[发明专利]一种抗高温韧性材料及其制备方法

说明书

本发明属于油气井固井技术领域，具体涉及一种抗高温韧性材料及其制备方法。本发明提供一种固井水泥浆用抗高温韧性材料，按重量份计，包括以下组分：乳胶粉10～20份；改性橡胶粉10～40份；聚酰亚胺树脂20～50份；氨基硅烷偶联剂5～10份；改性纳米管15～60份；所述改性纳米管中纳米管为碳纳米管和/或氮化硼纳米管。本发明提供的抗高温韧性材料稳定性好，制成的水泥力学性能优异，韧性好，不仅能满足现场固井施工要求，而且能保障固井长期封固完整性，有利于减少井下作业对水泥环的损坏，降低固井后续各种施工作业对封固质量的影响，提高采收率。

技术领域

本发明属于油气井固井技术领域，具体涉及一种抗高温韧性材料及其制备方法。

背景技术

由于稠油井在开采过程中需要注入270～350℃的高温蒸汽，所以，要求固井的水泥浆体系在凝固成为水泥石以后要能够承受350℃高温而水泥石强度不衰减或弱衰减，并能够承受从45℃到350℃的交变热应力的作用。在特殊井如火烧吞吐井中，对水泥石要求抗温达500℃以上，并具有优越的耐CO₂腐蚀性能。

由于套管在稠油热采过程中也要承受高温作用，所以套管也是影响开采的重要因素之一。当热应力作用于套管时，水泥石没有对套管提供有效的保护。注蒸汽时井底温度升高，套管受热膨胀，对水泥环产生作用力。当该作用力径向分力超过水泥石的抗压强度时，水泥环会被压裂；当该作用力切向分力超过水泥石的抗拉强度时，水泥环会被拉裂。当井底温度下降时，套管收缩，可能造成水泥石和套管或者水泥石与地层分离而产生微环空。以上压裂、拉裂或者产生微环空情况都会造成环空失去完整性。环空失去完整性以后，首先失去井下的层间封隔，注入的高温蒸汽发生窜通，甚至泄漏至地面，对热采井的安全性和经济性造成影响；其次，水泥环对套管的支撑保护作用减弱，套管更易发生损伤，进一步影响热采井的安全性和经济性。

为提高固井水泥的耐高温韧性特性，一般选择添加弹性体材料、纳米硅、晶须等，但是由于这些材料与水泥体系的相容性较差，会对泥浆的稳定性造成影响，而且对水泥在更高温度下的力学性能未作进一步改善。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种固井水泥浆用抗高温韧性材料，按重量份计，包括以下组分：

所述改性纳米管中纳米管为碳纳米管和/或氮化硼纳米管。

作为一种优选的技术方案，所述乳胶粉为可再分散乳胶粉。

作为一种优选的技术方案，所述改性橡胶粉为乙烯基硅烷偶联剂改性橡胶粉。

作为一种优选的技术方案，所述乙烯基硅烷偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三叔丁基过氧硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(甲氧基乙氧基)硅烷中的至少一种。

作为一种优选的技术方案，所述改性纳米管中纳米管的长度为1～200μm。

作为一种优选的技术方案，所述改性纳米管为酒石酸改性纳米管。

作为一种优选的技术方案，所述改性橡胶粉、聚酰亚胺树脂、改性纳米管的重量份比为1：(1～1.5)：(0.5～2)。

作为一种优选的技术方案，所述改性橡胶粉、聚酰亚胺树脂、改性纳米管的重量份比为1：(1～1.5)：(1～2)。

作为一种优选的技术方案，所述抗高温韧性材料组分还包括纳米二氧化硅。

本发明的第二个方面提供了所述的抗高温韧性材料的制备方法，包括以下步骤：

S1按上述重量份称取原料，将聚酰亚胺树脂溶解在溶剂中；

S2将改性橡胶粉和改性纳米管加入到乙醇和水的混合溶液中，超声；