利于应力在水泥石内部的传递分散。综上可知，实施例2所加组分的数据范围在本发明的范围外，配方3和配方4的力学性能比本发明所得增韧剂的配方2的力学性能差，并且配方4比配方2与水泥浆的结合能力差，因此在本发明的制备方法与组分范围内，所得增韧剂不仅能与水泥材料较好的结合，并且能有效的提高水泥的力学性能，更便于使用。以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3
技术特征：
1.用于油井水泥的碳纤维增韧剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将碳纤维和双氧水加入反应瓶，开启振荡器，进行振荡，用蒸馏水洗涤两次后烘干得到碳纤维a；
(2)在反应瓶中加入浓氨基磺酸，升温至30～50℃，加入步骤(1)所得碳纤维a，保温摇振后取出，用蒸馏水洗涤至ph呈中性，烘干得到碳纤维b；
(3)在装有搅拌转子的反应瓶中依次加入四氯甲烷、硅灰和壳聚糖，开启搅拌器，待形成均一体系后分批加入步骤(2)所得碳纤维b，匀速搅拌至四氯甲烷完全蒸发；
(4)将步骤(3)所得产品加入无水乙醇，离心，弃去上清液，置于喷雾干燥设备中，处理后得到油井水泥碳纤维增韧剂。
2.根据权利要求1所述的用于油井水泥的碳纤维增韧剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中在加入碳纤维b的过程中可再次加入四氯甲烷，加毕，匀速搅拌至四氯甲烷完全蒸发。
3.根据权利要求1所述的用于油井水泥的碳纤维增韧剂的制备方法，其特征在于，碳纤维、双氧水、浓氨基磺酸、四氯甲烷、硅灰和壳聚糖的重量份数分别为：碳纤维3～5份、双氧水10～15份、浓氨基磺酸4～6份、四氯甲烷6～9份、硅灰2～3份、壳聚糖0.2～0.4份。
4.根据权利要求1所述的用于油井水泥的碳纤维增韧剂的制备方法，其特征在于，碳纤维、双氧水、浓氨基磺酸、四氯甲烷、硅灰和壳聚糖的重量份数分别为：碳纤维4份、双氧水12份、浓氨基磺酸5份、四氯甲烷8份、硅灰3份、壳聚糖0.3份。
5.根据权利要求1所述的用于油井水泥的碳纤维增韧剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中在反应瓶中加入浓氨基磺酸，升温至40℃。
6.根据权利要求1所述的用于油井水泥的碳纤维增韧剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中匀速振荡5h后取出，再用蒸馏水洗涤。
7.根据权利要求1所述的用于油井水泥的碳纤维增韧剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中加入碳纤维a后，保温缓速摇振3h后取出。
8.根据权利要求1所述的用于油井水泥的碳纤维增韧剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中于150℃处理1h得油井水泥碳纤维增韧剂。
技术总结
本发明公开了用于油井水泥的碳纤维增韧剂的制备方法，将碳纤维和双氧水加入反应瓶，开启振荡器，匀速振荡5h后取出，用蒸馏水洗涤两次后烘干得到碳纤维A；在反应瓶中加入浓氨基磺酸，升温至30～50℃，加入碳纤维A，保温缓速摇振3h后取出，用蒸馏水洗涤至pH呈中性，烘干得到碳纤维B；在装有搅拌转子的反应瓶中依次加入四氯甲烷、硅灰和壳聚糖，开启搅拌器，待形成均一体系后分批加入碳纤维B，匀速搅拌至四氯甲烷完全蒸发；加入无水乙醇，离心，弃去上清液，置于喷雾干燥设备中，于150℃处理1h得油井水泥碳纤维增韧剂。本发明制备方法简单，能较好的在固化后与水泥基材料产生亲和胶结，同时也不会影响水泥的力学性能。
技术研发人员：张建文;代清;桂余映
受保护的技术使用者：陕西博世威科技有限责任公司
技术研发日：.11.26
技术公布日：.02.14
