[發(fā)明專利]一種低溫固井用控制水泥水化熱的微膠囊的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110661829.6
• 申請(qǐng)日: 2021-06-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113307532B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張春梅;蔡靖軒;王佳;程小偉;劉開(kāi)強(qiáng);王平;徐豪;代碧波;柯曝陽(yáng);郭小陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué);中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司
• 主分類號(hào): C04B24/32
• 分類號(hào): C04B24/32;B01J13/02
• 代理公司: 成都金英專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

本發(fā)明涉及一種低溫固井用控制水泥水化熱的微膠囊的制備方法，包括：（1）稱取10?20g的殼體材料，加入到50?100mL去離子水中，在45℃恒溫水浴鍋中攪拌，溶解成均一穩(wěn)定的殼體材料溶液；（2）將10?20g的芯材、0.02?0.1g的乳化劑加入到三口燒瓶中并在45℃恒溫水浴鍋中攪拌，使其均勻乳化分散，形成穩(wěn)定的水包油芯材乳液，同時(shí)調(diào)節(jié)乳液pH值低于5.5；（3）將裝有芯材乳液的三口燒瓶轉(zhuǎn)移到50?90℃的水浴鍋中，進(jìn)行攪拌并逐滴加入殼體材料溶液，反應(yīng)2?3h后倒出，對(duì)冷卻后的固液混合物進(jìn)行抽濾，分別用乙醇和去離子水洗滌，去除雜質(zhì)，最后冷凍干燥。本發(fā)明制備的微膠囊與水泥漿體配伍性良好，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、相變溫度低，可用于低溫固井水泥體系中，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及油氣田開(kāi)發(fā)固井領(lǐng)域，特別涉及低溫固井用控制水泥水化熱的微膠囊的制備方法，適用于低溫條件下固井水泥漿體系用于控制低溫早強(qiáng)水泥漿體的水化熱。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)石油工業(yè)的迅速發(fā)展，油氣資源開(kāi)采難度越來(lái)越大，深水、超深水乃至極冷極寒地區(qū)油氣資源開(kāi)發(fā)已成為必然趨勢(shì)，是我國(guó)石油工業(yè)的重要戰(zhàn)略。現(xiàn)已探明南海的石油地質(zhì)儲(chǔ)量為200億噸，天然氣儲(chǔ)量約為40萬(wàn)億方，占我國(guó)總資源量的1/3，其中70%蘊(yùn)藏于153.7×10⁴ km²的深水區(qū)。而深水、超深水以及極冷極寒等非常規(guī)地區(qū)油氣開(kāi)發(fā)將面臨著極其復(fù)雜惡劣的環(huán)境，對(duì)鉆井作業(yè)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，而固井作為鉆井工程的最后一道工序，固井質(zhì)量的好壞直接影響到整個(gè)鉆井工程的成敗和油氣井的生產(chǎn)壽命。

深水、超深水以及極冷極寒地區(qū)固井，有許多亟待解決的問(wèn)題，如：低溫環(huán)境（從-1.7℃到5℃不等，極地地區(qū)達(dá)到-30℃）、淺層水-氣流動(dòng)、深水作業(yè)經(jīng)驗(yàn)少以及自然災(zāi)害等問(wèn)題。此外，在深水油氣鉆探過(guò)程中鉆遇天然氣水合物是不可避免的問(wèn)題，而天然氣水合物只有在低溫高壓情況下才能夠穩(wěn)定存在，但是固井水泥漿在水化過(guò)程中放出的熱量將會(huì)造成天然氣水合物的分解，進(jìn)而引發(fā)海底滑坡、地層塌陷等情況，對(duì)油氣井的安全生產(chǎn)產(chǎn)生巨大的威脅。由于在低溫環(huán)境下固井常用G級(jí)油井水泥水化硬化速度大幅減緩，難以在短時(shí)間內(nèi)獲得早強(qiáng)、防止淺層水-氣流動(dòng)的能力，無(wú)法滿足固井要求。因此，開(kāi)發(fā)具有低溫水化能力的優(yōu)質(zhì)固井水泥或者提高G級(jí)油井水泥低溫水化硬化能力，提高早期強(qiáng)度，使固井水泥環(huán)在整個(gè)油氣井正常生產(chǎn)壽命期保持完整性，對(duì)提高固井質(zhì)量，滿足油氣井長(zhǎng)期安全開(kāi)采的生產(chǎn)要求意義重大。

目前，研究最為廣泛的是將不同種類的水泥進(jìn)行復(fù)配以提升水泥石的早期強(qiáng)度，達(dá)到滿足低溫地區(qū)固井施工的要求。其中國(guó)內(nèi)研究人員多采用快凝型硫鋁酸鹽水泥復(fù)配G級(jí)高抗硫酸鹽水泥或者采用硫鋁酸鈣、硅酸三鈣、硅酸二鈣、石膏等礦物相進(jìn)行水泥體系的開(kāi)發(fā)；也有學(xué)者采用C級(jí)油井水泥或者A級(jí)油井水泥來(lái)進(jìn)行低溫固井水泥體系的開(kāi)發(fā)。然而，在獲得較高的早期強(qiáng)度的同時(shí)也帶來(lái)了較高的水化熱，其應(yīng)用受到限制。

國(guó)內(nèi)有關(guān)研究人員將石蠟引入低溫固井水泥漿體系之中，用來(lái)控制水化熱。雖然在15℃及以上溫度養(yǎng)護(hù)條件下取得了較好的熱控效果，但是在更低的溫度下，其應(yīng)用效果未知。此外，石蠟相轉(zhuǎn)變點(diǎn)較高，對(duì)溫度變化響應(yīng)不夠靈敏。另外，現(xiàn)有研究中多采用脲醛樹脂作為殼體材料，其與水泥石漿體相容性較差，會(huì)延遲水泥水化過(guò)程。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種低溫固井用控制水化熱的微膠囊的制備方法，該方法原理可靠，操作簡(jiǎn)便。以二元復(fù)合相變材料為芯材，以活性二氧化硅為殼體材料制備的微膠囊與水泥漿體配伍性良好，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、相變溫度低，可用于低溫固井水泥體系中，解決了石蠟材料相轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度過(guò)高、對(duì)溫度響應(yīng)不夠靈敏的問(wèn)題，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

為達(dá)到以上技術(shù)目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

一種低溫固井用控制水泥水化熱的微膠囊的制備方法，依次包括以下步驟：

（1）稱取10-20g的殼體材料，將其加入到含有50-100mL去離子水的燒杯中，在45℃恒溫水浴鍋中磁力攪拌，使其完全溶解成均一穩(wěn)定的殼體材料溶液；