本发明涉及油田固井领域，具体涉及一种三维压缩温敏型膨胀材料及其制备方法和应用。
背景技术：
1、井漏是钻井过程中经常遇到的井下复杂问题，因而堵漏剂是安全钻井所必需的。
2、目前,大部分油田的开采已经进人中、晚期阶段,由于长期地采油与注水，油气层的压力发生了很大的变化。部分油层枯竭,破裂压力下降；部分油层因注水而憋成高压，甚至超过上覆地层的压力；部分油气层可能因压裂产生新的裂缝增加了渗透，在同一井眼的裸眼段形成多套压力层系，易造成井喷、井漏、并塌、卡钻等复杂事故。
3、经广大技术人员的努力，现已经形成了比较完善的防漏、堵漏等减少油气层伤害的钻井液技术。堵漏材料的研究应用取得了长足的发展。已由“就地取材”的传统钻井液堵漏剂，如植物杆、壳的碎屑、云母和盐粒等，发展到由工厂生产的一剂多用的化学堵漏产品。经长期的室内研究和现场应用认识到，较好的堵漏剂应该同时具有充填、桥堵和封堵作用；形成封堵层后,泥饼质量要好，滤失量小，不增加摩阻；对钻井液的性能影响要小，无污染，确保在钻进过程中钻井液性能稳定；堵漏剂颗粒的尺寸大小要适中，85％以上能通过孔径为0.28mm的筛网。
4、研制应用的堵漏材料按形状可分为纤维状、片状及颗粒状三大类：(1)纤维状的有木材纤维、矿物纤维、玻璃纤维、纺织纤维、甘蔗渣、甜菜渣等；(2)片状的有软木、云母、玉米穗轴、棉籽皮、蛙石等；(3)颗粒状的有珍珠岩、粗粒膨润土、核桃壳、花生壳、板栗壳、废旧橡胶粉、碎塑料、沥青粉、盐粒等。
5、除此之外，还研究应用了使这些惰性堵漏材料粘结在一起的树脂、凝胶、高分子材料，例如：用二乙烯矾交联的刺槐豆胶、经基瓜尔胶和梭甲基瓜尔胶，酚醛树脂、脉醛树脂及其改性产品、聚氧乙烯树脂、聚丙烯酞胺、经乙基纤维素、黄抱胶等。形状记忆效应显著的功能性材料能很好解决堵漏问题，其具有一定的形状记忆功能，受温度激发在井下膨胀并且其应用广泛、价格较低、适合大量用作工程用料，满足在油气井工程中的性能需求。
技术实现思路
1、本发明旨在设计一种三维压缩温敏型膨胀材料，具有形状记忆功能，受温度激发而立体膨胀，解决油气井钻探过程中的堵漏问题，实现一种新的温敏堵漏体系。
2、第一方面，本发明提供一种用于制备三维压缩温敏型膨胀材料的组合物。
3、作为具体实施方式，所述组合物包括聚氨酯、催化剂、交联剂、发泡剂和无机材料，其中，所述聚氨酯的单体包括重量比为50-100:30-70的多元醇和异氰酸酯。
4、优选的，所述多元醇为聚酯多元醇、聚醚多元醇中的一种或多种。
5、优选的，所述聚酯多元醇由二元酸与二元醇反应生成，所述二元酸优选为己二酸，和/或所述二元醇优选为乙二醇、丙二醇、丁二醇或一缩二乙二醇，所述聚酯多元醇优选为聚碳酸酯二醇、聚己内酯二醇；和/或所述聚酯多元醇的数均分子量为2000-4000；和/或所述聚醚多元醇由环氧烷烃开环聚合形成，所述环氧烷烃优选为环氧丙烷和/或环氧乙烷，所述多元醇优选为聚乙二醇、聚丙二醇或聚己内酯二醇，其中所述聚酯多元醇为两端为羟基的聚酯多元醇。
6、优选的，所述异氰酸酯为取代或未取代二异氰酸酯，优选甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种，更优选为甲苯二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯。
7、优选的，所述催化剂选自n,n-二甲基苄胺、三乙烯二胺、双(二甲氨基乙基)醚、n,n-二甲基乙醇胺、二月桂酸二丁基锡、四甲基乙二胺、四甲基丙二胺中的一种或多种，优选为二月桂酸二丁基锡、四甲基乙二胺或四甲基丙二胺。
8、优选的，所述交联剂包括三丙二醇、三乙胺、1,4-丁二醇、三羟甲基丙烷中的一种或多种，优选三乙胺、1,4-丁二醇或三羟甲基丙烷。
9、优选的，所述发泡剂为水。
10、优选的，所述无机材料为金属氧化物和/或金属盐。所述金属氧化物优选为铁矿粉、氧化锌、氧化镁、氧化铝和氧化钙中的一种或多种。所述金属盐优选为碳酸钙和/或硫酸钡。优选地，所述无机材料优选为铁矿粉、氧化锌或碳酸钙。
11、优选的，所述无机材料的粒径为200-500nm。
12、优选的，所述聚氨酯的单体与催化剂、交联剂、发泡剂和无机材料的重量比为100：0.2-2：0.5-10：0.5-10：0-200。
13、第二方面，本发明提供一种使用第一方面提供的组合物制备三维压缩温敏型膨胀材料的方法。
14、作为具体实施方式，所述方法包括：
15、(3)将聚氨酯与催化剂、交联剂、发泡剂和无机材料混合，生成凝胶并熟化；
16、(4)将熟化后的材料烘干、三维压缩并脱模，得到三维压缩温敏型膨胀材料。
17、优选的，所述聚氨酯通过包括以下步骤的方法制备：
18、(1)将多元醇真空脱水，
19、优选地，脱水温度为120℃～130℃，脱水时间为2.5h～4h。
20、(2)使异氰酸酯与多元醇发生聚合反应，生成聚氨酯，
21、优选的，步骤(2)中，将50-100份多元醇与30-70份异氰酸酯混合，升温并反应，优选的，混合的温度为60℃～80℃，反应的温度为80℃～100℃，反应时间为2h～5h，和/或整个过程在氮气气氛下进行。
22、优选的，步骤(3)中，熟化温度为100℃～140℃，熟化时间为2h～4h，和/或
23、步骤(4)中，烘干温度为90℃～110℃，烘干时间为1～2h，和/或三维压缩率为2～6倍，模压1～2mpa，保持2h～4h。
24、第三方面，本发明提供一种第二方面所述的方法制备的三维压缩温敏型膨胀材料。
25、优选的，所述三维压缩温敏型膨胀材料的三维压缩率为2～6倍，更优选的，长宽高方向上的压缩率相同或不同，各自独立为21/3～61/3倍，和/或所述三维压缩温敏型膨胀材料优选的适用温度为80℃-160℃；和/或所述三维压缩温敏型膨胀材料的密度为0.8-1.8g/cm3。
26、第四方面，本发明提供一种第三方面所述的三维压缩温敏型膨胀材料作为固井堵漏材料的应用。
27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
28、1、本发明的三维压缩温敏型膨胀材料具有形状记忆功能，三维膨胀性能良好，立体膨胀率2-6倍可调；
29、2、该三维压缩温敏型膨胀材料的密度在0.8-1.8g/cm3范围内可调，能够稳定存在于不同密度的水泥浆体中，与水泥浆具有良好的相容性和稳定性；
30、3、该三维压缩温敏型膨胀材料适用温度80℃-160℃；
31、4、将本发明的三维压缩温敏型膨胀材料应用于油气井固井工程，适用于api各级油井水泥，能够有效解决油气井钻探过程中的堵漏问题。
1.用于制备三维压缩型温敏膨胀材料的组合物，其特征在于，所述组合物包括聚氨酯、催化剂、交联剂、发泡剂和无机材料，其中，所述聚氨酯的单体包括重量比为50-100:30-70的多元醇和异氰酸酯。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述三维压缩温敏型膨胀材料的三维压缩率为2～6倍，优选地，长宽高方向上的压缩率相同或不同，各自独立为21/3～61/3倍，和/或所述三维压缩温敏型膨胀材料用于温度80℃-160℃；和/或所述三维压缩温敏型膨胀材料的密度为0.8-1.8g/cm3。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述多元醇为聚酯多元醇、聚醚多元醇中的一种或多种。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的组合物，其特征在于，所述聚酯多元醇由二元酸与二元醇反应生成，所述二元酸优选为己二酸，和/或所述二元醇优选为乙二醇、丙二醇、丁二醇或一缩二乙二醇；所述聚酯多元醇优选为聚碳酸酯二醇、聚己内酯二醇；和/或所述聚酯多元醇的数均分子量为2000-4000；和/或所述聚醚多元醇由环氧烷烃开环聚合形成，所述环氧烷烃优选为环氧丙烷和/或环氧乙烷，所述多元醇优选为聚乙二醇、聚丙二醇或聚己内酯二醇；和/或
5.根据权利要求1-4中任一项所述的组合物，其特征在于，所述聚氨酯的单体与催化剂、交联剂、发泡剂和无机材料的重量比为100：0.2-2：0.5-10：0.5-10：0-200。
6.使用权利要求1-5中任一项所述的组合物制备三维压缩温敏型膨胀材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述聚氨酯通过包括以下步骤的方法制备：
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，
9.权利要求6-8中任一项所述的方法制备的三维压缩温敏型膨胀材料，优选的，所述三维压缩温敏型膨胀材料的三维压缩率为2～6倍，更优选的，长宽高方向上的压缩率相同或不同，各自独立为21/3～61/3倍，和/或所述三维压缩温敏型膨胀材料优选的适用温度为80℃-160℃；和/或所述三维压缩温敏型膨胀材料的密度为0.8-1.8g/cm3。
10.权利要求9所述的三维压缩温敏型膨胀材料作为固井堵漏材料的应用。