[发明专利]一种多相颗粒、其制造方法及其应用

说明书

本发明涉及一种多相颗粒、其制造方法和用途。所述多相颗粒具有包括第一相和第二相的多相结构，平均粒径为0.1‑100mm。所述多相颗粒的本体强度高，与水泥石具有良好的界面粘结力，特别适合于水泥石增韧用途。

技术领域

本发明涉及一种多相颗粒，特别涉及一种水泥石增韧用多相颗粒。本发明还涉及该多相颗粒的制造方法和用途。

背景技术

固井是钻井作业中非常重要的一个环节。在油井的钻井周期内，一般需要多次固井。固井主要通过将水泥浆注入井下，在固井套管和油井岩壁之间固化形成“水泥环”。通常情况下，固井用水泥浆形成的油井“水泥环”在井下需要承受高聚能射流的射孔冲击、大型压裂和分段压裂的冲击以及下套管和继续钻进时套管和钻头对“水泥环”的碰撞冲击。此外，由于地壳作用的存在，固井“水泥环”还要受到地壳结构改变而产生的巨大内应力，如果固井水泥石强度和韧性不够，将产生变形和裂纹，其整体完整性遭到破坏，导致后期层间密封性能失效，对油气井特别可以举出高含酸性气体井后期增产措施及开发生产具有潜在安全隐患，严重的会影响油井的正常运转，甚至造成油井的永久性破坏，造成巨大的经济损失。因此，固井“水泥环”通常需要添加能够提高其韧性和强度的组分，以减弱其脆性导致被破坏的可能性。

为提高水泥石韧性，现有的技术主要通过添加橡胶弹性体等弹性粒子的方法改性。弹性粒子是一种弹性材料，由弹性粒子构成的水泥与普通水泥相比具有较低杨氏模量和较高的泊松比，能够更好地吸收压裂时套管膨胀引起的水泥变形能量，降低“水泥环”密封失效的风险。

中国专利CN201310066429(一种弹性固井水泥浆及其制造方法)公开了一种固井水泥浆，弹性材料采用一种代号材料WF-1。中国专利201210029069(一种弹塑性固井水泥浆及其制造方法)也公开了一种固井水泥浆，弹性材料采用天然橡胶粉，工业合成橡胶粉。

发明内容

本发明的发明人发现，传统固井用弹性粒子一般是弹性的橡胶粉末，由于橡胶粉表面疏水或亲水性差，与水泥的粘结力不好。所谓粘结力，是指与被粘结物体界面上分子间的结合力。长期以来，油井水泥对粘结物体界面粘结力的影响一直被工程界所重视，其影响主要集中在粘结力和承载力的变化上。目前固井用弹性粒子由于与水泥石的界面粘结力不够，在压裂或地壳运动内应力的作用下，弹性粒子容易与水泥石脱层，造成水泥石内部“孔洞”的出现，成为严重缺陷。因此，在这种情况下，弹性粒子不但没有起到增韧的作用，反而成为破坏水泥石的不利因素。

本发明的发明人经过刻苦的研究，发现了一种多相颗粒。该多相颗粒可以弥补现有技术在弹性粒子与水泥石界面粘结力不够的缺陷，并基于此而完成了本发明。

具体而言，本发明涉及以下方面的内容。

1.一种多相颗粒，具有包括第一相和第二相(优选由第一相和第二相构成)的多相结构，其中所述多相结构至少部分具有形态(1)：所述第一相是至少部分具有多孔结构的连续相，所述第二相是分散相，其中至少一个(优选总数的50％以上、60％以上、80％以上、90％以上或基本上全部)所述第二相具有基本上球状的形状(称为球状第二相)，并且至少一个(优选总数的50％以上、60％以上、80％以上、90％以上或基本上全部)所述球状第二相位于所述第一相的所述多孔结构的孔洞(特别是基本上圆形孔洞)之内，或者，所述多相结构至少部分具有形态(2)：所述第二相是连续相(比如具有松散结构或无定形结构)，所述第一相是分散相，其中至少一个(优选总数的50％以上、60％以上、80％以上、90％以上或基本上全部)所述第一相具有基本上柱状(比如选自圆柱和棱柱中的至少一种柱状)的形状(称为柱状第一相)，或者，所述多相结构至少部分具有形态(3)：所述形态(1)和所述形态(2)的组合形态，并且所述多相颗粒的平均粒径为至少0.1mm(优选至少0.2mm、至少0.35mm、至少0.5mm、至少0.75mm或者至少0.8mm)，至多100mm(优选至多50mm、至多20mm、至多10mm、至多5mm、至多2mm、至多1.2mm或者至多1.0mm)。