[发明专利]一种低温磷酸盐热固树脂胶凝体系及其制备方法

说明书

本发明涉及油气井固井领域用的一种低温磷酸盐热固树脂胶凝体系及其制备方法。所述低温磷酸盐热固树脂胶凝体系可在15～45℃低温环境油气井固井时使用，体系浆体流变性好，易于固井施工；配合使用磷酸盐骨架材料能够进一步改善或调控热固性树脂体系的密度、流变、固化时间及固结体强度等性能；利用热固树脂、磷酸盐与金属的良好的胶结性能，氧化镁的膨胀特性提高一界面和二界面的胶结强度；在满足固井工程基本要求的同时，还能够解决油井水泥存在的易受损、胶结差、易腐蚀等难题，克服油井水泥的相关不足；本发明的低温磷酸盐热固树脂胶凝体系为本领域提供了一种新的选择，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种油气井固井领域用工作液，更进一步说，涉及一种低温磷酸盐热固树脂胶凝体系及其制备方法。

背景技术

目前常用油井水泥为硅酸盐水泥，主要化学成分为氧化钙、二氧化硅等氧化物，可与各种外掺料、外加剂及水按一定比例混合成水泥浆，并能根据现场需求对水泥浆密度、固化时间等进行相应调整，在井下形成具有一定抗压强度、抗渗透性和耐久性的水泥石。鉴于硅酸盐水泥良好的适应性，已广泛地应用于油气井、完井、修井等各类作业，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，天然气及非常规油气资源的开发利用，大规模酸化压裂等作业措施使得常规硅酸盐油井水泥石暴露出高体积收缩、低弹性、易腐蚀等致命缺陷。其高体积收缩缺点使得水泥环与井壁活套管胶结质量变差，并在交界面形成微间隙，导致地层流体窜流；其低弹性缺点使得水泥环在经受井筒强变应力作用时，易变形破坏，严重影响水泥环密封性能，导致地层流体窜流至井口，引起井口带压。此外，由于地层流体中常含有H₂S、CO₂等酸性气体，随着生产作业的进行会逐渐侵入到油井环空，引起高碱性的硅酸盐水泥石的腐蚀，从而导致环空密封性破坏。一旦水泥环密封失效，补救措施较少、费用较高，且补救成功率较低。中石化近年来陆续投产的普光、焦石坝等气田均呈现不同程度的环空带压问题，其中水泥石本身不足是导致该问题的重要原因之一。因此研制一种新型胶凝材料以解决目前油气井环空气窜问题，显得尤为重要与迫切，也是近年来国内外油气井固井新材料研发的热点。

热固性树脂是指在加热、加压或固化剂作用下进行化学反应，交联固化生成不溶不熔的一类树脂，通过分子间的交联形成三维网架结构，并具有较高的强度。常用的热固树脂有酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、三聚氰胺甲醛树脂、聚氨酯、呋喃树脂等。得益于树脂优异的力学、热力学、化学稳定性，其作为涂料、胶粘剂、成型材料等在电子、工程技术、土木建筑和文体用品制造等领域得到了广泛应用，其直接及间接使用形式几乎遍及所有工业领域，但在油气井固井领域应用较少，通常作为常规单剂使用。

磷酸盐水泥胶凝材料属于化学结合材料，通过金属和酸溶液或盐为基本组分经化学反应而成。其具有良好的耐热和热稳定性，部分性能可与陶瓷相媲美。磷酸盐胶凝材料在市政道路、机场跑道快速修理、废弃物处理，军事工程抢修方面应用较广，但因其稠化时间难以控制，在油气田固井领域几无应用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种低温磷酸盐热固树脂胶凝体系。具体地说涉及一种低温磷酸盐热固树脂胶凝体系及其制备方法。所述低温磷酸盐热固树脂胶凝体系可在一定温度和压力条件下交联胶凝形成具有一定抗压强度和良好弹性性能的固结体，该低温磷酸盐热固树脂胶凝体系固结体的弹性好、杨氏模量低、具有良好的抗冲击性及剪切胶结性能，且固结体耐酸性气体腐蚀。依托有机高分子材料优良的热稳定性和化学稳定性，无机胶凝材料优异的力学性能和耐久性，可改善固井环空胶结质量，实现固井环空长期密封性。

本发明目的之一是提供一种低温磷酸盐热固树脂胶凝体系，包含重量份数计的以下组分：

本发明的低温磷酸盐热固树脂胶凝体系在15～45℃之间稠化时间可调，通过添加减轻材料或加重剂，密度在1.20～2.50g/cm³之间可调。