[发明专利]一种高温形状记忆泡沫复合材料及其制备方法与堵漏应用

说明书

本发明公开了一种高温形状记忆泡沫复合材料及其制备方法与堵漏应用。所述复合材料的制备方法包括如下步骤：S1、将纳米粒子的水分散液与环氧单体混合，经搅拌得到水在油中皮克林乳液；将固化剂加入至皮克林乳液中形成反应乳液；S2、将反应乳液倒入模具中，升温固化得到形状记忆环氧泡沫复合材料。本发明利用皮克林乳液模板进行环氧单体和固化剂的聚合，同时结合了发泡和填料粒子增强技术，制备了兼具高转变温度、高强度和韧性以及高压缩率的形状记忆环氧泡沫复合材料。本发明高温形状记忆泡沫复合材料可满足深层、高温地层堵漏需求，将所制形状记忆泡沫复合材料作为堵漏剂，通过其在高温下的自适应膨胀，可有效实现裂缝封堵。

技术领域

本发明涉及一种高温形状记忆泡沫复合材料及其制备方法与堵漏应用，属于钻井智能堵漏技术领域。

背景技术

井漏严重影响钻井安全和效率，造成资源浪费和成本增加。目前，已开发了各种防漏、堵漏材料，如桥接堵漏、高失水堵漏、自适应堵漏、复合堵漏材料等。其中，桥接堵漏材料因其成本低、施工简单方便而最为常用，但对于具有多尺度、不确定性复杂裂缝、表面光滑裂缝的地层，桥接堵漏难以实现高效封堵、且易出现反复漏失。形状记忆堵漏材料对不同尺度裂缝的自适应性好，可随钻井液输送至漏层，并利用漏层温度激活、热膨胀回复至原有状态，由此快速、自适应地对不同尺度裂缝进行有效地架桥封堵。可使用温控形状记忆合金、形状记忆聚合物(如聚氨酯、聚苯乙烯、聚降冰片烯)等作为智能堵漏材料，其中形状记忆聚合物具有加工性能好、密度小、刺激响应温度可调控等优点而在钻井堵漏领域具有较好的应用与发展前景。

随着油气开发逐渐走向深层、高温地层，要求堵漏用的形状记忆聚合物要具有较高的形状记忆转变温度。通常，环氧、氰酸酯、聚酰亚胺类形状记忆聚合物具有较高的激发转变温度，但考虑实际应用中的加工、成本等因素，形状记忆环氧聚合物更适合作为高温地层强化井壁和堵漏的材料。

环氧聚合物主要由含两个及以上环氧基团的单体与固化剂通过缩合、交联反应而制成，形成较高的交联度方可获得较高的玻璃化转变温度Tg-较高的形状转变激发温度，以满足深层、高温地层堵漏需求。但较高的交联度导致环氧聚合物的韧性降低，形状记忆性能变差；添加增韧剂，可提高形状记忆环氧聚合物的韧性，但Tg降低，机械强度降低，不利于高温承压、堵漏应用。

将不同类型的填料加入到聚合物中，制备形状记忆复合材料，可有效提高形状记忆环氧聚合物的机械性能和耐热性能，同时不影响其形状记忆性能。为有效发挥填料的增强作用，需要填料在聚合物中能较均匀的分散。

此外，深层、高温地层承压、堵漏时，关注材料在高温下的力学性能，但目前在制备兼具高温性能、记忆性能的环氧材料方面还缺乏有效手段。

再者，环氧聚合物自身强度高、密度大，在制备形状记忆材料的赋形过程中，可压缩量低，不易实现形状记忆堵漏剂所要求的大体积变化。目前，通过充填空心玻璃微珠、空心聚合物微球等可制备具有闭孔结构的形状记忆环氧树脂泡沫，提高其可压缩性。但是，在提高交联度获取高形状记忆转变温度后，不易发泡、获得较高的压缩、膨胀倍率且同时保持较好的形状回复能力，不利于制备深层、高温地层用、可发生大体积变化的承压堵漏材料。

综上，针对深层、高温地层堵漏，仍需要开发具有高转变温度、室温和高温下整体强度高、韧性强且压缩膨胀率大的形状记忆材料。

发明内容

本发明针对目前堵漏用环氧形状记忆聚合物材料存在的高Tg-高形状记忆转变温度、高韧性、高温下高强度以及高膨胀率等难以兼具，不能满足深层、高温地层堵漏需求的问题，提供一种基于皮克林乳液模板聚合方法制备高温形状记忆环氧泡沫复合材料的方法，所制备的材料能够作为智能堵漏剂。

本发明所提供的高温形状记忆环氧泡沫复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、将纳米粒子的水分散液与环氧单体混合，经搅拌得到稳定的水在油中皮克林乳液；将固化剂加入至所述皮克林乳液中形成反应乳液；