本發(fā)明涉及固井水泥漿領(lǐng)域一種溫敏性膨脹微膠囊防氣竄劑及其在制備防氣竄水泥漿體系中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：油井水泥水化過程中的體積收縮，是造成水泥環(huán)界面膠結(jié)質(zhì)量差、誘發(fā)井內(nèi)油、氣、水竄流及油層污染、投產(chǎn)后環(huán)空帶壓的主要原因，這是尚未得到很好解決的固井技術(shù)難題。水泥漿在塑性狀態(tài)下體積收縮會使水泥漿柱的孔隙壓力降低(膠凝失重)，凝固后體積收縮使水泥環(huán)與地層和套管間的膠結(jié)出現(xiàn)問題，形成微間隙，收縮量的95％以上發(fā)生在水泥漿終凝以后，體積收縮量為水泥漿總體積的2.6％-5.0％，水泥漿的體積收縮既影響固井質(zhì)量，形成潛在風(fēng)險，又會造成油氣資源大量流失。在水泥中添加膨脹劑是封閉微環(huán)空間隙從而提高水泥石兩界面固井質(zhì)量的有效措施之一。國內(nèi)外使用的膨脹劑種類很多，膨脹劑的作用方式主要有充氣法、發(fā)氣法、固相膨脹法等，傳統(tǒng)的防氣竄劑主要是金屬鋁及其氧合物、膠乳類、聚乙烯醇和硫酸鈣。但現(xiàn)有防氣竄劑存在以下問題：發(fā)氣類防氣竄劑(如kq系列)，具有發(fā)氣量不可控的缺陷；膠乳類防氣竄劑(油田深井固井用多效膠乳防氣竄劑及其制備方法cn103834374a)添加量較大，當(dāng)存儲溫度較低時還會發(fā)生破乳，影響防氣竄效果；聚乙烯醇不能在高溫高鹽環(huán)境中使用；固相膨脹類防氣竄劑(鄭國生等.塑性膨脹防氣竄水泥漿體系研究與應(yīng)用.[j].石油鉆采工藝,2013,35(5):52-55)的主要成分是硫酸鈣，主要缺點是膨脹性能不足，膨脹時間、膨脹井深不可控。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供溫敏性膨脹微膠囊防氣竄劑，該防氣竄劑是一種遇熱體積發(fā)生變化的微膠囊，其發(fā)氣量可控，定點定溫發(fā)揮作用且包衣耐堿，地面性能穩(wěn)定，不影響正常配漿打漿，施工工藝簡單易推廣，具有廣闊的市場前景。本發(fā)明的另一目的還在于提供利用上述溫敏性膨脹微膠囊防氣竄劑制備的防氣竄水泥漿體系，該防氣竄水泥漿體系能在預(yù)設(shè)位置開始膨脹，有效彌補水泥石體積收縮，封隔地層流體防止竄流，預(yù)防環(huán)空帶壓現(xiàn)象發(fā)生，提高油井產(chǎn)能，延長油井使用壽命。為達(dá)到以上技術(shù)目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。溫敏性膨脹微膠囊防氣竄劑，通過以下組分采用懸浮聚合法制備，過程如下：在燒杯中加入3-4份丙烯腈(an)、0.4-0.5份丙烯酸甲酯(ma)、2-3份甲基丙烯酸甲酯(mma)，再加入1-2份過氧化月桂酰(lpo)作為引發(fā)劑，10-30份低沸點溶劑作為發(fā)泡劑，0.1-0.2份1，4-丁二醇二甲基丙烯酸酯(bddma)作為交聯(lián)劑，電磁攪拌溶解，轉(zhuǎn)入玻璃反應(yīng)釜，然后加入20-25份納米二氧化硅作為分散劑，加入300-350份去離子水，以1200r/min的速度攪拌8-10min，在氮氣保護(hù)下60-70℃恒溫水浴反應(yīng)20-24h后，降溫、洗滌、干燥，即得微膠囊防氣竄劑，上述物質(zhì)均為重量份。在過氧化月桂酰(lpo)的引發(fā)下丙烯腈(an)、丙烯酸甲酯(ma)、甲基丙烯酸甲酯(mma)發(fā)生共聚反應(yīng)形成長鏈線型分子，在1，4-丁二醇二甲基丙烯酸酯(bddma)的作用下線型分子相互鍵合交聯(lián)成網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)，在納米二氧化硅的作用下低沸點溶劑逐漸被網(wǎng)狀分子包裹，形成溫敏性膨脹微膠囊。所述低沸點溶劑為氣化溫度在-40-40℃范圍內(nèi)的有機溶劑，如丙烷、正丁烷、異丁烷、正戊烷、異戊烷等。所述溫敏性膨脹微膠囊防氣竄劑是一種遇熱體積發(fā)生變化的微膠囊，具有熱塑性外殼，內(nèi)包低沸點有機溶劑，根據(jù)不同用途其直徑一般為5-500μm不等。該微膠囊的壁材為丙烯腈(an)、丙烯酸甲酯(ma)、甲基丙烯酸甲酯(mma)三者共聚物，芯材為低沸點溶劑，地面常溫常壓下性質(zhì)穩(wěn)定，單獨與水泥漿共混后不影響配漿、打漿，當(dāng)微膠囊隨溫度升高而高于溶劑沸點時，溶劑汽化而使微膠囊逐漸地、均勻地氣化膨脹，彌補水泥漿的體積收縮，溫度下降后壁材不收縮且具有較高氣密性從而維持膨脹后的狀態(tài)，能夠保證水泥漿溫度降低后不會出現(xiàn)體積回縮的現(xiàn)象，保證施工的安全性。利用上述溫敏性膨脹微膠囊防氣竄劑制備的防氣竄水泥漿體系，由以下各組分按重量份配比組成：油井水泥100份，降失水劑1.5-2份，分散劑2-3份，防氣竄劑0.1-1份，緩凝劑0-3份，消泡劑0.2份，密度調(diào)節(jié)劑0-50份，水44份。所述油井水泥是滿足api規(guī)范的g級高抗硫油井水泥。所述降失水劑為2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸或羥乙基纖維素。所述分散劑為聚苯乙烯磺酸鹽。所述防氣竄劑為溫敏性膨脹微膠囊。所述緩凝劑為木質(zhì)素磺酸鈉或檸檬酸。所述消泡劑為二甲基硅油或磷酸三丁酯。所述密度調(diào)節(jié)劑為鐵礦粉或重晶石。在4000轉(zhuǎn)/min轉(zhuǎn)速的攪拌條件下，將以上材料均勻混合，然后以12000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速攪拌并消泡，即可得到溫敏性膨脹微膠囊防氣竄水泥漿體系。溫敏性膨脹微膠囊防氣竄水泥漿體系通過微膠囊膨脹彌補水泥漿收縮，預(yù)防因水泥漿體積收縮造成地層流體竄流的風(fēng)險，能有效封隔油氣水層，具有膨脹率高、水泥石強度高、不衰退、體積穩(wěn)定的優(yōu)點，克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：(1)該溫敏性膨脹微膠囊防氣竄劑具有發(fā)氣量可控，定點定溫發(fā)揮作用且包衣耐堿，地面性能穩(wěn)定，原料常見且成本低廉；(2)該溫敏性膨脹微膠囊防氣竄劑自身膨脹倍率在50-70倍，按照適當(dāng)比例摻混到水泥漿中，能有效彌補水泥硬化過程中的體積收縮；(3)該膨脹微膠囊防氣竄水泥漿體系，配制簡單，易于推廣，能在預(yù)設(shè)位置開始膨脹，彌補水泥石體積收縮，封隔地層流體防止竄流，預(yù)防環(huán)空帶壓現(xiàn)象發(fā)生，提高油井產(chǎn)能，延長油井使用壽命。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例，對該溫敏性膨脹微膠囊防氣竄劑及防氣竄水泥漿體系進(jìn)行詳細(xì)說明。實施例1溫敏性膨脹微膠囊防氣竄劑的制備(以下物質(zhì)均為重量份)，過程如下：配方1：丙烯腈3份，丙烯酸甲酯0.4份，甲基丙烯酸甲酯2份，引發(fā)劑過氧化月桂酰1份，發(fā)泡劑異丁烷10份，交聯(lián)劑1，4-丁二醇二甲基丙烯酸酯0.1份，電磁攪拌溶解，轉(zhuǎn)入反應(yīng)玻璃釜，加入分散劑納米二氧化硅20份，去離子水300份，1200r/min攪拌8-10min，氮氣保護(hù)下62℃恒溫水浴反應(yīng)24h后，降溫，洗滌，干燥即得。配方2：發(fā)泡劑異丁烷15份，其他與配方1相同。配方3：發(fā)泡劑異丁烷20份，其他與配方1相同。配方4：發(fā)泡劑異丁烷25份，其他與配方1相同。配方5：發(fā)泡劑異丁烷30份，其他與配方1相同。表1發(fā)泡劑用量對微膠囊膨脹溫度的影響配方號最佳膨脹溫度/℃承受最高溫度/℃1102125298123390120487119583120實施例2(以下物質(zhì)均為重量份)空白樣：油井水泥100份，2份分散劑，混合攪拌均勻即得干混材料；1.5份降失水劑、1份緩凝劑、0.2份消泡劑溶于44份水中攪拌均勻，即得濕混材料；在4000轉(zhuǎn)/min轉(zhuǎn)速的攪拌條件下，將干混材料勻速加入濕混材料中(用時15s)，然后以12000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速攪拌35s并消泡，即得到對比組水泥漿體系。一種溫敏性膨脹微膠囊防氣竄水泥漿體系的制備，過程如下：配方a：油井水泥100份，防氣竄劑膨脹微膠囊0.1份，2份分散劑，混合攪拌均勻即得干混材料；1.5份降失水劑、1份緩凝劑、0.2份消泡劑溶于44份水中攪拌均勻，即得濕混材料；在4000轉(zhuǎn)/min轉(zhuǎn)速的攪拌條件下，將干混材料勻速加入濕混材料中(用時15s)，然后以12000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速攪拌35s并消泡，即得到溫敏性膨脹微膠囊防氣竄水泥漿體系。配方b：防氣竄劑微膠囊0.3份，其他均與配方a相同，參照gb/t19139-2012(油井水泥試驗方法)和sy/t5504.5-2010(油井水泥外加劑評價方法第5部分：防氣竄劑)對上述水泥漿的性能進(jìn)行評定，結(jié)果見表2、表3。表2空白樣、配方a、配方b在不同溫度下的水泥漿綜合性能注：api失水條件為90℃×7.1mpa×30min稠化條件為120℃×80mpa×60min表3空白樣、配方a、配方b的防氣竄性能評價依據(jù)表2、表3可知防氣竄劑膨脹微膠囊并不影響水泥漿的工程性能，50℃時并不能很好的防止氣竄，這是由于溫敏性膨脹微膠囊的特點是定溫定點發(fā)揮作用，其起始膨脹溫度是70℃，達(dá)到其膨脹溫度后防氣竄性能良好，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯進(jìn)步。以上所述僅是為了便于本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明的技術(shù)方案，并不能以限制本發(fā)明。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12