[发明专利]温敏性膨胀微胶囊防气窜剂及防气窜水泥浆体系

说明书

本发明公开了温敏性膨胀微胶囊防气窜剂及防气窜水泥浆体系，该微胶囊防气窜剂制备如下：在烧杯中加入3‑4份丙烯腈、0.4‑0.5份丙烯酸甲酯、2‑3份甲基丙烯酸甲酯，再加入1‑2份过氧化月桂酰作为引发剂，10‑30份低沸点溶剂作为发泡剂，0.1‑0.2份1，4‑丁二醇二甲基丙烯酸酯作为交联剂，搅拌溶解，转入玻璃反应釜，加入20‑25份纳米二氧化硅作为分散剂，加入300‑350份去离子水，在氮气保护下60‑70℃恒温水浴反应20‑24h，降温、洗涤、干燥。该防气窜水泥浆体系包括：油井水泥100份，降失水剂1.5‑2份，分散剂2‑3份，防气窜剂0.1‑1份，缓凝剂0‑3份，消泡剂0.2份，密度调节剂0‑50份，水44份。本发明能有效弥补水泥石体积收缩，封隔地层流体防止窜流，预防环空带压现象发生，延长油井使用寿命。

技术领域

本发明涉及固井水泥浆领域一种温敏性膨胀微胶囊防气窜剂及其在制备防气窜水泥浆体系中的应用。

背景技术

油井水泥水化过程中的体积收缩，是造成水泥环界面胶结质量差、诱发井内油、气、水窜流及油层污染、投产后环空带压的主要原因，这是尚未得到很好解决的固井技术难题。水泥浆在塑性状态下体积收缩会使水泥浆柱的孔隙压力降低(胶凝失重)，凝固后体积收缩使水泥环与地层和套管间的胶结出现问题，形成微间隙，收缩量的95％以上发生在水泥浆终凝以后，体积收缩量为水泥浆总体积的2.6％-5.0％，水泥浆的体积收缩既影响固井质量，形成潜在风险，又会造成油气资源大量流失。

在水泥中添加膨胀剂是封闭微环空间隙从而提高水泥石两界面固井质量的有效措施之一。国内外使用的膨胀剂种类很多，膨胀剂的作用方式主要有充气法、发气法、固相膨胀法等，传统的防气窜剂主要是金属铝及其氧合物、胶乳类、聚乙烯醇和硫酸钙。但现有防气窜剂存在以下问题：发气类防气窜剂(如KQ系列)，具有发气量不可控的缺陷；胶乳类防气窜剂(油田深井固井用多效胶乳防气窜剂及其制备方法CN103834374A)添加量较大，当存储温度较低时还会发生破乳，影响防气窜效果；聚乙烯醇不能在高温高盐环境中使用；固相膨胀类防气窜剂(郑国生等.塑性膨胀防气窜水泥浆体系研究与应用.[J].石油钻采工艺,2013,35(5):52-55)的主要成分是硫酸钙，主要缺点是膨胀性能不足，膨胀时间、膨胀井深不可控。

发明内容

本发明的目的在于提供温敏性膨胀微胶囊防气窜剂，该防气窜剂是一种遇热体积发生变化的微胶囊，其发气量可控，定点定温发挥作用且包衣耐碱，地面性能稳定，不影响正常配浆打浆，施工工艺简单易推广，具有广阔的市场前景。

本发明的另一目的还在于提供利用上述温敏性膨胀微胶囊防气窜剂制备的防气窜水泥浆体系，该防气窜水泥浆体系能在预设位置开始膨胀，有效弥补水泥石体积收缩，封隔地层流体防止窜流，预防环空带压现象发生，提高油井产能，延长油井使用寿命。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

温敏性膨胀微胶囊防气窜剂，通过以下组分采用悬浮聚合法制备，过程如下：在烧杯中加入3-4份丙烯腈(AN)、0.4-0.5份丙烯酸甲酯(MA)、2-3份甲基丙烯酸甲酯(MMA)，再加入1-2份过氧化月桂酰(LPO)作为引发剂，10-30份低沸点溶剂作为发泡剂，0.1-0.2份1，4-丁二醇二甲基丙烯酸酯(BDDMA)作为交联剂，电磁搅拌溶解，转入玻璃反应釜，然后加入20-25份纳米二氧化硅作为分散剂，加入300-350份去离子水，以1200r/min的速度搅拌8-10min，在氮气保护下60-70℃恒温水浴反应20-24h后，降温、洗涤、干燥，即得微胶囊防气窜剂，上述物质均为重量份。

在过氧化月桂酰(LPO)的引发下丙烯腈(AN)、丙烯酸甲酯(MA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)发生共聚反应形成长链线型分子，在1，4-丁二醇二甲基丙烯酸酯(BDDMA)的作用下线型分子相互键合交联成网状分子结构，在纳米二氧化硅的作用下低沸点溶剂逐渐被网状分子包裹，形成温敏性膨胀微胶囊。