[发明专利]一种油井水泥用耐高温自交联水性环氧树脂

说明书

本发明公开了一种油井水泥用耐高温自交联水性环氧树脂，其制备方法步骤如下：(1)将环氧树脂溶于N,N‑二甲基甲酰胺中，通入氮气，搅拌加热升温至85℃；(2)将过氧化苯甲酰溶于丙酮中，然后将丙酮溶液滴加到步骤(1)的溶液中，升温至95℃，恒温30min；(3)向反应液中缓慢加入2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸和丙烯酰胺的混合水溶液；恒温反应4h；(4)旋转蒸发除去溶剂，使用乙酸乙酯反复洗涤除去未反应的环氧树脂原料，得到自交联水性环氧树脂。本发明的自交联水性环氧树脂加入水泥中简化了现场配浆步骤；能改善油井水泥石脆性特征，有效提高油井水泥石的宏观力学性能和致密性。

技术领域

本发明涉及油气田开采技术领域，特别涉及一种油井水泥用耐高温自交联水性环氧树脂。

背景技术

固井是在套管与地层环空之间注入水泥浆，水泥浆凝固后形成油井水泥石，对地层进行有效封隔，并为套管提供保护和支撑的一种作业，固井质量的好坏对后续钻井和油气开采至关重要。随着油气资源勘探的不断深入，所钻遇地层越来越复杂，这给固井质量带来更加严苛的考验。传统硅酸盐水泥石是一种先天脆性材料，易收缩，胶结差，且地层温度、套管膨胀、软硬地层压力的不同均会导致固井水泥石产生裂缝，影响地层封隔的有效性，进一步产生窜流问题。因此，改善水泥石的性能，特别是提高其韧性，是提高固井水泥环抵抗复杂应力的能力、预防窜流与保证油气井安全高效生产的根本措施。

环氧树脂具有粘接强度高，稳定性高，固化收缩率低，耐化学品性优良等优点。固井学术界对环氧树脂改善固井水泥石性能的研究尚不深入，现场采用的是油溶性环氧树脂配合乳化剂、固化剂进行施工，存在配方复杂、乳液配制繁琐、应用不方便的缺点，且配制的乳液体系性能不稳定及固化时间难以掌控，给固井施工带来安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种油井水泥用耐高温自交联水性环氧树脂。该水性环氧树脂施工性能稳定、可耐地层高温环境、能改善水泥石脆性大的问题。

本发明提供的油井水泥用耐高温自交联水性环氧树脂，由原料环氧树脂、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺，在引发剂过氧化苯甲酰作用下，通过接枝共聚反应制成；环氧树脂、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺的用量重量份比例为100～110：40～50：4～6。

具体制备方法步骤如下：

(1)将环氧树脂溶于N,N-二甲基甲酰胺中，通入氮气，搅拌加热升温至85℃。

(2)将过氧化苯甲酰溶于丙酮中，然后将丙酮溶液滴加到步骤(1)的溶液中，升温至95℃，恒温30min。

(3)向反应液中缓慢加入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺的混合水溶液；恒温反应4h。

(4)旋转蒸发除去溶剂，使用乙酸乙酯反复洗涤除去未反应的环氧树脂原料，得到自交联水性环氧树脂。

优选的是，所述环氧树脂为环氧树脂E44。

进一步优选的是，各原料组分重量配比如下：环氧树脂(E44)100～110份；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)40～50份；丙烯酰胺(AM)4～6份；引发剂过氧化苯甲酰(BPO)3～5份；丙酮10～12份；N,N-二甲基甲酰胺(DMF)120～150份。

本发明的油井水泥用耐高温自交联水性环氧树脂合成反应机理为：以过氧化苯甲酰BPO为引发剂，夺取环氧树脂E44主链上的叔氢原子，产生自由基，通过接枝共聚的方法将AM、AMPS接枝到环氧树脂E44主链带羟基的叔碳上。接枝反应机理如下：

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

本发明的自交联水性环氧树脂同时具有耐温性、自交联性、自乳化性质。