[发明专利]一种高温氯氧镁热固树脂胶凝体系及固化体和其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及油气井固井领域，更进一步说，涉及一种高温氯氧镁热固树脂胶凝体系及固化体和其制备方法。

背景技术

油井水泥是氧化钙型的硅酸盐水泥，属于水硬性的胶凝材料。它能够与水按一定的比例混合成水泥浆，并在井下硬化成具有一定抗压强度、抗渗性与耐久性的水泥石，而且还能够与各种外加剂、外掺料有广阔的适应性和相容性，密度、强度与固化时间在一定范围内可以实现设计与控制，能方便地满足常规固井工程的需求，作为固井工程的通用封固介质，一百多年来广泛地用于油田钻井、完井、修井等各类作业中，保障了油气田的顺利开发。

然而，随着近年来各国对清洁能源的需求不断增大，尤其是页岩气等非常规油气田不断投入开发，常规的油井水泥也暴露出了其在保障油气井井身结构完整性、适应小间隙环境以及大规模射孔及酸压改造方面的不足。常规的油井水泥石是一种易收缩的脆性材料，其固有的水化特性、使用环境(高温、高压)和施工工艺(高水灰比、高流动性)决定了其具有几个致命缺陷：高体积收缩、高滤失量和高脆性。水泥浆浆体的体积收缩使得水泥环的胶结之类不能保证，还可能形成微间隙，引发地层流体窜流。国外文献表明，普通水泥浆体的体积在养护120h后会收缩超过5％，同时模拟研究表明，水泥环界面存在0.01mm的微间隙就可发生气窜。高脆性水泥石在强载荷冲击作用下，水泥环会破裂而形成宏观裂纹和界面破坏。而高滤失使得在施工过程中水泥浆发生脱水桥堵和失水收缩，水泥浆滤液进入油气层后，也会污染产层。因此，硅酸盐水泥由于材料形变或井下高温、高压等外力作用而易使水泥石内部晶体发生相变，引发微环隙、微裂缝，影响水泥石的完整性。同时井下流体也会对水泥石造成腐蚀，钻井、完井、增产与生产等各阶段作业都可能对水泥环与环空密封造成损伤，造成环空密封失效。一些预防和补救措施都是被动性的，而且成功率不高，费用比较昂贵。对于复杂深井、超深油气井，常发生环空气窜，主要是由于固井水泥环胶结质量较差，导致地层高压气或水沿环空微间隙上窜至井口或套管内，以及水泥浆在固化期间的“失重”现象也会导致气窜，而且随着生产时间的不断增加，环空带压情况也不断增加。中石化近年来陆续投产的普光、焦石坝等气田也出现了环空带压情况。导致环空带压的原因有很多，但作为油井水泥材料的本身不足是其中最重要的因素之一。

因此，如何防止固井后油气水窜的发生已经成为油气田开发的一个急需解决的难题。其中，从材料角度考虑，寻求开发新型的胶凝体系是固井工程的一个发展方向。

中国专利CN105367036A公开了一种低温氯氧镁水泥及其制备方法，其中所公开的氯氧镁水泥和热固树脂只适用于建筑行业、涂料行业等，并且都是单独使用，没有实现两者的结合，更无法实现二者结合以后的性能控制技术。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种高温氯氧镁热固树脂胶凝体系。具体地说涉及一种高温氯氧镁热固树脂胶凝体系及固化体和其制备方法。本发明的高温氯氧镁热固树脂胶凝体系，主要用于90～120℃高温环境油气井固井领域，弥补在特殊情况下水泥浆性能的不足，解决部分固井难题，在特殊井况下实现部分替代水泥浆应用，提高环空的密封性，保证油气井的高效生产。本发明的高温氯氧镁热固树脂胶凝体系的特点在于：可在加热、加压等条件下能交联固化形成三维网状结构的有机高分子材料，依靠优良的耐热性能，良好的抗压强度和韧性、优良的附着力等优点，实现90～120℃高温环境固井水泥环空长期密封性。

本发明目的之一的一种高温氯氧镁热固树脂胶凝体系，包含环氧树脂乳液、环氧树脂固化剂、氯氧镁骨架材料以及高温调凝剂在内的组分；所述氯氧镁骨架材料选自轻烧氧化镁和氯化镁；所述高温调凝剂包含多聚磷酸盐类中温调凝剂与EDTA盐类螯合剂的混合物；所述EDTA盐类螯合剂优选为EDTA钠盐、EDTA钙盐中的至少一种，更优选EDTA钙盐；

各组分用量以轻烧氧化镁用量为100重量份计，轻烧氧化镁100份，氯化镁100份，环氧树脂乳液4～25份，优选5～20份，环氧树脂固化剂2.5～10份，降失水剂0.5～2份，多聚磷酸盐类中温调凝剂3～18份，优选5～15份，EDTA盐类螯合剂为3～5份，消泡剂0.05～0.5份，密度减轻剂0～40份，密度加重剂0～40份，水35～120份。