一种定时释放型水泥浆促凝剂微胶囊的制备方法与流程

本发明属于油田开发技术领域，具体涉及一种定时释放型水泥浆促凝剂微胶囊的制备方法。

背景技术：

我国多数海域蕴含有丰富的石油和天然气资源，其中绝大部分位于深水区域。深水钻井作业难度要高于陆地，尤其在深水固井方面。深水固井作业面临着低温、地层破裂压力低、浅层流等问题。上述问题对水泥浆体系提出了更高的要求：水泥浆不仅要具有低温早强，低密度等特性，还要具有良好防窜能力。为提高水泥浆早期强度，目前常用促凝剂(如氯化钙、硅酸钠、碳酸钾、碳酸钠)来加快水泥浆在低温环境下的凝结时间。但是在水泥浆体系中加入促凝剂后会使水泥浆初始稠度高，进而导致水泥浆的泵注压力过高，增加能耗，同时会影响固井效果，甚至发生固井事故。若能将促凝剂制备成定时集中释放的微胶囊可有效解决上述问题，将促凝剂微胶囊与水泥浆共混后，促凝剂可在一段时间内与水泥浆不发生反应，使水泥浆在拌混和泵送过程中拥有良好的流动性，在水泥浆达到返高后，微胶囊中的促凝剂定时从微胶囊中释放出来，使水泥浆快速凝固，有效提高水泥浆的固井效率。

目前常用于制备微胶囊的方法有微流体技术、自组装、共沉淀、界面反应、油相分离法、喷雾干燥和具有应用前景的原位聚合法。然而，通过上述方法制备的微胶囊，其芯材只能够被控制缓慢释放出来，换句话说，被包裹的芯材难以实现在某个时间段内定时释放的效果。如何制备定时释放的微胶囊目前仍是微胶囊技术领域研究的难点。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种定时释放型水泥浆促凝剂微胶囊的制备方法，将促凝剂包裹在共聚物内，实现微胶囊化，使促凝剂在设定时间内集中释放。

针对本发明的目的，本发明提供的技术方案是：

一种定时释放型水泥浆促凝剂微胶囊的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取一定质量比的乙二酸二甲酯、碳酸二甲酯、丙酮、乙醇和Tween60置于反应器中，搅拌反应一段时间；

(2)往反应器中加入一定质量比的促凝剂和油酸，继续搅拌反应一段时间；

(3)缓慢加入一定质量比的甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、乙酸乙烯酯、偶氮二异丁腈混合物，于75～80℃条件下反应一段时间，冷却至室温(25℃)，得到促凝剂微胶囊。

在其中的一些实施方式中，所述促凝剂、油酸、乙醇、Tween60、甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、乙酸乙烯酯、偶氮二异丁腈、丙酮、乙二酸二甲酯、碳酸二甲酯分别占投料总重量的6％～9％、0.5％～0.9％、0.5％～0.9％、0.4％～0.6％、3％～5％、0.6％～0.9％、2.5％～4.5％、0.06％～0.1％、14％～18％、30％～40％、20.1％～42.44％。

在其中的一些实施方式中，所述促凝剂为氯化钙、硅酸钠、碳酸钾、碳酸钠中的一种。

在其中的一些实施方式中，所述步骤(1)中的反应时间为13～15min。

在其中的一些实施方式中，所述步骤(2)中的反应时间为15～20min。

在其中的一些实施方式中，所述步骤(3)中在75～80℃条件下反应时间为6～7h。

相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：

采用本发明的技术方案，采用修饰-聚合-固化法将促凝剂包裹进均匀致密的共聚物内，实现促凝剂的微胶囊化。当该微胶囊被放置在某个介质中后，促凝剂能在设定的时间段内从微胶囊中定时集中释放出来，并且完全释放的时间控制在10分钟内完成。

附图说明

图1a为氯化钙固体颗粒的扫描电镜图。

图1b为实施例1氯化钙微胶囊的扫描电镜图。

图1c为实施例1氯化钙微胶囊的透射电镜图。

图2为实施例1氯化钙微胶囊释放时间随温度变化图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例1：

(1)称取一定质量比的乙二酸二甲酯、碳酸二甲酯、丙酮、乙醇和Tween60置于反应器中，乙二酸二甲酯、碳酸二甲酯、丙酮、乙醇和Tween60分别占投料总量的30％、42.44％、14％、0.5％、0.4％，搅拌反应13～15min；

(2)往反应器中加入一定质量比的促凝剂氯化钙和油酸，氯化钙和油酸分别占投料总量的6％、0.5％，继续搅拌反应15～20min；

(3)缓慢加入一定质量比的甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、乙酸乙烯酯、偶氮二异丁腈混合物，甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、乙酸乙烯酯、偶氮二异丁腈分别占投料总量的3％、0.6％、2.5％、0.06％，于75～80℃条件下反应6～7h，冷却至室温(25℃)，得到促凝剂微胶囊。

图1a为氯化钙固体颗粒的扫描电镜图；图1b为氯化钙微胶囊的扫描电镜图；图1c为氯化钙微胶囊的透射电镜图。从图1a可见，未经包覆的氯化钙表面呈光滑的形态。从图1b可见，氯化钙表面被包覆了一层聚合物。对比图1b和图1a可发现，微胶囊被聚合物包裹后，其表面的粗糙度有了明显的提高。从图1c可见，所制备的微胶囊呈明显的“核-壳”结构，进一步说明氯化钙被聚合物成功包裹，实现了微胶囊化。

图2为氯化钙微胶囊释放时间随温度变化图。从图2可见，微胶囊的释放方式是定时集中释放并且其起始释放的时间可通过调节温度来进行调控。

实施例2：

(1)称取一定质量比的乙二酸二甲酯、碳酸二甲酯、丙酮、乙醇和Tween60置于反应器中，乙二酸二甲酯、碳酸二甲酯、丙酮、乙醇和Tween60分别占投料总量的40％、20.1％、18％、0.9％、0.6％，搅拌反应13～15min；

(2)往反应器中加入一定质量比的促凝剂硅酸钠和油酸，硅酸钠和油酸分别占投料总量的9％、0.9％，继续搅拌反应15～20min；

(3)缓慢加入一定质量比的甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、乙酸乙烯酯、偶氮二异丁腈混合物，甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、乙酸乙烯酯、偶氮二异丁腈分别占投料总量的5％、0.9％、4.5％、0.1％，于75～80℃条件下反应6～7h，冷却至室温(25℃)，得到促凝剂微胶囊。

实施例3：

(1)称取一定质量比的乙二酸二甲酯、碳酸二甲酯、丙酮、乙醇和Tween60置于反应器中，乙二酸二甲酯、碳酸二甲酯、丙酮、乙醇和Tween60分别占投料总量的35％、33.72％、15％、0.7％、0.5％，搅拌反应13～15min；

(2)往反应器中加入一定质量比的促凝剂碳酸钾和油酸，碳酸钾和油酸分别占投料总量的7％、0.7％，继续搅拌反应15～20min；

(3)缓慢加入一定质量比的甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、乙酸乙烯酯、偶氮二异丁腈混合物，甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、乙酸乙烯酯、偶氮二异丁腈分别占投料总量的3％、0.8％、3.5％、0.08％，于75～80℃条件下反应6～7h，冷却至室温(25℃)，得到促凝剂微胶囊。

实施例4

(1)称取一定质量比的乙二酸二甲酯、碳酸二甲酯、丙酮、乙醇和Tween60置于反应器中，乙二酸二甲酯、碳酸二甲酯、丙酮、乙醇和Tween60分别占投料总量的32％、33.58％、17％、0.6％、0.45％，搅拌反应13～15min；

(2)往反应器中加入一定质量比的促凝剂碳酸钠和油酸，碳酸钠和油酸分别占投料总量的8％、0.6％，继续搅拌反应15～20min；

(3)缓慢加入一定质量比的甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、乙酸乙烯酯、偶氮二异丁腈混合物，甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、乙酸乙烯酯、偶氮二异丁腈分别占投料总量的4％、0.7％、3％、0.07％，于75～80℃条件下反应6～7h，冷却至室温(25℃)，得到促凝剂微胶囊。

实施例5

(1)称取一定质量比的乙二酸二甲酯、碳酸二甲酯、丙酮、乙醇和Tween60置于反应器中，乙二酸二甲酯、碳酸二甲酯、丙酮、乙醇和Tween60分别占投料总量的38％、29.81％、16％、0.7％、0.5％，搅拌反应13～15min；

(2)往反应器中加入一定质量比的促凝剂碳酸钠和油酸，碳酸钠和油酸分别占投料总量的6％、0.8％，继续搅拌反应15～20min；

(3)缓慢加入一定质量比的甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、乙酸乙烯酯、偶氮二异丁腈混合物，甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、乙酸乙烯酯、偶氮二异丁腈分别占投料总量的3.5％、0.6％、4％、0.09％，于75～80℃条件下反应6～7h，冷却至室温(25℃)，得到促凝剂微胶囊。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。