[发明专利]含聚合物颗粒的胶结材料，颗粒处理方法和水泥浆料

说明书

发明领域

本发明涉及用于形成水泥浆料(cement sulrry)制剂的胶结材料或添加剂，涉及制备这些材料的方法。按照本发明将聚合物颗粒用于水泥特别可以获得低密度水泥浆和/或具有优化的机械性能与低渗透性的水泥。

发明背景

对矿井，特别是油井进行良好胶结是有多重目的的复杂操作：机械保护地质地岩层中的套管，将作业层与相邻层隔离，保护管道不被管道穿过的层中所含流体腐蚀。因此，水泥外壳必须具有良好的机械强度并对地岩层所含流体和气体的渗透性低。

产烃井初级胶结的最重要作用是在产烃井的整个使用期间以及关闭之后防止任何流体(气体、盐水、原油等)在不同地质层位之间运动。因此，胶结的环面必须进行密封，特别是对气体密封。因此流体在环面内的流通只能沿三种路径进行：由于水泥基质中相连的孔隙(渗透性)流体可以流通，和/或在水泥/套管界面之间流通，和/或在水泥/构成物界面之间流通。为能达到良好密封，必须满足以下一些条件：

-环面填充：钻探泥浆必须完全排出，反之留在原位的钻探流体污染水泥薄浆，使套管或构成物上的水泥形成良好的粘结。

-除去滤饼：由于泥浆在壁上过滤而在壁上形成沉积物(滤饼)。因此，如果不除去滤饼或者没有完全除去滤饼，结果是水泥在壁上的粘合性差。此外，在水泥影响下，滤饼可能发生变化，因此产生微小环形空间，结果密封效果差。因此，必须除去钻井液的外部滤饼。内部滤饼不会对粘合性产生有害作用，但是可以改变水泥浆的过滤，

-收缩控制：用于胶结油井环面的水泥收缩太大会导致在界面形成微小环形空间，

-低的水泥渗透性：水泥的渗透性是这些材料固有的性质，必须尽可能地小，以防止任何储存的流体向上流动至表面，并保证良好的耐久性。

-对水泥的机械性能进行优化，以防止在油井使用的不同阶段，在压力和温度变化的作用下水泥外壳发生碎裂，或者从地岩层或套管分离，所述阶段如下：钻井、完工、生产、模拟和废弃。

在各种出版物中已示出用于矿井胶结的材料应可以变形，以调节外壳中的应力变化，而不发生碎裂。已定义了防止胶结的环面张力破坏的标准。水泥挠性(cement flexibility)定义为张力破坏强度Rt与杨氏模量Et的比值。为防止对胶结的环面的机械损坏，具有最高可能的挠性标准的优选的水泥为人们所知。

在日益严峻的环境(HP/HT，深海石油钻台，酸气等)下计划越来越复杂的矿井(大斜度偏斜井，多排放井(multidrain well)等)增加了在钻井中通常遇到的循环问题。胶结的环面的密封损失是通常面临的问题之一。如果胶结材料的机械性质实际上并不适合时，密封损失显然是由于水泥外壳的机械破坏而导致。

发明内容

因此，本发明涉及包含聚合物颗粒的胶结(cementing)材料，所述聚合物颗粒涂覆有至少一种粉末矿物添加剂。

矿物添加剂可以选自以下组：二氧化硅、硅酸盐、粘土、石膏、氧化铝、铝的氧化物、镁的氧化物、钙的氧化物、二氧化钛、滑石或等价物、石灰粉、碎磨的鼓风炉渣、热解法二氧化硅(silica fumes)，水硬性胶结剂(hydraulicbinder)或它们的混合物。

聚合物颗粒可以由均聚物、共聚物、三元共聚物或它们的混合物组成。

聚合物颗粒可以按照以下至少一种方法制备：本体聚合、乳液聚合、悬液聚合、(阴离子、阳离子、自由基、受控自由基)溶液聚合、缩聚。间歇式、半连续式和连续式聚合工艺都适用于这些聚合物的制备。

聚合物颗粒可以由选自以下组的单体组成：苯乙烯、取代的苯乙烯、丙烯酸烷基酯、取代的丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯、取代的甲基丙烯酸烷基酯、丙烯腈、甲基丙烯腈、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-烷基丙烯酰胺、N-烷基甲基丙烯酰胺、异戊二烯、丁二烯、乙烯、乙酸乙烯酯、有支链的烷烃羧酸乙烯基酯(C9-C19)，以及这些单体的任意组合。

聚合物颗粒可以由选自以下组的官能化的单体组成：α-甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、对叔丁基苯乙烯、乙烯基甲苯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸酯、对叔丁基环己基、丁二烯、异戊二烯、乙烯、乙酸乙烯酯、(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸羟基乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯磺酸钠，以及这些单体的任意组合。

以聚合物颗粒和矿物添加剂总质量为基准，用来涂覆聚合物颗粒的矿物添加剂量为0.1-50％，优选0.5-10％。