一种聚合物材料及其制备方法与固井水泥浆体系技术

本发明专利技术提供了一种聚合物材料及其制备方法与固井水泥浆体系。该材料制备方法包括：用第一乳化剂、丙烯酸、异戊二烯、苯乙烯和水配制第一乳液体系，丙烯酸、异戊二烯、苯乙烯质量比0.85

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物材料及其制备方法与固井水泥浆体系


[0001]本专利技术属于天然气水合物固井
，具体涉及一种聚合物材料及其制备方法与固井水泥浆体系。

技术介绍

[0002]天然气水合物是由天然气与水在高压低温条件下形成的结晶物质。全球天然气水合物资源总量约是传统化石能源总量的两倍，主要分布于海底沉积物和陆上永久冻土层。天然气水合物资源被认为是21世纪最具潜力的接替煤炭、石油和天然气的新型清洁能源之一。
[0003]天然气水合物固井技术是天然气水合物开采的关键环节，海洋天然气水合物井具有水深大、温度低、埋深较浅、地层疏松、水合物易分解、天然气和水窜流风险大等特点。一方面，在固井候凝过程中，由于水泥水化放热的影响，井眼周围环境温度升高，改变了周围水合物的温度环境，极易造成水合物的分解，水合物分解时产生大量的天然气气体和水引起体积剧烈膨胀，天然气气体和水极易侵入水泥浆内，发生固井窜流现象，严重影响固井质量；另一方面，在天然气水合物降压、加热等开采过程中，水合物的分解将导致该区域地层的不稳定，使得本已胶结良好的水泥环与水合物地层之间出现微间隙，水合物分解出的天然气和水等流体会沿着微间隙等空间不断向上窜，发生固井的环空窜流现象，影响固井封固质量及封隔效果，产生环空带压问题，危及天然气水合物正常、安全开采。
[0004]针对天然气水合物地层低温固井时的天然气、水窜流问题，目前相关研究主要集中在水泥浆低水化热调控、提高低温早强强度方面，缺乏针对天然气水合物地层低温固井的防止油气水窜流的自愈合/自修复水泥浆方面的研究。目前，有关防止油气水窜流的自愈合/自修复水泥浆的研究主要针对常规油气井和页岩油气井，并不适合天然气水合物地层低温固井时的天然气、水窜流，现有防止油气水窜流的自愈合/自修复水泥浆难以满足目天然气水合物地层低温防天然气、水窜流要求。
[0005]CN111056784A公开了一种用于水合物固井的水泥浆及其制备方法，该水泥浆具体组成为100份油井水泥、0
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60份减轻增强材料、0.1
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1.0份减阻剂、0.5
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1.5份膨胀剂、2
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7份增强剂和43
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80份水；其中，所述减轻增强材料由50份空心微珠、35份超细水泥、5份纳米碳酸钙、10份超细偏高岭土组成。上述水泥浆可用于温度4
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30℃海域水合物的开采固井，稠化时间在30℃时可满足安全施工要求，在低温4℃下强度发展较快，减少候凝时间。
[0006]存在本领域技术人员针对水泥浆水化放热导致的水合物的相变平衡条件发生改变、诱发水合物分解、引起二界面胶结质量下降等问题，以配比石蜡为控温芯材、碳酸钙为壁材，利用自组装法制备了一种适用于深水水合物地层固井水泥浆控温微胶囊；其中，选用的切片石蜡与白油作为控温芯材控温区间为14.8
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39.8℃。该微胶囊表观形态良好、彼此无团聚；在热循环过程中，不易发生泄漏，对水泥浆流变性能无明显影响；在高掺加量时，微胶囊既可以有效降低水泥浆峰值温度，也可以明显地延缓水泥浆放热速率。
[0007]存在本领域技术人员针对因深水表层水合物层固井常规水泥浆体系水化放热量
大导致水合物层吸热分解而影响固井质量带来井喷风险的问题，构建了深水水合物层固井低水化热水泥浆体系。该水泥浆体系具有低温条件下放热量低、抗压强度满足施工要求等优良特性，可避免水合物层发生分解。
[0008]存在本领域技术人员针对深水水合物地层的特殊环境要求固井水泥具有低水化放热和低温早强特性而现有固井水泥浆体系大多不具备低水化放热特性且低温水化速度较慢的问题，在铝酸盐水泥和G级水泥按照1:1质量比形成的混合水泥浆的基础上，通过对储能微球研发以及对密度减轻剂、稳定剂和其他外加剂的种类和加量的优选，形成了低温早强低水化放热水泥浆体系。其中，早强剂为0.06％三乙醇胺，降失水剂为1％聚乙烯醇类降失水剂CML，缓凝剂为0.35％硼酸，分散剂为1.5％SYJZ
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1，水泥浆在4℃养护24h水泥石抗压强度可以达到5.9MPa，水泥浆呈现低水化放热和低温早强特性。
[0009]存在本领域技术人员以十二水合磷酸氢二钠为芯材、乙基纤维素为壁材，采用原位聚合工艺制备了相变微胶囊型吸热剂MPCM
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2。MPCM
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2的相变温度为43.34和58.77℃，总相变焓值为144.82J/g，颗粒中径为57.26μm。MPCM
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2应用于深水固井水泥浆体系可实现对水化热及水化温升的有效控制。
[0010]CN109180084A公开了一种遇油气响应的活性自修复水泥浆体系，包括油井水泥、淡水、自修复剂、降失水剂、分散剂、缓凝剂和消泡剂，其配比以油井水泥重量为基准，油井水泥100份、淡水43.0
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47.0份、自修复剂2.0
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4.0份、降失水剂1.0
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2.0份、分散剂0.2
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0.5份、缓凝剂0.2
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1.0份、消泡剂0.2
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0.5份。该遇油气响应的活性自修复水泥浆体系具有流变性好、自修复能力强、弹韧性好、稠化时间任意可调且性能稳定、配方组成及现场施工简单等特性；可在井筒水泥环出现微裂缝和微环隙时无需地面人工干预自动封堵油气窜通道、恢复水泥环的完整性和界面胶结能力，达到预防套管环空带压的目的。其中，所述自修复剂为改性聚乙烯醇聚合物、反丁烯二酸
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乙酸乙烯共聚物和苯乙烯
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丁二烯共聚物中的一种或两种按任意比例的混合物。
[0011]CN110316995A公开了一种用于水泥基材料自修复的聚丙烯酰胺类凝胶微粒，其制备方法包括：(1)配制pH为6
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8的磷酸盐缓冲溶液作为磷酸盐的前驱体溶液；(2)以上述磷酸盐缓冲溶液作为水相、一环己烷等作为油相、以丙烯酰胺作为单体，在乳化剂、交联剂、引发剂存在的条件下，采用反相乳液聚合的方法制备负载磷酸盐的聚丙烯酰胺类凝胶微粒，即为用于水泥基材料自修复的聚丙烯酰胺类凝胶微粒。所制备的负载磷酸盐的聚丙烯酰胺类凝胶微粒具有可控释放的能力，当外界环境发生变化时，如遇水可响应外界变化从而释放出修复剂。
[0012]CN110316995A公开了一种油井水泥用自愈合剂的制备方法，包括：i)将取代或未取代的苯乙烯、丙烯酸酯类、2
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丙烯酰胺
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甲基丙磺酸、二乙烯基苯、丙烯酰胺及其衍生物、马来酸单聚乙二醇单甲醚酯、乳化剂、链转移剂和水混合预乳化，得到预乳化液A；ii)将水与引发剂配成引发剂溶液B；iii)将一部分量的预乳化液A加热至70
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90℃，然后加入一部分量的引发剂溶液B；随后将剩余量的预乳化液A、剩余量的引发剂溶液B也加入其中；iv)反应结束后，调pH值为7
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9，得到所述油井水泥用自愈合剂。
[0013]C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物材料的制备方法，其中，该方法包括：第一乳液体系制备：利用第一乳化剂、丙烯酸、异戊二烯、苯乙烯和水配制得到第一乳液体系；其中，丙烯酸、异戊二烯、苯乙烯的质量比为0.85
‑
1.32:0.92
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1.85:0.15
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0.36；第一聚合反应：将水、第二乳化剂、碳酸氢钠、丙烯酸、异戊二烯、苯乙烯和引发剂混合，在50
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60℃条件下反应；其中，丙烯酸、异戊二烯、苯乙烯的摩尔比为0.33
‑
0.55:0.39
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0.67:0.08
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0.32；第二聚合反应：将第一聚合反应后得到的产物与第一乳液体系混合，在50
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55℃条件下反应；第一乳液体系中的丙烯酸、异戊二烯、苯乙烯的总质量与第一聚合反应中的丙烯酸、异戊二烯、苯乙烯的总质量的比为2
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3:1；将第二聚合反应得到的产物破乳沉析干燥得到固体产物，实现聚合物材料制备。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述第一乳液体系制备中，丙烯酸、异戊二烯、苯乙烯和水的质量比为0.85
‑
1.32:0.92
‑
1.85:0.15
‑
0.36:1；优选地，所述第一乳液体系制备中，第一乳化剂包括聚氧乙烯烷基苯醚和十二烷基苯磺酸钠，其中，聚氧乙烯烷基苯醚和十二烷基苯磺酸钠的质量比为0.035
‑
0.043:0.014
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0.018；更优选地，所述第一乳液体系制备中，聚氧乙烯烷基苯醚、十二烷基苯磺酸钠、丙烯酸、异戊二烯、苯乙烯和水的质量比为0.035
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0.043:0.014
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0.018:0.85
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1.32:0.92
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1.85:0.15
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0.36:1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述第一聚合反应中，所述第二乳化剂包括聚氧乙烯烷基苯醚和十二烷基苯磺酸钠，其中，聚氧乙烯烷基苯醚和十二烷基苯磺酸钠的质量比为2.2
‑
1.6:1；优选地，所述第一聚合反应中，以水的质量为100％计，所述第二乳化剂的用量为0.16
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0.35％。4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述第一聚合反应中，以水的质量为100％计，所述碳酸氢钠的用量为0.12
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0.23％。5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述第一聚合反应中，所述引发剂选用过硫酸钠
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亚硫酸氢钠和/或过硫酸钾
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亚硫酸氢钠，其中过硫化物与亚硫酸氢盐的质量比为2.0
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1.4:1；优选地，所述第一聚合反应中，以水的质量为100％计，引发剂的用量为1.0
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1.55％。6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述第一聚合反应中，以水的质量为100％计，丙烯酸、异戊二烯、苯乙烯的总用量为23
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47％，优选为15％
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20％。7.根据权利要求1、3
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6任一项所述的制备方法，其中，所述第一聚合反应中，反应在保护气体氛围下进行；优选地，所述第一聚合反应中，将水、第二乳化剂、碳酸氢钠、丙烯酸、异戊二烯、苯乙烯和引发剂混合，在50
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60℃条件下反应包括：将水、第二乳化剂、碳酸氢钠混合，得到第一混合物；在搅拌条件下，向第一混合物中依次加入丙烯酸、异戊二烯、苯乙烯，得到第二混合物；在保护气体氛围下，向第二混合物中加入引发剂，升温到50
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王韧，赵志良，杨杰，屈沅治，程荣超，李龙，汪奇兵，王建龙，高世峰，任晗，龙一夫，张志磊，
申请(专利权)人：中国石油集团工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：