一种高温油井水泥石弹性材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高温油井水泥石弹性材料及制备方法。所述弹性体材料是由包括以下组分的原料制备而得：氢化苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物粉末100重量份；硅灰20‑30重量份烷基酚醚硫酸铵盐0‑10重量份。制备方法包括：将所述原料按所述用量加入到PCS颗粒复合系统制备，得到所述高温油井水泥石弹性材料。本发明专利技术可有效改善水泥石硬脆性，增强水泥石变形能力，同时降低水泥浆成本，实现工业化应用，保证了后期的开采和分段压裂对水泥石力学性能的需求，延长了油气井的生产寿命。

High temperature oil well cement elastic material and preparation method thereof

The invention discloses a high temperature oil well cement stone elastic material and a preparation method thereof. The elastomer material is prepared by the raw material including the following components: the 100 weight parts of the hydrogenated styrene butadiene block copolymer powder, the silica fume 20, 30 weight alkyl phenol ether ammonium sulfate 0, 10 weight portions. The preparation method comprises the following steps: the raw material is added to the PCS particle composite system according to the dosage, and the high-temperature oil well cement paste elastic material is obtained. The invention can effectively improve the hard brittleness of cement stone, enhance the deformability of cement stone, reduce the cost of cement slurry at the same time, realize industrial application, ensure the demand for the mechanical properties of the cement stone in the later period of mining and subsection fracturing, and prolong the production life of the oil and gas wells.

【技术实现步骤摘要】
一种高温油井水泥石弹性材料及制备方法
本专利技术涉及油气井固井领域，进一步地说，是涉及一种高温油井水泥石弹性材料及制备方法。
技术介绍
随着气井环空带压现象越来越普遍，水泥环的封固质量和耐久性越来越受到行业内的重视。但常规水泥石是一种脆性材料，在油井长期生产或作业过程水泥环容易出现裂纹或者微环隙，导致井口带压。尤其是目前页岩油气、致密油气井分段压裂技术的应用，对水泥石弹性变形能力要求更高，要求水泥石能够耦合套管变形。因此为了有效提高水泥石的长期密封能力，需要有效改善水泥石的力学性能，提高水泥石的变形能力，有效降低水泥石的弹性模量，并保证水泥石足够的强度。目前常用的改善水泥石弹性性能的材料主要有：丁苯胶乳乳胶、苯丙胶乳、橡胶颗粒及有机树脂类等物质，但乳胶及有机树脂类物质因价格高而限制了它们的广泛使用，橡胶颗粒和树脂材料由于抗温能力差及自身的缺陷，影响了其在油气井固井中的应用。其中橡胶颗粒由于来源广泛、价格便宜，成为了很多弹性水泥浆体系的首选材料，但是其表面疏水，且易漂浮以及耐温性差，导致其应用受到了较大的限制。因此开发一种以核壳结构为基础的新型弹性材料，形成的水泥浆能够降低水泥石弹性模量，降低水泥石脆性，增加水泥石变形能力，并合理降低成本。通过机械纳米包覆技术，实现对氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物进行物理改性，通过在氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物粉末表面物理包覆纳米金属氧化物及表面活性剂，实现无孔包覆，改善橡胶颗粒与CSH间胶结特性，提高氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物颗粒的耐温能力、稳定性，同时改善水泥石力学性能的目的，有效降低水泥石弹性模量，增加水泥石应变率。201510636734.3《弹性水泥浆及其制备方法》介绍了一种弹性固井水泥浆的配方，但是未给出弹性材料的具体成分以及弹性材料的制备方法。201310066429.6《一种弹性固井水泥浆及其制备方法》介绍了一种弹性固井水泥浆的配方，但是未给出弹性材料的具体成分以及弹性材料的制作方法。201510556796.3《一种油井水泥用抗渗弹性体及水泥浆制备方法》介绍了采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物粉末及聚醋酸乙烯酯粉末作为弹性材料，但弹性模量只能降低30％。由于固井质量差或者水泥石力学性能较差(硬脆)，导致环空带压，导致严重安全隐患，降低油井生产寿命。同时为了稳产、增产，各油田都相继进行注水、压裂、酸化等增产措施，不同的作业过程必然引起井下套管和水泥环受力状态改变，采用常规水泥浆体系容易导致水泥环受损，水泥环失去密封能力，影响后期生产，因此针对弹性水泥浆体系，需要开发一种性能优良，经济可行的弹性材料。
技术实现思路
为解决现有技术中出现的问题，本专利技术提供了一种高温油井水泥石弹性材料及制备方法。通过机械纳米包覆技术，形成以氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物为核，表面活性剂、金属氧化物为壳的高性能弹性材料，有效改善水泥石硬脆性，增强水泥石变形能力，同时降低水泥浆成本，实现工业化应用，保证了后期的开采和分段压裂对水泥石力学性能的需求，延长了油气井的生产寿命。本专利技术的目的之一是提供一种高温油井水泥石弹性材料。所述弹性体材料是由包括以下组分的原料制备而得：氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物粉末100重量份；硅灰20-30重量份；优选为20-25重量份；烷基酚醚硫酸铵盐0-10重量份，优选2-5重量份；优选：氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物粉末的直径范围为0.1-0.2mm；烷基酚醚硫酸铵盐的固含量为35-45％。所述弹性材料是利用PCS颗粒复合系统制备的。本专利技术的目的之二是提供一种高温油井水泥石弹性材料的制备方法。包括：将所述原料按所述用量加入到PCS颗粒复合系统制备，得到所述高温油井水泥石弹性材料。PCS颗粒复合系统转速为2000-2500r/min，温度为30-35℃。PCS颗粒复合系统为专利技术人的专利，已申请专利，专利申请号为(201510671409.0)。本专利技术具体可采用以下技术方案：优选直径为1-2mm的氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物粉末，邵式硬度72-77，300％定伸应力3.6-4.6Mpa，加氢度97.7-99.6％。选用细度为1250目的硅灰(含碳<0.5％)。选用固含量为35-45％的烷基酚醚硫酸铵盐。取所述的橡胶粉100份，取所述硅灰20-30份，烷基酚醚硫酸铵盐2-5份并混合均匀。利用PCS颗粒复合系统，选取适宜工作温度，使用干式冲击复合法，利用设备旋转产生的高速气流挟带粒子做高速相对运动，通过冲击使母颗粒与子颗粒以范德华引力与静电作用力发生复合，形成核壳结构的弹性粒子。通过调整系统转速在2500-2000r/min，温度在30-35℃，控制系统投入原料，运行20-30min后再通过控制柜打开排粉开关，排粉15～20min，形成最终产品。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)形成的弹性粒子耐温性高，提高原橡胶粉耐酸碱能力；(2)形成的弹性粒子中硅灰颗粒嵌入至橡胶粉中，有效防止后续使用过程中二者出现滑脱，稳定性好；(3)于水泥浆相容性好，无漂浮及养护过程增加稠度现象；(4)形成的弹性材料，能够明显降低水泥石弹性模量，增加水泥石的变形能力；(5)形成的弹性粒子为球形，有利于增加水泥浆的流动性。附图说明图1弹性粒子制备流程示意图；首先对所述橡胶粉球形化，然后与硅灰及混合均匀后，利用干式冲击复合法形成连续的无孔包覆的颗粒。图2PCS系统结构示意图；附图标记说明：1.加料斗2.进样器3.处理系统4.冷却系统5.控制系统。具体实施方式下面结合实施例，进一步说明本专利技术。实施例1将100重量份氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物粉末(平均粒径0.15mm)、2重量份十四烷基酚醚硫酸铵盐(固含量35％)，加入球型化后的硅灰中(30份)，搅拌均匀，并调整PCS温度30℃，转速2000转/分钟，控制进料速度5kg/分钟，包覆时间30分钟，收集产品平均粒径0.16mm。实施例2将100重量份氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物粉末(平均粒径0.18mm)、4重量份十四烷基酚醚硫酸铵盐(固含量40％)，加入球型化后的硅灰中(20份)，搅拌均匀，并调整PCS温度35℃，转速2500转/分钟，控制进料速度5kg/分钟，包覆时间30分钟，收集产品平均粒径0.212mm。对比例1为了对比,较常规水泥石力学性能有明显改善，采用水泥(嘉华G级)100份，降滤失剂(DZJ-Y)5份，分散剂(DZS)1.2份，缓凝剂(DZH-2)0-1.5份，纳米液硅5份，水40份，消泡剂0.2份，配置出常规性能的水泥浆体系，密度为1.9g/cm3,100℃和25MPa环境下养护72小时，在测量弹性模量8.1GPa,泊松比0.15，抗压强度28.5MPa,抗拉强度2.6MPa。实施例3采用水泥(嘉华G级)100份，降滤失剂(DZJ-Y)5份，分散剂(DZS)1.2份，，缓凝剂(DZH-2)0-1.5份，水40份，所述核壳结构的弹性粒子6份，消泡剂0.2份，增塑剂4份，配置出密度为1.9g/cm3,100℃和25MPa环境下养护72小时，测量弹性模量3.6GPa,泊松比0.23，抗压强度16.8MPa,抗拉强度2.0MPa；与对比例1相比，添加新型弹性材料后水泥石弹性模量明显降低，变形能力变强。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温油井水泥石弹性材料，其特征在于所述弹性体材料是由包括以下组分的原料制备而得：氢化苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物粉末100重量份；硅灰20‑30重量份；烷基酚醚硫酸铵盐0‑10重量份。

【技术特征摘要】
1.一种高温油井水泥石弹性材料，其特征在于所述弹性体材料是由包括以下组分的原料制备而得：氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物粉末100重量份；硅灰20-30重量份；烷基酚醚硫酸铵盐0-10重量份。2.如权利要求1所述的高温油井水泥石弹性材料，其特征在于：氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物粉末的粒径范围为0.1-0.2mm；烷基酚醚硫酸铵盐的固含量为35-45％。3.如权利要求1所述的高温油井水泥石弹性材料，其特征在于：氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物粉末100重量份；硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾敏，谭春勤，汪晓静，陶谦，刘建，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11