形状记忆型防漏堵漏体系及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于油气井堵漏领域，具体涉及一种热致形状记忆型智能化防漏堵漏体系及其制备方法和应用。记忆型堵漏剂组合物含有环氧树脂、胺类固化剂、活性稀释剂和发泡剂；其中，所述环氧树脂、胺类固化剂、活性稀释剂和发泡剂的重量比为100：5

【技术实现步骤摘要】
形状记忆型防漏堵漏体系及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于油气井堵漏领域，具体涉及一种热致形状记忆型智能化防漏堵漏体系及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]油气或地热等地下资源是国家生存和发展不可或缺的战略资源，此类地下资源的勘探和开发对保障国家经济和社会发展以及国防安全有不可估量的作用。当前获取地下石油、天然气、地热等资源的主要方法就是通过钻井的方式，钻井是通过转盘带动钻柱和钻头旋转来破碎地层岩石，同时利用钻井液平衡井下地层压力和排出岩屑，不断加深井眼直至钻达目的层，最后下入套管固井，形成地下资源开采至地面的通道。钻井液是钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称，其主要功能除了上述利用自身液柱压力平衡井下地层压力和悬浮、返排岩屑外，还有冷却和润滑钻头和钻柱、传递水功率、稳定井眼等作用，对钻井作业的安全、高效进行具有重要意义。但是由于地层岩石是由颗粒沉积作用形成的，颗粒之间存在孔隙，并且由于地质运动等原因，地层岩石可能发生断裂，从而造成裂缝的出现。当钻遇上述地层时，钻井液可能会在液柱压力与地层孔隙压力之间的正压差作用下大量进入地层内部，从而导致钻井液漏失的发生。
[0003]导致钻井液漏失的地层岩石漏失通道可以大致分为两类，一种是自然漏失通道，一种是人为漏失通道(一般指人为诱导裂缝)，其中前者较之后者更为普遍存在。一般来说，尽管各种地层的成因不尽相同，从第四系至元古界的各种岩性地层如粘土岩、砂砾岩、碳酸盐岩、岩浆岩和变质岩中均存在各种各样的钻井液漏失通道。粘土岩如泥岩、页岩和黄土等可能因风化作用形成溶孔或受构造运动而破碎形成裂缝。砂、砾岩因沉积颗粒间胶结性差，或因原生孔隙、次生孔隙及混合孔隙的存在而具有很高的孔隙度，同时受构造作用影响易形成断层而导致内部各种走向、尺寸的裂缝交错存在。碳酸盐岩如石灰岩、白云岩等碳酸盐矿物组成的沉积岩的颗粒之间一般发育着由各种成岩作用形成的孔、洞及构造作用所形成的构造裂缝。火成岩如玄武岩和安山岩等由于岩浆喷发、溢流、冷却、结晶、风化作用及构造运动等因素，在内部存在着气孔、收缩孔、膨胀孔、风化裂缝、成岩裂缝和收缩裂缝等漏失通道。变质岩中也普遍存在着因物理风化、化学淋溶和构造作用等形成的风化裂缝和溶蚀孔隙，形成漏失通道。一旦钻遇这些存在漏失通道的地层，钻井液就会无法控制地进入地层，引发严重后果，一方面井筒内钻井液液面高度会下降，导致钻井液液柱压力降低，当钻井液液柱压力过低时，地层中的高压地层水或油气便会进入井筒内部，引发井涌甚至井喷，危及井场设备和井场人员的安全，另一方面会导致昂贵钻井液的大量损失，增加钻井液成本，后续堵漏作业更会造成油气井非生产时间大幅度增加，最终大幅度增加综合建井成本。因此，采取一定方法防止或减轻钻井液漏失对实现安全、高效、经济钻井具有重要意义。
[0004]当前防止或减轻钻井液漏失的方法主要包括两类，即随钻防漏和静止堵漏。随钻防漏措施是指在钻遇预知可能发生漏失的地层之前，将惰性颗粒类堵漏材料如碳酸钙、核桃壳、贝壳、短纤维或聚合物堵漏颗粒如凝胶微球、树脂颗粒等对较小漏失通道如小孔隙、
微裂缝等提前加入循环的钻井液中，堵漏颗粒会对井壁上的较小孔隙或微裂缝通过、楔入、架桥、沉积等方式进行封堵，从而有效避免钻井液发生进一步不可控漏失，这种堵漏方法适用于漏失速率较小的钻井液漏失，尚不至于停止钻进。第二种静止堵漏措施是在钻遇漏失地层后，因速率漏失较大无法钻进而停钻，通过配制一定体积和浓度的堵漏浆并注入漏失井段，实现对较大尺寸漏失通道的封堵，这类堵漏材料主要包括更大尺寸的颗粒类堵漏材料如椰果壳、砖头碎块、树枝等，聚合物凝胶如聚丙烯酰胺交联凝胶、聚乙烯醇交联凝胶等，以及可固化材料如硅酸盐水泥、镁氧水泥、粉煤灰水泥等，单独依靠聚合物可交联凝胶或可固化材料仍难以实现在大孔隙或大裂缝中的滞留，因此一般与惰性堵漏颗粒配合使用，协同发挥堵漏效果。这些堵漏措施和材料的应用对防止和减轻井漏起到了重要作用，特别是利用颗粒类堵漏材料的架桥、充填作用在漏失通道表面或内部形成高强度且致密封堵层，有效减小漏失通道尺寸，实现堵漏浆在近井地带漏失通道内的滞留，从而有效防止或减轻钻井液漏失。
[0005]但应用过程中也暴露出当前颗粒类堵漏材料的的性能缺陷，如惰性颗粒类堵漏材料核桃壳、花生壳、坚果壳、石子、砖块等刚性强、变形性差，当其尺寸与井下孔隙或裂缝尺寸不匹配时，容易形成“封门”或“封尾”等不稳定封堵层而导致堵漏失败；石墨等弹性颗粒虽然具有一定弹性变形性，但是无法实现体积膨胀；凝胶微球、吸水树脂等可膨胀颗粒等虽然可以通过吸收水分实现体积膨胀，但与此同时会极大地减弱自身强度和恶化钻井液流变性。随着浅层、常规油气资源的枯竭，勘探开发作业逐渐向深层、特深层油气资源以及向非常规油气资源如页岩油气等进行，井下条件越发复杂和不可预测，防漏堵漏作业难度进一步增大，急需研发并建立新型智能化防漏堵漏材料体系与技术，能够克服传统防漏堵漏材料的缺陷，有效提高防漏堵漏作业一次成功率。
[0006]形状记忆聚合物属于智能高分子系材料的一种，与形状记忆合金一样，其具有受到刺激后展现形状记忆效应的能力，这种刺激包括温度、压力、湿度等环境因素。形状记忆聚合物的形状记忆效应是指聚合物合成之后具有初始形态，在一定刺激下施加外力改变其初始形态至临时变形形态，去掉刺激保持临时变形形态，当再次施加刺激后，形状记忆聚合物可以自动恢复至初始形态。形状记忆聚合物目前已经在建筑的连接件、损伤检测和航空航天的空间展开物等领域已有广泛应用。
[0007]基于热致形状记忆聚合物可以研发形状记忆型智能化防漏堵漏剂和智能化防漏堵漏体系。如CN108239531A公开了一种形状记忆型堵漏剂，主要由形状记忆泡沫、纤维状堵漏材料、填充材料和悬浮稳定剂组成，只给出了各成分比例，但没有说明所使用的各组分材料的具体性质如响应温度、材料尺寸和应用效果等。CN109517588A公开了一种温控形状记忆堵漏剂及制备方法，主要以有机中空高弹泡沫海绵复合结构外敷形状记忆聚合物，通过粘结造粒的方式实现制备，用于水泥浆的防漏堵漏，材料响应温度范围55
‑
95℃，响应温度范围较小。Mansour等将形状记忆苯乙烯聚合物应用到钻井液防漏堵漏领域，使用其作为智能温敏膨胀堵漏剂来封堵裂缝性地层，其智能形状记忆堵漏剂被加工成直径为2.5mm和5mm的颗粒，这种颗粒在70℃左右下受温度激发后可以实现体积膨胀。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是为了克服常规颗粒类堵漏存在的变形能力差、强度低的缺点，解
决当前常规堵漏材料与技术存在的一次堵漏成功率低，井下漏层形态适应能力差的问题。本专利技术提供了一种记忆型堵漏剂组合物，该组合物含有环氧树脂、胺类固化剂、活性稀释剂和发泡剂；其中，所述环氧树脂、胺类固化剂、活性稀释剂和发泡剂的重量比为100：5
‑
30：1
‑
20：40
‑
70。
[0009]本专利技术第二方面由上述记忆型堵漏剂组合物形成的记忆型堵漏剂。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种记忆型堵漏剂组合物，其特征在于，该组合物含有环氧树脂、胺类固化剂、活性稀释剂和发泡剂；其中，所述环氧树脂、胺类固化剂、活性稀释剂和发泡剂的重量比为100：5
‑
30：1
‑
20：40
‑
70。2.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述环氧树脂、胺类固化剂、活性稀释剂和发泡剂的重量比为100：8
‑
25：5
‑
15：45
‑
60，优选为100：10
‑
20：8
‑
12：50
‑
55。3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述胺类固化剂为双(4
‑
氨基环己基)甲烷、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二氨基二苯甲烷和双氰胺中的一种或多种，优选为双(4
‑
氨基环己基)甲烷、二氨基二苯甲烷和双氰胺中的一种或多种。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的组合物，其中，所述活性稀释剂为式(1)所示的化合物：式(1)R1为H、卤素或C1
‑
C6的烷基；L为C0
‑
C6的亚烷基；R2为C1
‑
C10的烷基、C1
‑
C10的烷氧基或C1
‑
C10的烷硫基；优选地，R1为H、卤素或C1
‑
C4的烷基；L为C0
‑
C4的亚烷基；R2为C1
‑
C6的烷基、C1
‑
C6的烷氧基或C1
‑
C6的烷硫基优选地，R1为H、F、Cl、Br、甲基、乙基或正丙基；L为不存在、
‑
CH2‑
、
‑
CH2CH2‑
或
‑
CH2CH2CH2‑
，R2为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、异丁氧基、叔丁氧基、正戊氧基、正己氧基、甲硫基、乙硫基、正丙硫基、异丙硫基、正丁硫基、异丁硫基、叔丁硫基、正戊硫基或正己硫基。5.根据权利要求4所述的组合物，其中，所述活性稀释剂选择以下式所示化合物中的一种或多种：式(1
‑
1)：式(1)中，R1为H，L为不存在，R2为甲基；式(1
‑
2)：式(1)中，R1为H，L为不存在，R2为乙基；式(1
‑
3)：式(1)中，R1为H，L为不存在，R2为正丙基；式(1
‑
4)：式(1)中，R1为H，L为不存在，R2为正丁基；式(1
‑
5)：式(1)中，R1为H，L为不存在，R2为甲氧基；式(1
‑
6)：式(1)中，R1为H，L为不存在，R2为乙氧基；式(1
‑
7)：式(1)中，R1为H，L为不存在，R2为正丙氧基；式(1
‑
8)：式(1)中，R1为H，L为不存在，R2为正丁氧基；式(1
‑
9)：式(1)中，R1为CH3，L为不存在，R2为甲基；式(1
‑
10)：式(1)中，R1为CH3，L为不存在，R2为乙基；式(1
‑
11)：式(1)中，R1为CH3，L为不存在，R2为正丙基；式(1
‑
12)：式(1)中，R1为CH3，L为不存在，R2为正丁基；式(1
‑
13)：式(1)中，R1为CH3，L为不存在，R2为甲氧基；式(1
‑
14)：式(1)中，R1为CH3，L为不存在，R2为乙氧基；
式(1
‑
15)：式(1)中，R1为CH3，L为不存在，R2为正丙氧基；式(1
‑
16)：式(1)中，R1为CH3，L为不存在，R2为正丁氧基；式(1
‑
17)：式(1)中，R1为Cl，L为不存在，R2为甲基；式(1
‑
18)：式(1)中，R1为Cl，L为不存在，R2为乙基；式(1
‑
19)：式(1)中，R1为Cl，L为不存在，R2为正丙基；式(1
‑
20)：式(1)中，R1为Cl，L为不存在，R2为正丁基；式(1
‑
21)：式(1)中，R1为Cl，L为不存在，R2为甲氧基；式(1
‑
22)：式(1)中，R1为Cl，L为不存在，R2为乙氧基；式(1
‑
23)：式(1)中，R1为Cl，L为不存在，R2为正丙氧基；式(1
‑
24)：式(1)中，R1为Cl，L为不存在，R2为正丁氧基；式(1
‑
25)：式(1)中，R1为H，L为
‑
CH2‑
，R2为甲基；式(1
‑
26)：式(1)中，R1为H，L为
‑
CH2‑
，R2为乙基；式(1
‑
27)：式(1)中，R1为H，L为
‑
CH2‑
，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋官澄，崔凯潇，彭春耀，贺垠博，杨丽丽，骆小虎，罗绪武，梁兴，谭宾，王勇，付大其，耿铁，冉启发，刘小波，程荣超，刘书杰，董腾飞，史赫，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：