一種硅烷偶聯(lián)劑包覆型自修復(fù)劑及其制備和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】一種硅烷偶聯(lián)劑包覆型自修復(fù)劑，由100-130重量份的活性礦物和0.2-7.0重量份的硅烷偶聯(lián)劑組成，所述活性礦物是礦渣、粉煤灰、水泥或者煤矸石，硅烷偶聯(lián)劑為KH560和KH570；本發(fā)明還提供了所述自修復(fù)劑的制備和應(yīng)用，本發(fā)明通過(guò)硅烷偶聯(lián)劑，對(duì)活性礦物進(jìn)行包覆，在活性礦物表面形成防水保護(hù)膜，使活性礦物的活性成為潛在的活性，在固井水泥漿體系中不參與水化反應(yīng)，只有在其表面膜因固井水泥環(huán)損傷而發(fā)生破壞時(shí)，才開始水化反應(yīng)，形成水化產(chǎn)物對(duì)水泥環(huán)損傷部位進(jìn)行自動(dòng)修復(fù)，對(duì)保證油氣井的使用壽命和開采安全性意義重大。
【專利說(shuō)明】一種硅烷偶聯(lián)劑包覆型自修復(fù)劑及其制備和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石油鉆井固井【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種硅烷偶聯(lián)劑包覆型自修復(fù)劑及其制備和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]油氣井固井水泥環(huán)和建筑上的水泥基材料一樣是一種易收縮的脆性材料，再加上各種試井、測(cè)試、投產(chǎn)、生產(chǎn)作業(yè)和地層條件的影響，使套管和水泥環(huán)受到溫度、壓力等各種因素大幅度變化的影響和井下各種酸性流體(如二氧化碳、硫化氫等)的腐蝕，不可避免地會(huì)在水泥環(huán)內(nèi)部產(chǎn)生微裂縫，在固井水泥環(huán)與地層井壁的膠結(jié)界面產(chǎn)生微間隙，或使水泥環(huán)孔隙度增大，造成油氣井固井水泥環(huán)損傷。
[0003]油氣井固井水泥環(huán)一旦發(fā)生損傷，就會(huì)對(duì)其封隔性能產(chǎn)生破壞，形成井下地層流體的竄流通道，造成層間封隔失效和套管保護(hù)功能的失效，引起油層套管損害、油氣井含水升高、熱采井竄氣和地下油氣水分布混亂、破壞油氣層、地下天然氣和有毒氣體泄露等一系列嚴(yán)重的開發(fā)問(wèn)題。
[0004]解決油氣井固井水泥環(huán)損傷問(wèn)題的基本方法是采用成本昂貴的擠水泥大修井修復(fù)方法和化學(xué)堵漏修復(fù)方法，但成功率低，許多損傷井的修復(fù)作業(yè)需要進(jìn)行2-3次，有的井在施工過(guò)程中就發(fā)生事故，修復(fù)后的油氣井往往在 很短時(shí)間內(nèi)又可能出現(xiàn)問(wèn)題，需要重新修復(fù)。每年各油田投入的大修井資金達(dá)數(shù)十億元。
[0005]硅烷偶聯(lián)劑，化學(xué)名稱為3_縮水甘油醚氧基丙基二甲氧基硅烷,是一種環(huán)氧官能團(tuán)硅烷。硅烷偶聯(lián)劑主要用途是:
[0006]1.用來(lái)改善有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料表面的粘接性能，如玻璃鋼中的玻璃纖維和塑料、橡膠、油漆、涂料中的硅質(zhì)填料等材料的處理，還用于粘接劑中以增加粘接性能，它所適應(yīng)的樹脂包括環(huán)氧、酚醛、三聚氰胺、聚硫化物聚氨酯、聚苯烯等。
[0007]2.提高無(wú)機(jī)填料、底材和樹脂的粘合力，從而提高復(fù)合材料的機(jī)械性能、電氣性能，并且在濕態(tài)下有較提聞的保持率。
[0008]3.此產(chǎn)品作為無(wú)機(jī)填料表面處理劑,廣泛應(yīng)用于陶土、玻璃微珠、滑石粉、娃灰石、白炭黑、石英、招粉、鐵粉。
[0009]由此可見(jiàn)，硅烷偶聯(lián)劑沒(méi)有在固井水泥漿體系中的應(yīng)用，而在其它領(lǐng)域應(yīng)用中，多是強(qiáng)調(diào)其提聞?wù)澈狭Γ刺峒白孕迯?fù)功效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種硅烷偶聯(lián)劑包覆型自修復(fù)劑及其制備和應(yīng)用，將該自修復(fù)劑作為固井水泥漿體系的一種材料加入固井液中，與油井水泥等材料一起凝固形成固井水泥環(huán)；正常情況下，自修復(fù)劑不參與固井水泥漿的水化反應(yīng)，而一旦固井水泥環(huán)發(fā)生損傷，自修復(fù)劑能夠激活自身活性，通過(guò)水化反應(yīng)對(duì)損傷部位進(jìn)行自動(dòng)修復(fù)，從而避免或減少昂貴的修井作業(yè)，保證油氣井的耐久性和開采安全性；具有與固井水泥漿融合性好，對(duì)固井水泥環(huán)損傷(微裂縫和微間隙)自修復(fù)效果好，制造成本低，不污染環(huán)境的特點(diǎn)。
[0011 ] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0012]一種硅烷偶聯(lián)劑包覆型自修復(fù)劑，由100-130重量份的活性礦物和0.2-7.0重量份的硅烷偶聯(lián)劑組成。
[0013]所述活性礦物是礦渣、粉煤灰、水泥或者煤矸石。
[0014]所述水泥為普通水泥或者油井水泥。
[0015]所述的硅烷偶聯(lián)劑為KH560 ( Y-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷)和KH570
(Y-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷)。
[0016]本發(fā)明還提供了制備所述硅烷偶聯(lián)劑包覆型自修復(fù)劑的方法，包括如下步驟:
[0017]步驟1.將活性礦物放入固體攪拌機(jī)中，保持?jǐn)嚢杵鬓D(zhuǎn)速3000-10000轉(zhuǎn)/分進(jìn)行攪拌，過(guò)程中將所述硅烷偶聯(lián)劑直接噴灑在活性礦物上并攪拌混合，維持10-40min ；
[0018]步驟2.將步驟I得到的混合物放入固體粉碎攪拌機(jī)中，保持轉(zhuǎn)速3000-10000轉(zhuǎn)/分粉碎攪拌10-40min。
[0019]所述自修復(fù)劑可用于油氣井固井水泥環(huán)的自修復(fù)，在配制固井水泥漿時(shí)，將所述自修復(fù)劑按照油井水泥量的5-30%的比例加入固井水泥漿體系中，加入方式是先將所述自修復(fù)劑與油井水泥進(jìn)行預(yù)混合，然后通過(guò)水泥漿配制系統(tǒng)配制成固井水泥漿，固井水泥漿注入封固井段后凝固 形成固井水泥環(huán)。
[0020]本發(fā)明應(yīng)用硅烷偶聯(lián)劑，對(duì)活性礦物進(jìn)行包覆，在活性礦物表面形成防水保護(hù)膜，使活性礦物的活性成為潛在的活性，在固井水泥漿體系中不參與水化反應(yīng)。只有在其表面膜因固井水泥環(huán)損傷而發(fā)生破壞時(shí)，才開始水化反應(yīng)，形成水化產(chǎn)物對(duì)水泥環(huán)損傷部位進(jìn)行自動(dòng)修復(fù)。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的自修復(fù)劑在固井水泥漿體系中能夠提高水泥環(huán)的增韌抗裂性能，更重要的是對(duì)水泥環(huán)的損傷能夠起到自修復(fù)作用。本發(fā)明通過(guò)硅烷偶聯(lián)劑對(duì)活性礦物表面進(jìn)行包覆處理，在活性礦物顆粒表面形成防水保護(hù)層，使活性礦物由顯性活性轉(zhuǎn)變?yōu)闈撛诨钚?。硅烷偶?lián)劑包覆型自修復(fù)劑加入固井水泥漿體系后，能夠在水泥環(huán)發(fā)生損傷時(shí)，啟動(dòng)水化反應(yīng)，形成水化產(chǎn)物修復(fù)損傷部位，實(shí)現(xiàn)固井水泥環(huán)的自動(dòng)修復(fù)，對(duì)保證油氣井的使用壽命和開采安全性意義重大。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0023]實(shí)施例一
[0024]一種硅烷偶聯(lián)劑包覆型自修復(fù)劑，由100重量份的礦渣和1.0重量份的硅烷偶聯(lián)劑KH560組成，礦渣的主要作用是構(gòu)成自修復(fù)劑的潛在活性，一旦表面包覆的防水層破壞，就能夠與固井水泥環(huán)的氫氧化鈣晶體和其他未水化產(chǎn)物發(fā)生水化反應(yīng)修復(fù)水泥環(huán)損傷部位。
[0025]該自修復(fù)劑的制備方法，包括如下步驟:
[0026]1.將礦渣放入固體攪拌機(jī)(高速固體攪拌機(jī)、V型固體攪拌機(jī)等)中，保持?jǐn)嚢杵鬓D(zhuǎn)速4000轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢瑁瑢⒐柰榕悸?lián)劑KH560直接噴灑在礦渣上并攪拌混合30min。[0027]2.將步驟I得到的混合物放入固體粉碎攪拌機(jī)中，保持轉(zhuǎn)速40000轉(zhuǎn)/分粉碎攪拌 30min。
[0028]實(shí)施例二
[0029]一種硅烷偶聯(lián)劑包覆型自修復(fù)劑，由100重量份的礦渣和2.0重量份的硅烷偶聯(lián)劑KH560組成，礦渣的主要作用是構(gòu)成自修復(fù)劑的潛在活性，一旦表面包覆的防水層破壞，就能夠與固井水泥環(huán)的氫氧化鈣晶體和其他未水化產(chǎn)物發(fā)生水化反應(yīng)修復(fù)水泥環(huán)損傷部位。
[0030]該自修復(fù)劑的制備方法，包括如下步驟:
[0031]1.將礦渣放入固體攪拌機(jī)(高速固體攪拌機(jī)、V型固體攪拌機(jī)等)中，保持?jǐn)嚢杵鬓D(zhuǎn)速4000轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?，將硅烷偶?lián)劑KH560直接噴灑在礦渣上并攪拌混合30min。
[0032]2.將步驟I得到的混合物放入固體粉碎攪拌機(jī)中，保持轉(zhuǎn)速40000轉(zhuǎn)/分粉碎攪拌 30min。
[0033]實(shí)施例三
[0034]一種硅烷偶聯(lián)劑包覆型自修復(fù)劑，由100重量份的礦渣和3.0重量份的硅烷偶聯(lián)劑KH570組成，礦渣的主要作用是構(gòu)成自修復(fù)劑的潛在活性，一旦表面包覆的防水層破壞，就能夠與固井水泥環(huán)的氫氧化鈣晶體和其他未水化產(chǎn)物發(fā)生水化反應(yīng)修復(fù)水泥環(huán)損傷部位。
[0035]一種硅烷偶聯(lián)劑包覆型自修復(fù)劑的制備方法，包括如下步驟:
[0036]1.將礦渣放入固體攪 拌機(jī)(高速固體攪拌機(jī)、V型固體攪拌機(jī)等)中，保持?jǐn)嚢杵鬓D(zhuǎn)速4000轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?，將硅烷偶?lián)劑KH570直接噴灑在礦渣上并攪拌混合30min。
[0037]2.將步驟I得到的混合物放入固體粉碎攪拌機(jī)中，保持轉(zhuǎn)速40000轉(zhuǎn)/分粉碎攪拌 30min。
[0038]實(shí)施例四
[0039]一種硅烷偶聯(lián)劑包覆型自修復(fù)劑，由100重量份的礦渣和6.0重量份的硅烷偶聯(lián)劑KH570組成，礦渣的主要作用是構(gòu)成自修復(fù)劑的潛在活性，一旦表面包覆的防水層破壞，就能夠與固井水泥環(huán)的氫氧化鈣晶體和其他未水化產(chǎn)物發(fā)生水化反應(yīng)修復(fù)水泥環(huán)損傷部位。
[0040]該自修復(fù)劑的制備方法，包括如下步驟:
[0041]1.將礦渣放入固體攪拌機(jī)(高速固體攪拌機(jī)、V型固體攪拌機(jī)等)中，保持?jǐn)嚢杵鬓D(zhuǎn)速4000轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?，將硅烷偶?lián)劑KH570直接噴灑在礦渣上并攪拌混合30min。
[0042]2.將步驟I得到的混合物放入固體粉碎攪拌機(jī)中，保持轉(zhuǎn)速40000轉(zhuǎn)/分粉碎攪拌 30min。
[0043]實(shí)施例五
[0044]—種硅烷偶聯(lián)劑包覆型自修復(fù)劑，由100重量份的G級(jí)油井水泥和2.0重量份的硅烷偶聯(lián)劑KH560組成，G級(jí)油井水泥的主要作用是構(gòu)成自修復(fù)劑的潛在活性，一旦表面包覆的防水層破壞，就能夠與固井水泥環(huán)的氫氧化鈣晶體和其他未水化產(chǎn)物發(fā)生水化反應(yīng)修復(fù)水泥環(huán)損傷部位。
[0045]該自修復(fù)劑的制備方法，包括如下步驟:
[0046]1.將G級(jí)油井水泥放入固體攪拌機(jī)(高速固體攪拌機(jī)、V型固體攪拌機(jī)等)中,保持?jǐn)嚢杵鬓D(zhuǎn)速4000轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?，將硅烷偶?lián)劑KH560直接噴灑在G級(jí)油井水泥上并攪拌混合 30min。
[0047]2.將步驟I得到的混合物放入固體粉碎攪拌機(jī)中，保持轉(zhuǎn)速40000轉(zhuǎn)/分粉碎攪拌 30min。
[0048]以上幾個(gè)實(shí)施例中的自修復(fù)劑可用于油氣井固井水泥環(huán)的自修復(fù)，主要用于修復(fù)因油氣井固井水泥環(huán)損傷而形成的微裂縫和微間隙，保證固井水泥環(huán)封固的有效性和耐久性。使用的具體方法是:在配制固井水泥漿時(shí)，在原有配方的基礎(chǔ)上將所述自修復(fù)劑按照油井水泥加量的5-30%的比例加入固井水泥漿體系中。加入方式是先將所述的自修復(fù)劑與油井水泥進(jìn)行預(yù)混合，然后通過(guò)水泥漿配制系統(tǒng)配制成固井水泥漿。固井水泥漿被注入封固井段后，自修復(fù)劑與油井水泥和固井添加劑等材料一起凝固形成固井水泥環(huán)。
【權(quán)利要求】
1.一種硅烷偶聯(lián)劑包覆型自修復(fù)劑，其特征在于，由100-130重量份的活性礦物和0.2-7.0重量份的硅烷偶聯(lián)劑組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅烷偶聯(lián)劑包覆型自修復(fù)劑，其特征在于，所述活性礦物是礦渣、粉煤灰、水泥或者煤矸石。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅烷偶聯(lián)劑包覆型自修復(fù)劑，其特征在于，所述水泥為普通水泥或者油井水泥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅烷偶聯(lián)劑包覆型自修復(fù)劑，其特征在于，所述的硅烷偶聯(lián)劑為 KH560 和 KH570。
5.制備權(quán)利要求1所述硅烷偶聯(lián)劑包覆型自修復(fù)劑的方法，包括如下步驟: 步驟1.將活性礦物放入固體攪拌機(jī)中，保持?jǐn)嚢杵鬓D(zhuǎn)速3000-10000轉(zhuǎn)/分進(jìn)行攪拌，過(guò)程中將所述硅烷偶聯(lián)劑直接噴灑在活性礦物上并攪拌混合，維持10-40min ； 步驟2.將步驟I得到的混合物放入固體粉碎攪拌機(jī)中，保持轉(zhuǎn)速3000-10000轉(zhuǎn)/分粉碎攪拌10-40min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述硅烷偶聯(lián)劑包覆型自修復(fù)劑的應(yīng)用，其特征在于， 在配制固井水泥漿時(shí)，將所述自修復(fù)劑按照油井水泥量的5-30%的比例加入固井水泥漿體系中，加入方式是先將所述自修復(fù)劑與油井水泥進(jìn)行預(yù)混合，然后通過(guò)水泥漿配制系統(tǒng)配制成固井水泥漿，固井.水泥漿注入封固井段后凝固形成固井水泥環(huán)。
【文檔編號(hào)】C09K8/467GK103468231SQ201310398432
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月4日
【發(fā)明者】楊振杰, 呂志賢, 劉善廣, 許波, 梅露強(qiáng), 姜曉強(qiáng) 申請(qǐng)人:西安石油大學(xué), 克拉瑪依市創(chuàng)拓有限責(zé)任公司