本发明专利技术提供了一种固井水泥浆、固井水泥浆用改性树脂及其制备方法，包括将环氧树脂和助溶乳化剂在第一预设温度下搅拌均匀；将所得乳液升温至第二预设温度后，分多个批次加入五氧化二磷；恒温条件下，在反应后的乳液中加入气相二氧化硅和硅氧烷偶联剂，并搅拌继续反应预设时间；反应完全后，冷却至室温并加入氢氧化钾溶液以调节pH值，得到所述固井水泥浆用改性树脂；本发明专利技术通过将环氧树脂改性为亲水性树脂乳液，使得改性树脂在用于配制水泥浆时，能够参与水泥的水化反应，进而得到力学强度高的水泥石，同时由于采用的改性方法简单易行，原料成本低减小了固井水泥浆的施工难度和施工成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及油气井固井，特别是涉及一种固井水泥浆、固井水泥浆用改性树脂及其制备方法。
技术介绍
1、随近年来，井筒完整性作为一个重要的设计理念进入到油气田勘探开发领域，不仅要保证建井过程中的作业安全，更要保证油气井后期生产的长期稳定性开发。当前，中国已在致密气、页岩气、致密油、煤层气等非常规油气资源勘探开发方面取得了重要突破，以页岩气的开发为例，我国页岩气藏的开发井型多以水平井为主，据相关统计显示85％的页岩气井采用套管射孔完井，90％的页岩气井采用多级压裂等增产措施。随之而来的问题主要包括压裂施工后存在气窜和环空带压，严重影响页岩气井的井筒完整性，从而影响其后期安全生产和经济效益。
2、目前，固井行业对于解决后期环空带压问题的认识和现场实际应用都以改善水泥石韧性为主，所用材料主要分为：弹性颗粒增韧剂(改性橡胶粉)、纤维增韧剂以及胶乳体系三大类，但是，实际应用效果不够理想。如塔里木山前井、川渝页岩气、致密油(气)开发仍然存在油气窜和环空带压问题，对于需要重复压裂增产的井甚至可能直接影响后期作业的实施。
3、近年来，树脂逐渐被引入固井领域，树脂对固井二界面胶结质量的有效改善以及对水泥石弹性模量降低作用已得到实验室数据的充分证实。国外油服公司进行了少量的现场应用，但并未大量推广，其主要原因在于：现有的固井水泥浆用树脂中，油溶性树脂与水泥浆相容性较差，使得水泥石容易开裂；而水溶性树脂的固化温度与水泥浆不同步，需要另加专用固化剂以进行固化，施工复杂，成本较高。
技术实现思路</p>1、有鉴于此，本专利技术旨在提出一种固井水泥浆、固井水泥浆用改性树脂及其制备方法，以解决现有固井水泥浆用树脂与水泥浆相容性差或是与水泥浆固化不同步带来的水泥石强度不足或施工复杂、成本较高的问题。
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、第一方面，本专利技术提供了一种固井水泥浆用改性树脂的制备方法，包括：
4、步骤1，将环氧树脂和助溶乳化剂在第一预设温度下搅拌均匀；
5、步骤2，将上述步骤1所得乳液升温至第二预设温度后，分多个批次加入五氧化二磷；
6、步骤3，恒温条件下，在上述步骤2反应后的乳液中加入气相二氧化硅和硅氧烷偶联剂，并搅拌继续反应预设时间；
7、步骤4，反应完全后，冷却至室温并加入氢氧化钾溶液以调节ph值，得到所述固井水泥浆用改性树脂。
8、优选地，所述助溶乳化剂包括吡咯烷酮类助溶乳化剂和聚乙醇类助溶乳化剂中的至少一种；
9、其中，所述吡咯烷酮类助溶乳化剂与所述环氧树脂的质量比为0.03～0.05：1；所述聚乙醇类助溶乳化剂与所述环氧树脂的质量比为0.003～0.005:1。
10、优选地，所述吡咯烷酮类助溶乳化剂包括n-甲基吡咯烷酮和n-乙烯基吡咯烷酮中的至少一种；所述聚乙醇类助溶乳化剂包括聚乙烯醇17-88、聚乙烯醇17-92和聚乙烯醇17-99中的至少一种。
11、优选地，所述五氧化二磷与所述环氧树脂的摩尔比为1.1～1.3:1；所述气相二氧化硅与所述环氧树脂的质量比为0.02～0.04:1，所述硅氧烷偶联剂与所述环氧树脂的质量比为0.003～0.004：1。
12、优选地，所述环氧树脂包括ep-12、ep-13、ep-16和ep-20中的至少一种；所述硅氧烷偶联剂包括kh-530、kh-550和kh-570中的至少一种。
13、优选地，所述氢氧化钾溶液的质量浓度为20％，所述ph值为6～8。
14、优选地，所述分多个批次加入五氧化二磷，包括：分2-4个批次加入所述五氧化二磷。
15、优选地，所述分多个批次加入五氧化二磷之后，以及所述步骤3之前，所述方法还包括：
16、将加入所述五氧化二磷后的乳液继续升温至80～90℃，并恒温反应2～4h。
17、第二方面，本专利技术提供了一种固井水泥浆用改性树脂，所述改性树脂由上述第一方面所述的固井水泥浆用改性树脂的制备方法制备而成，所述改性树脂呈乳液形态，且所述改性树脂的分子结构至少包括：通过开环加成在环氧树脂链端引入的磷酸酯基团以及与环氧树脂链连接的硅氧烷偶联剂、助溶乳化剂。
18、第三方面，本专利技术提供了一种固井水泥浆，所述固井水泥浆，由g级油井水泥、硅粉、bab-50s(弹塑型)、bfl-12l油井水泥用降失水剂、brt-22l油井水泥用缓凝剂、水以及上述第二方面所述的固井水泥浆用改性树脂搅拌得到。
19、优选地，所述固井水泥浆应用于循环温度小于100℃固井施工过程的情况下，按重量份数计，所述固井水泥浆包括：
20、100份所述g级油井水泥、3～5份所述bab-50s(弹塑型)、3～4份所述bfl-12l油井水泥用降失水剂、0.5～1.5份所述brt-22l油井水泥用缓凝剂、5～10份所述改性树脂以及44份所述水。
21、优选地，所述固井水泥浆应用于循环温度大于等于100℃固井施工过程的情况下，按重量份数计，所述固井水泥浆包括：
22、100份所述g级油井水泥、35份所述硅粉、3～5份所述bab-50s(弹塑型)、4～6份所述bfl-12l油井水泥用降失水剂、1.0～3.0份所述brt-22l油井水泥用缓凝剂、4～8份所述改性树脂以及44份所述水。
23、相对于现有技术，本专利技术所述的固井水泥浆用改性树脂具有以下优势：
24、本专利技术提供的固井水泥浆用改性树脂的制备方法，包括：将环氧树脂和助溶乳化剂在第一预设温度下搅拌均匀；将所得乳液升温至第二预设温度后，分多个批次加入五氧化二磷；恒温条件下，在反应后的乳液中加入气相二氧化硅和硅氧烷偶联剂，并搅拌继续反应预设时间；反应完全后，冷却至室温并加入氢氧化钾溶液以调节ph值，得到所述固井水泥浆用改性树脂。
25、通过步骤1引入乳化剂将环氧树脂分散为乳液，并通过步骤2与五氧化二磷进行开环加成在环氧树脂链端引入磷酸酯基团增强其亲水性，最后再通过步骤3引入硅氧烷偶联剂增强其乳化性能，并引入气相二氧化硅防止环氧树脂链团聚，得到改性树脂乳液，由于改性树脂乳液能够均匀分散在水泥浆中，且由于磷酸酯基团、乳化剂以及硅烷偶联剂的共同作用，使得在不需要固化剂的情况下，改性树脂也参与到水泥浆的固化过程中，即直接参与水泥的水化反应，也就不需要加入专门的固化剂配合树脂使用，大幅降低了施工成本，同时，由于改性树脂参与到水泥的水化反应中，与水泥的分子键合，能够提高水泥石的结构强度，降低孔隙率和杨氏模量，从而能够提高水泥石的胶结强度，增强水泥石的韧性并改善水泥石的力学性能。
本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种固井水泥浆用改性树脂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的固井水泥浆用改性树脂的制备方法，其特征在于，所述助溶乳化剂包括吡咯烷酮类助溶乳化剂和聚乙醇类助溶乳化剂中的至少一种；
3.根据权利要求2所述的固井水泥浆用改性树脂的制备方法，其特征在于，所述吡咯烷酮类助溶乳化剂包括N-甲基吡咯烷酮和N-乙烯基吡咯烷酮中的至少一种；所述聚乙醇类助溶乳化剂包括聚乙烯醇17-88、聚乙烯醇17-92和聚乙烯醇17-99中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的固井水泥浆用改性树脂的制备方法，其特征在于，所述五氧化二磷与所述环氧树脂的摩尔比为1.1～1.3:1；所述气相二氧化硅与所述环氧树脂的质量比为0.02～0.04:1，所述硅氧烷偶联剂与所述环氧树脂的质量比为0.003～0.004：1。
5.根据权利要求1所述的固井水泥浆用改性树脂的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂包括EP-12、EP-13、EP-16和EP-20中的至少一种；所述硅氧烷偶联剂包括KH-530、KH-550和KH-570中的至少一种。
>6.根据权利要求1所述的固井水泥浆用改性树脂的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钾溶液的质量浓度为20％，所述pH值为6～8。7.根据权利要求1所述的固井水泥浆用改性树脂的制备方法，其特征在于，所述分多个批次加入五氧化二磷，包括：分2-4个批次加入所述五氧化二磷。
8.根据权利要求1所述的固井水泥浆用改性树脂的制备方法，其特征在于，所述分多个批次加入五氧化二磷之后，以及所述步骤3之前，所述方法还包括：
9.一种固井水泥浆用改性树脂，其特征在于，所述改性树脂由上述权利要求1-8任一所述的固井水泥浆用改性树脂的制备方法制备而成，所述改性树脂呈乳液形态，且所述改性树脂的分子结构至少包括：通过开环加成在环氧树脂链端引入的磷酸酯基团以及与环氧树脂链连接的硅氧烷偶联剂、助溶乳化剂。
10.一种固井水泥浆，其特征在于，所述固井水泥浆由G级油井水泥、硅粉、BAB-50S(弹塑型)、BFL-12L油井水泥用降失水剂、BRT-22L油井水泥用缓凝剂、水以及上述权利要求9所述的固井水泥浆用改性树脂搅拌得到。
11.根据权利要求10所述的固井水泥浆，其特征在于，所述固井水泥浆应用于循环温度小于100℃固井施工过程的情况下，按重量份数计，所述固井水泥浆包括：
12.根据权利要求10所述的固井水泥浆，其特征在于，所述固井水泥浆应用于循环温度大于等于100℃固井施工过程的情况下，按重量份数计，所述固井水泥浆包括：
...
【技术特征摘要】
1.一种固井水泥浆用改性树脂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的固井水泥浆用改性树脂的制备方法，其特征在于，所述助溶乳化剂包括吡咯烷酮类助溶乳化剂和聚乙醇类助溶乳化剂中的至少一种；
3.根据权利要求2所述的固井水泥浆用改性树脂的制备方法，其特征在于，所述吡咯烷酮类助溶乳化剂包括n-甲基吡咯烷酮和n-乙烯基吡咯烷酮中的至少一种；所述聚乙醇类助溶乳化剂包括聚乙烯醇17-88、聚乙烯醇17-92和聚乙烯醇17-99中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的固井水泥浆用改性树脂的制备方法，其特征在于，所述五氧化二磷与所述环氧树脂的摩尔比为1.1～1.3:1；所述气相二氧化硅与所述环氧树脂的质量比为0.02～0.04:1，所述硅氧烷偶联剂与所述环氧树脂的质量比为0.003～0.004：1。
5.根据权利要求1所述的固井水泥浆用改性树脂的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂包括ep-12、ep-13、ep-16和ep-20中的至少一种；所述硅氧烷偶联剂包括kh-530、kh-550和kh-570中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的固井水泥浆用改性树脂的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钾溶液的质量浓度为20％，所述ph值为6～8。
7...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨燕，李路宽，周岩，邓选华，朱宽亮，余文艳，程椿玲，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。