[發明專利]粘彈性固井封隔材料

有效

• 申請號: 201310364352.0
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN103484087A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 呂斌;汪漢花;姜曉超;師忠南;徐永輝;肖志興;楊秀天
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;大慶石油管理局
• 主分類號: C09K8/467
• 分類號: C09K8/467;C08F251/02;C08F220/34;C08F220/06;C08F220/56;C08J3/24;C08L51/02
• 代理公司: 大慶知文知識產權代理有限公司 23115
• 代理人: 陳可鑫

技術領域

本發明涉及石油鉆井領域所用的一種固井封隔材料，尤其是一種固井施工時為液體，注入后自行固化的粘彈性固井封隔材料。

背景技術

固井后的環空竄流是當前鉆井工程面臨的技術難題之一。它會導致地層與套管之間無法實現有效封隔，造成層間竄流或井口冒油氣水，嚴重時可能導致全井報廢。固井材料封隔性能的優劣直接影響井下環空封隔能力的好壞。然而，作為目前常見的固井材料，油井水泥是一種水硬性的膠凝物質，固化后的水泥石存在孔隙度高、體積收縮大等固有缺陷，容易在其本體或與套管、地層的膠結界面處產生微米級的間隙和裂縫，形成微小的竄流通道，導致環空密封失效。同時，鉆井過程中起下鉆的碰撞、射孔的沖擊等外力作用，復雜區塊較高的地層壓力和高度活動狀態的地下流體，也容易對脆性大、形變量小水泥石造成不可恢復的破壞，進而誘發固井后的環空竄流，影響正常油氣生產和采收率。

發明內容

本發明在于克服背景技術中存在的問題，而提供一種粘彈性固井封隔材料，該粘彈性固井封隔材料，能夠增強固井環空的抗竄封隔能力，提高了油氣井的固井封隔質量。

本發明解決其問題可通過如下技術方案來達到：一種粘彈性固井封隔材料，其組分及配比按質量百分比如下：高分子聚合物主劑20-82.5%，交聯劑3-9%，流態調節劑5-9%，懸浮劑0.5-1%，加重劑0-49.5%，水0-22%。

所述的交聯劑的原材料組分及質量比為：丙酸鉻0.5-1份，堿式乙酸鋁0.5份，乙酸鉻1份，水100份；所述的流態調節劑的原材料組分及質量比為：硅酸鈉100份，氯化鈉100份，異丙醇50份；所述的懸浮劑的原材料組分及質量比為：膨潤土100份，PAC-HV高聚陰離子纖維素50份；所述的加重劑為G級高抗硫油井水泥；所述的高分子聚合物主劑制備過程：(1)按質量比將2份羧甲基纖維素鈉置于100份去離子水中，室溫下攪拌120-150min至充分溶解；(2)稱取4份丙烯酰胺、8份丙烯酸、10份丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和0.5份甲基丙烯酸甲酯倒入100份去離子水中，室溫下攪拌20-30min；(3)將上述兩組溶液移入反應釜中，攪拌均勻；(4)在自來水循環冷卻條件下，用濃度30%的氫氧化鈉溶液將pH值調至7；(5)通入氮氣并開始加熱，升溫至反應溫度60℃，溫度恒定后繼續攪拌20min；(6)加入0.05份引發劑過硫酸銨，保溫反應6-12h；(7)冷卻至室溫，出料備用。

所述的粘彈性固井封隔材料的密度為1.05-1.70×10³kg/m³，使用溫度20-80℃。

粘彈性固井封隔材料，通過表面接枝改性，將具有反應活性的功能基團引入高分子聚合物主鏈，使其在交聯固化反應過程中能夠以交聯劑中的活性金屬離子為節點交聯成規整的三維空間網絡結構，并且質地柔韌、承壓形變大。分子鏈上富含的羥基、羧基和氨基使得聚合物具有極佳的保水性以及優異的密封性能；同時，這些基團還能與水泥石和地層表面的陽離子反應，使該材料有良好的黏附性。選用無機鹽和小分子醇類作為流態調節劑，控制了分子鏈卷曲程度、降低了活性基團的反應速率。使用反應溫和的有機交聯劑，解決了聚合物材料流動度小、成膠時間短、受溫度影響大的缺陷。

通過在大分子主鏈上引入微量的疏水基團，提高了其在水中的分散性和穩定性；在流態調節劑中添加硅酸鹽，控制了油井水泥的水化進程、降低了聚合物分子對水泥顆粒的吸附程度，從而解決了聚合物大加量下與油井水泥相容性不佳的缺陷。

將該粘彈性固井封隔材料與油井水泥漿配合使用，在固井環空內形成類似“三明治”的夾層結構，就相當于給硬脆的水泥石加上了高效、柔韌的密封圈。井下工況中，隨著交聯反應的進行，該粘彈性固井封隔材料的分子結構增大、粘度增加、首先呈粘性液體狀態。在地層壓力作用下，該材料會被擠入水泥石本體以及水泥石-套管、水泥石-地層膠結界面的孔隙、微裂紋內，填補上述缺陷。此時，粘稠的液態聚合物分子在窄間隙內的排列帶有傾向性、堆積程度較緊密，分子運動不僅要克服接觸面上摩擦阻力，還要破壞聚合物分子間的范德華力、氫鍵等作用力，促使改變分子構象所需的能量增大、抗竄密封能力增加，該粘彈性固井封隔材料中添加的固相顆粒還會填充在縫隙表面或內部形成橋堵，保證密封。進一步交聯成型后，該粘彈性固井封隔材料的分子結構排列整齊、致密，呈彈性固體狀態。在地層壓力的作用下，該材料會向頂部的水泥石壓緊并產生壓縮形變，利用其致密的分子結構填滿各處密封間隙，阻隔地層流體的滲漏，確保密封；材料內部的固相顆粒不僅會改善高分子聚合物主劑的柔韌性，還會形成“迷宮”密封效應，進而提高材料整體的封隔能力。