一種基于溫敏形狀記憶聚合物的彈韌性固井水泥漿體系及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鉆井中水泥漿制備領(lǐng)域，更進(jìn)一步說(shuō)，涉及一種基于溫敏形狀記憶聚 合物的彈韌性固井水泥漿體系及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 普通固井用水泥漿一般由水、水泥、外加劑（降失水劑、分散劑、緩凝劑等）和外摻 料（纖維、微硅等）組成。
[0003] 普通固井用水泥漿形成的水泥環(huán)彈性小、脆性大，在井下承受高聚能射流的射孔 沖擊、大型壓裂和分段壓裂的沖擊以及下套管和繼續(xù)鉆進(jìn)時(shí)套管和鉆頭對(duì)水泥環(huán)的碰撞沖 擊時(shí)，水泥環(huán)整體完整性會(huì)遭到破壞，導(dǎo)致后期層間密封性能失效，對(duì)油氣井特別是高含酸 性氣體井后期增產(chǎn)措施及開發(fā)生產(chǎn)具有潛在安全隱患，無(wú)法保障油氣井安全生產(chǎn)，造成巨 大的經(jīng)濟(jì)損失。因此保證油井水泥環(huán)的完整性具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的問題，本發(fā)明提供一種基于溫敏形狀記憶聚合物的彈韌 性固井水泥漿體系及制備方法?？梢越鉀Q普通固井用水泥漿形成的水泥環(huán)彈性小、脆性大， 在射孔開發(fā)和壓裂改造作業(yè)中產(chǎn)生的沖擊載荷作用下水泥環(huán)整體完整性遭到破壞，造成油 氣層竄槽的問題。
[0005] 本發(fā)明的目的之一是提供一種基于溫敏形狀記憶聚合物的彈韌性固井水泥漿體 系。
[0006] 包括按重量份數(shù)計(jì)的以下組分：
[0007] 水泥100重量份；
[0008] 溫敏形狀記憶聚合物粉末彈性粒子材料1~5重量份；優(yōu)選2~5重量份；
[0009] 溫敏形狀記憶聚合物纖維0. 1~0. 5重量份；優(yōu)選0. 1~0. 2重量份；
[0010] 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/丙烯酸/丙烯酰胺三元聚合物降失水劑3~6重 量份；
[0011] 醛酮縮合聚合物分散劑0. 5~1. 5重量份；
[0012] 聚丙烯纖維0· 1~0· 5重量份；
[0013] 微石圭0~5重量份；
[0014] 磷酸三丁酯0· 05~(λ 1重量份；
[0015] 緩凝劑0· 01~1. 5重量份，
[0016] 水37~44重量份；
[0017] 所述溫敏形狀記憶聚合物為：聚降冰片烯、反式1，4-聚異戊二烯、苯乙烯-丁二 烯共聚物、苯乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、聚氨酯、交聯(lián)聚乙烯、聚乙烯醇縮醛凝膠、乙烯-醋 酸乙烯共聚物、聚己內(nèi)酯、聚酰胺或聚氟代烯烴；溫敏形狀記憶聚合物形狀記憶轉(zhuǎn)變溫度在 50~80°C之間；
[0018] 所述溫敏形狀記憶聚合物粉末彈性粒子材料的粒徑在4~400目之間；
[0019] 所述溫敏形狀記憶聚合物纖維的單絲纖維直徑在5~300μπι之間，長(zhǎng)度在 0. 05~10cm之間。
[0020] 溫敏形狀記憶聚合物是形狀記憶聚合物的一種。形狀記憶聚合物（Shape Memory Polymer,簡(jiǎn)稱SMP)是一類新型智能材料，該材料在成型加工過程中被賦予某種初始固有 形狀，在某些條件下發(fā)生變形并被固定下來(lái)，當(dāng)需要它時(shí)只要對(duì)它施加一定手段（如加熱， 光照，通電，化學(xué)處理等），便能使其迅速恢復(fù)到初始形狀。特定聚合物的這種"初型一形 變一固定一回復(fù)初型"的特性被稱為聚合物的形狀記憶性能，形狀記憶聚合物（SMP)屬于形 狀記憶材料的一種。SMP可分為溫（熱）敏型SMP、光敏型SMP、電敏型SMP、化學(xué)感應(yīng)型SMP 等。其中溫敏型SMP形狀記憶效應(yīng)由溫度改變引發(fā)，本身性能相對(duì)成熟、可操作性強(qiáng)，得到 了廣泛應(yīng)用。
[0021] 基于溫敏形狀記憶聚合物的油井水泥用彈性粒子由一種溫敏形狀記憶聚合物經(jīng) 低溫冷凍粉碎制備，粒徑在4~400目之間；基于溫敏形狀記憶聚合物的油井水泥用增韌 纖維由一種溫敏形狀記憶聚合物制備，其單絲纖維直徑在5~300 μ m之間，長(zhǎng)度在0. 05~ 10cm之間。
[0022] 醛酮縮合聚合物分散劑是目前固井助劑中最常用的分散劑。
[0023] 聚丙烯纖維是目前常見市售纖維中耐溫最好的，在固井中常用。纖維長(zhǎng)度在3~ 5mm之間，
[0024] 緩凝劑采用現(xiàn)有技術(shù)中固井中常用的緩凝劑，如：檸檬酸、羥基乙叉二膦酸、葡萄 糖酸鈉等。
[0025] 本發(fā)明的固井水泥漿體系中還可以根據(jù)實(shí)際情況添加本領(lǐng)域通常采用的其他助 劑，如：膨脹劑、流型調(diào)節(jié)劑、防氣竄劑等，其用量為常規(guī)用量，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際 情況適當(dāng)調(diào)整。
[0026] 本發(fā)明的目的之二是提供一種基于溫敏形狀記憶聚合物的彈韌性固井水泥漿體 系的制備方法。
[0027] 包括：
[0028] 將組分中的固體和液體分別按所述用量混合均勻，得到混合分體和混合液體，然 后將混合粉體加入到混合液體中，攪拌均勻制得所述基于溫敏形狀記憶聚合物的彈韌性固 井水泥楽·體系。
[0029] 具體地，
[0030] 將水泥、微硅、溫敏形狀記憶聚合物粉末彈性粒子材料、溫敏形狀記憶聚合物纖 維、聚丙烯纖維按所述用量混合均勻得混合粉體；
[0031] 然后將三元聚合物降失水劑、醛酮縮合聚合物分散劑、磷酸三丁酯、緩凝劑與水按 所述用量混合均勻得混合液體；
[0032] 最后將混合粉體加入到混合液體中，攪拌均勻即得到基于溫敏形狀記憶聚合物的 彈韌性固井水泥漿體系。
[0033] 本發(fā)明的彈韌性固井水泥漿體系，采用了溫敏形狀記憶聚合物的彈性粒子和溫敏 形狀記憶聚合物纖維，有效的增加了水泥石的彈性和韌性，降低了水泥石彈性模量，使得水 泥環(huán)具有較高的抗沖擊性和韌性。體系能夠降低在射孔開發(fā)和壓裂改造作業(yè)過程中產(chǎn)生的 沖擊載荷對(duì)水泥環(huán)遭到的破壞，具有較好的推廣和應(yīng)用價(jià)值。
[0034] 同時(shí)，溫敏形狀記憶聚合物在達(dá)到形變溫度前是硬質(zhì)的，便于現(xiàn)場(chǎng)水泥漿的混配 和泵送。固井時(shí)，隨著水泥漿的泵入和井下溫度逐漸升高，當(dāng)達(dá)到形變溫度時(shí)引發(fā)其彈性， 發(fā)揮作用。這解決了一般橡膠彈性顆粒由于軟彈性引起的混漿時(shí)水泥漿相容性差，不易泵 送的問題。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 一、實(shí)施例
[0036] 下面結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0037] 實(shí)施例中所用原料均為市售。
[0038] 實(shí)施例1
[0039] (1)稱取500g油井水泥、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/丙烯酸/丙烯酰胺三元 聚合物降失水劑15g，溫敏形狀記憶聚合物粉末彈性粒子材料（苯乙烯-丙烯酸丁酯共聚 物，粒徑4~400目之間，形狀記憶轉(zhuǎn)變溫度50~60°C )5g，醛酮縮合聚合物分散劑2. 5g， 聚丙烯纖維〇. 5g，溫敏形狀記憶聚合物纖維（聚氨酯，單絲纖維直徑在5~300 μ m之間，長(zhǎng) 度為0. 05~10cm之間）0. 5g，磷酸三丁酯0. 25g，緩凝劑葡萄糖酸鈉0. 05g，淡水220g。
[0040] (2)將水泥、微硅、溫敏形狀記憶聚合物粉末彈性粒子材料、溫敏形狀記憶聚合物 纖維、聚丙烯纖維混合均勻得混合粉體；