[发明专利]一种硅烷偶联剂包覆型自修复剂及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明属于石油钻井固井技术领域，特别涉及一种硅烷偶联剂包覆型自修复剂及其制备和应用。

背景技术

油气井固井水泥环和建筑上的水泥基材料一样是一种易收缩的脆性材料，再加上各种试井、测试、投产、生产作业和地层条件的影响，使套管和水泥环受到温度、压力等各种因素大幅度变化的影响和井下各种酸性流体（如二氧化碳、硫化氢等）的腐蚀，不可避免地会在水泥环内部产生微裂缝，在固井水泥环与地层井壁的胶结界面产生微间隙，或使水泥环孔隙度增大，造成油气井固井水泥环损伤。

油气井固井水泥环一旦发生损伤，就会对其封隔性能产生破坏，形成井下地层流体的窜流通道，造成层间封隔失效和套管保护功能的失效，引起油层套管损害、油气井含水升高、热采井窜气和地下油气水分布混乱、破坏油气层、地下天然气和有毒气体泄露等一系列严重的开发问题。

解决油气井固井水泥环损伤问题的基本方法是采用成本昂贵的挤水泥大修井修复方法和化学堵漏修复方法，但成功率低，许多损伤井的修复作业需要进行2-3次，有的井在施工过程中就发生事故，修复后的油气井往往在很短时间内又可能出现问题，需要重新修复。每年各油田投入的大修井资金达数十亿元。

硅烷偶联剂，化学名称为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，是一种环氧官能团硅烷。硅烷偶联剂主要用途是：

1.用来改善有机材料和无机材料表面的粘接性能，如玻璃钢中的玻璃纤维和塑料、橡胶、油漆、涂料中的硅质填料等材料的处理，还用于粘接剂中以增加粘接性能，它所适应的树脂包括环氧、酚醛、三聚氰胺、聚硫化物聚氨酯、聚苯烯等。

2.提高无机填料﹑底材和树脂的粘合力，从而提高复合材料的机械性能、电气性能，并且在湿态下有较提高的保持率。

3.此产品作为无机填料表面处理剂，广泛应用于陶土、玻璃微珠、滑石粉、硅灰石、白炭黑、石英、铝粉、铁粉。

由此可见，硅烷偶联剂没有在固井水泥浆体系中的应用，而在其它领域应用中，多是强调其提高粘合力，未提及自修复功效。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种硅烷偶联剂包覆型自修复剂及其制备和应用，将该自修复剂作为固井水泥浆体系的一种材料加入固井液中，与油井水泥等材料一起凝固形成固井水泥环；正常情况下，自修复剂不参与固井水泥浆的水化反应，而一旦固井水泥环发生损伤，自修复剂能够激活自身活性，通过水化反应对损伤部位进行自动修复，从而避免或减少昂贵的修井作业，保证油气井的耐久性和开采安全性；具有与固井水泥浆融合性好，对固井水泥环损伤（微裂缝和微间隙）自修复效果好，制造成本低，不污染环境的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种硅烷偶联剂包覆型自修复剂，由100-130重量份的活性矿物和0.2-7.0重量份的硅烷偶联剂组成。

所述活性矿物是矿渣、粉煤灰、水泥或者煤矸石。

所述水泥为普通水泥或者油井水泥。

所述的硅烷偶联剂为KH560（γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷）和KH570（γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷）。

本发明还提供了制备所述硅烷偶联剂包覆型自修复剂的方法，包括如下步骤：

步骤1.将活性矿物放入固体搅拌机中，保持搅拌器转速3000-10000转/分进行搅拌，过程中将所述硅烷偶联剂直接喷洒在活性矿物上并搅拌混合，维持10-40min；

步骤2.将步骤1得到的混合物放入固体粉碎搅拌机中，保持转速3000-10000转/分粉碎搅拌10-40min。

所述自修复剂可用于油气井固井水泥环的自修复，在配制固井水泥浆时，将所述自修复剂按照油井水泥量的5-30%的比例加入固井水泥浆体系中，加入方式是先将所述自修复剂与油井水泥进行预混合，然后通过水泥浆配制系统配制成固井水泥浆，固井水泥浆注入封固井段后凝固形成固井水泥环。

本发明应用硅烷偶联剂，对活性矿物进行包覆，在活性矿物表面形成防水保护膜，使活性矿物的活性成为潜在的活性，在固井水泥浆体系中不参与水化反应。只有在其表面膜因固井水泥环损伤而发生破坏时，才开始水化反应，形成水化产物对水泥环损伤部位进行自动修复。