聚丙烯酸树脂在气井固井的自修复剂中的应用、自修复剂及制备方法、水泥组合物、水泥浆技术

本发明专利技术涉及一种聚丙烯酸树脂在气井固井的自修复剂中的应用、自修复剂及制备方法、水泥组合物、水泥浆，属于石油工程气井固井领域。本发明专利技术的具有如式I所示结构单元的聚丙烯酸树脂在气井固井的自修复剂中的应用，利用具有式I所示结构单元的聚丙烯酸树脂能够在水泥浆硬化形成的水泥石产生裂缝后，烃类环境中的烃类分子和聚丙烯酸树脂的高分子链发生溶剂化作用，使烃类分子进入聚丙烯酸树脂内引起三维分子网的伸展，进而使聚丙烯酸树脂体积膨胀，从而实现自我修复水泥石中产生的微裂缝及与套管内壁形成的微环隙。

【技术实现步骤摘要】
聚丙烯酸树脂在气井固井的自修复剂中的应用、自修复剂及制备方法、水泥组合物、水泥浆
本专利技术涉及一种聚丙烯酸树脂在气井固井的自修复剂中的应用、自修复剂及制备方法、水泥组合物、水泥浆，属于石油工程气井固井领域。
技术介绍
油气井水泥环是指水泥浆在环形空间中固化形成的水泥石，作用是可以有效支撑和保护套管，对套管外环空进行有效封隔，防止生产过程中的地层流体窜流；但是，水泥环在形成过程中由于水化、失水等造成体积收缩，且水泥环是由胶凝体、未水化的水泥颗粒内核、毛细孔等胶结而成的刚性非均质体，具有刚性强、韧性差的特点，受到外力如各种试井、测试、投产、生产作业和地层条件的影响，在交变应力作用下开裂，而且常规水泥不具备自修复能力，使水泥环层间密封性能失效，并诱发环空窜流。由于气井水泥环密封失效引起的井口带压问题，一直是世界上许多油气田面临的严重问题，使很多气井存在安全和环境的隐患。从根本上解决气井环空带压问题的方法是采用具有自修复功能的固井水泥，当水泥环产生微间隙或微裂缝后，水泥环中的自修复剂遇到地层流体发生物理或化学反应，起到封堵微间隙和微裂缝的作用。现有的水泥基自修复剂均是遇水后启动水化反应，通过结晶析出、吸水膨胀、遇水再胶结等实现自修复，但是气井生产未见水阶段，水泥环中间隙、裂缝、漏失点无法实现自修复。如授权公告号为CN103436242B的中国专利技术专利公开了一种稀土配位型油气井固井水泥环自修复剂，由100-130重量份的活性矿物和2.0-8.0重量份的稀土配位型表面处理剂组成，所述活性矿物是矿渣、粉煤灰、水泥或者煤矸石，稀土配位型表面处理剂为无机粉体多功能表面改性剂WOT102或WOT108。该稀土配位型油气井固井水泥环自修复剂通过稀土配位型表面处理剂对活性矿物表面进行包覆处理，在活性矿物颗粒表面形成防水保护层，使活性材料由显性活性转变为潜在活性，自修复剂能够在水泥环发生损伤时，启动水化反应，形成水化产物修复损伤部位，实现固井水泥环的自动修复，对保证油气井的使用寿命和开采安全性意义重大。但因其实现自修复需要发生水化反应，在油气井尤其是气井生产过程中无游离水存在时，若发生气窜，则无法实现有效的封堵，适用范围受到限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种聚丙烯酸树脂在气井固井的自修复剂中的应用，该聚丙烯酸树脂的应用能够使自修复剂在无游离水环境下实现对水泥石的自修复作用。本专利技术还提供了一种用于气井固井的自修复剂，能够解决水泥石在无游离水环境下无法自修复的问题。本专利技术还提供了一种工艺简单的用于气井固井的自修复剂的制备方法。本专利技术还提供了一种用于气井固井的水泥组合物，能够提高形成的水泥石在无游离水环境下的自修复能力。本专利技术还提供了一种用于气井固井的水泥浆，能够提高形成的水泥石在无游离水环境下的自修复能力。为了实现以上目的，本专利技术的聚丙烯酸树脂在气井固井的自修复剂中的应用所采用的技术方案是：一种具有如式I所示结构单元的聚丙烯酸树脂在气井固井的自修复剂中的应用；式I中，R1、R2、R3独立选自碳原子数为1～18的烷基；R1’、R2’和R3’独立选自碳原子数为1～6的烷基。水泥浆硬化形成的水泥石产生裂缝后，烃类环境中的烃类分子和具有式I所示结构单元的聚丙烯酸树脂的高分子链发生溶剂化作用，使烃类分子进入聚丙烯酸树脂内引起三维分子网的伸展，进而使聚丙烯酸树脂体积膨胀，从而实现自我修复水泥石中产生的微裂缝及与套管内壁形成的微环隙。因此，具有式I所示结构单元的聚丙烯酸树脂用于气井固井的自修复能够显著提高采用自修复剂的水泥石的自修复能力，使得水泥石开裂后抗压强度和渗透率可恢复至产生裂缝前的数值。优选的，R1为-(CH2)3CH3；R2为-(CH2)17CH3；R3、R1’、R2’、R3’均为甲基。本专利技术的用于气井固井的自修复剂采用的技术方案为：一种用于气井固井的自修复剂，包括聚丙烯酸树脂颗粒基体和填充在聚丙烯酸树脂颗粒基体内的固体填料，所述聚丙烯酸酯颗粒基体的主要成分为具有如式I所示的结构单元的聚丙烯酸树脂；式I中，R1、R2、R3独立选自碳原子数为1～18的烷基；R1’、R2’和R3’独立选自碳原子数为1～6的烷基。本专利技术的用于气井固井的自修复剂，以具有吸收烃类后体积膨胀的聚丙烯酸树脂作为基体的主要成分，在基体内填充固体填料，通过提高自修复剂的比重，使自修复剂具有更优的分散性，进而提高添加自修复剂的水泥浆的流变性，并且通过在基体内填充固体填料还能提高自修复剂的强度。优选的，上述用于气井固井的自修复剂中，R1为-(CH2)3CH3；R2为-(CH2)17CH3；R3、R1’、R2’、R3’均为甲基。优选的，上述任意一种用于气井固井的自修复剂中，所述固体填料选自二氧化硅、碳酸钙中的至少一种。为了进一步提高自修复剂的强度和分散性，优选的，上述任意一种用于气井固井的自修复剂中，所述固体填料的平均粒径为5～50μm。优选的，上述任意一种用于气井固井的自修复剂中，所述用于气井固井的自修复剂还包括包覆在聚丙烯酸树脂颗粒基体外的分散剂层以及固定于所述分散剂层上的磺酸盐类表面活性剂。在自修复剂的表面设置磺酸盐类表面活性剂能够提高其在水泥浆中的分散均匀程度。本专利技术的用于气井固井的自修复剂的制备方法采用的技术方案为：一种用于气井固井的自修复剂的制备方法，包括以下步骤：将R1’-CH＝CH-COOR1、R2’-CH＝CH-COOR2、R3’-CH＝CH-COOR3、引发剂、交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、悬浮剂和固体填料分散在溶剂中进行聚合反应，除去溶剂，即得；其中，R1、R2、R3独立选自碳原子数为1～18的烷基，R1’、R2’和R3’独立选自碳原子数为1～6的烷基。本专利技术的用于气井固井的自修复剂的制备方法，工艺简单，通过在聚合反应前，在体系中加入固体填料进行分散，能够促进固体填料在聚丙烯酸树脂颗粒基体中分散均匀程度，从而进一步增强采用制得的自修复剂的水泥浆形成的水泥石的自修复能力，保证固井水泥环的完整性和耐久性。为了进一步提高自修复剂的强度和分散性，优选的，所述固体填料的平均粒径为5～50μm。优选的，所述固体填料选自二氧化硅、碳酸钙中的至少一种。优选的，除去溶剂前，将聚合反应后的体系与磺酸盐类表面活性剂进行混合。将制得的固体在磺酸盐类表面活性剂溶液中进行混合，通过表面活性剂的吸附实现对聚丙烯酸树脂颗粒基体表面的改性，提高自修复剂表面的润湿性，提高其在水泥浆中的分散均匀程度。优选的，上述自修复剂的制备方法中，R1’-CH＝CH-COOR1、R2’-CH＝CH-COOR2、R3’-CH＝CH-COOR3和交联剂的质量比为100～120:120～140:150～170:2.5～10；R1为-(CH2)3CH3；R2为-(CH2)17CH3；R3、R1’、R2’、R3’均为甲基。本专利技术的用于气井固井的水泥组合物采用的技术方案为：一种用于气井固井的水泥本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有如式I所示结构单元的聚丙烯酸树脂在气井固井的自修复剂中的应用；/n

【技术特征摘要】
1.一种具有如式I所示结构单元的聚丙烯酸树脂在气井固井的自修复剂中的应用；



式I中，R1、R2、R3独立选自碳原子数为1～18的烷基；R1’、R2’和R3’独立选自碳原子数为1～6的烷基。


2.一种用于气井固井的自修复剂，其特征在于：包括聚丙烯酸树脂颗粒基体和填充在聚丙烯酸树脂颗粒基体内的固体填料，所述聚丙烯酸酯颗粒基体的主要成分为具有如式I所示的结构单元的聚丙烯酸树脂；



式I中，R1、R2、R3独立选自碳原子数为1～18的烷基；R1’、R2’和R3’独立选自碳原子数为1～6的烷基。


3.一种用于气井固井的自修复剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将R1’-CH＝CH-COOR1、R2’-CH＝CH-COOR2、R3’-CH＝CH-COOR3、引发剂、交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、悬浮剂和固体填料分散在溶剂中进行聚合反应，除去溶剂，即得；其中，R1、R2、R3独立选自碳原子数为1～18的烷基，R1’、R2’和R3’独立选自碳原子数为1～6的烷基。


4.根据权利要求3所述的用于气井固井的自修复剂的制备方法，其特征在于：所述固体填料选自二氧化硅、碳酸钙中的至少一种。


5.根据权利要求3所述的用于气井固井的自修复剂的制备方法，其特征在于：除去溶剂前...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱锰飞，徐海民，万龙，王青涛，赵泽宗，郭东方，曾令锐，王红丽，
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中原油田分公司，
类型：发明
国别省市：河南;41