一种固井用界面增强材料及其制备方法与流程

本发明涉及油田固井，具体而言，涉及一种固井用界面增强材料及其制备方法。

背景技术：

1、在油气井固井过程中，水泥环与套管及井壁之间的胶结质量是影响最终固井质量的重要因素，良好的界面胶结能提高固井层间封隔效果，防止油水窜流的发生，保障油气井的产率和寿命。近年来，油基钻井液由于其良好的润滑性、抑制性、抗污染性等特点在泥岩、页岩、盐膏层等复杂深井及非常规水平井作业中得到广泛使用，但其在施工过程中易滞留在窄环空及井径不规则处，并常在井壁及套管表面形成油膜，在与水泥浆发生掺混污染时会影响水泥浆的流动性及稠化性能，并大幅降低水泥石固化后的本体强度及一、二界面胶结质量，影响水泥环完整性及层间封隔能力，严重危害固井质量。

2、针对油基钻井液污染造成固井界面胶结质量差的问题，目前主要的处理方法是开发高效的洗油型前置液，以亲油表面活性剂对界面上油相进行有效吸附清除，在此基础上陆续开发了微乳液、纳米乳液等前置液体系，目前的研究也主要围绕前置液展开。然而，受限于接触时间、井眼情况、温度、钻井液组成等因素影响，单从前置液角度往往难以完全清除油基钻井液。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提出了一种固井用界面增强材料及其制备方法，旨在解决现有技术存在的上述技术问题。

2、本发明第一方面提出了一种固井用界面增强材料，包括以下重量份数的组分：100重量份的苯乙烯基系单体、30～50重量份丙烯酸酯类单体、5～10重量份氧化石墨烯、3～5重量份的有机硅氧烷、3～5重量份的阴离子单体、3～5重量份的阳离子单体、3～5重量份的大位阻交联剂、0.5～1.5重量份的光引发剂、200～300重量份的去离子水。

3、进一步地，上述固井用界面增强材料中，所述苯乙烯基系单体为苯乙烯、甲基苯乙烯或叔丁基苯乙烯。

4、进一步地，上述固井用界面增强材料中，所述丙烯酸酯类单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸十二酯或甲基丙烯酸异辛酯。

5、进一步地，上述固井用界面增强材料中，所述有机硅氧烷为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷或γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷。

6、进一步地，上述固井用界面增强材料中，所述阴离子单体为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸盐、对苯乙烯磺酸钠或2-甲基丙烯酰氧基乙磺酸盐。

7、进一步地，上述固井用界面增强材料中，所述阳离子单体为二烯丙基二甲基氯化铵、二烯丙基二乙基氯化铵或(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵。

8、进一步地，上述固井用界面增强材料中，所述大位阻交联剂为乙二醇二环戊烯基醚丙烯酸酯、乙二醇二环戊烯基醚甲基丙烯酸酯或季戊四醇三丙烯酸酯。

9、进一步地，上述固井用界面增强材料中，所述光引发剂为安息香双甲醚、二苯基-(2,4,6-三甲基苯甲酰)氧磷或2,2-二乙氧基苯乙酮。

10、本发明第一方面提供固井用界面增强材料，通过以两亲性大分子微球作为复合凝胶的刚性骨架，与引入的氧化石墨烯共同赋予材料良好的机械性能；大分子微球之间的再交联可以有效提高吸油网络容积和油品吸附速率，提高了吸油效果；改性氧化石墨烯优异的比表面积和疏水亲油特性可以实现对水中油相的选择性吸附，减小材料对水泥水化过程的影响；阴阳离子单体的引入提高了聚合反应的稳定性及材料在水泥浆中的分散性能，同时离子键的协同作用有助于提高材料及水泥石的韧性。

11、本发明第二方面提供了一种上述固井用界面增强材料的制备方法，包括以下步骤：

12、将适量有机硅氧烷均匀分散在无水乙醇中，得硅氧烷溶液，将氧化石墨烯分散在硅氧烷溶液中，在预设温度下搅拌一段时间后离心分离，并洗涤后再次分离、烘干，即可制得改性氧化石墨烯；

13、取0.5～1.5份光引发剂，均匀分散在5～15份去离子水中，即可得到引发剂溶液；

14、按照各组分的重量份数，在避光条件下向反应釜中加入苯乙烯基系单体、丙烯酸酯类单体、阴离子单体、阳离子单体、大位阻交联剂、光引发剂溶液和去离子水，搅拌溶解后，在氮气氛围下用紫外光引发第一预设时长，制得大分子微球水溶液；待温度冷却至室温后，向上述大分子微球水溶液中加入改性氧化石墨烯，搅拌混匀后在氮气氛围下，继续利用紫外光引发第二预设时长，制得复合聚合物水凝胶，将其干燥粉碎过筛后，即可得到固井用界面增强材料。

15、进一步的，上述固井用界面增强材料的制备方法中，所述第一预设时长为0.5-3h；所述第二预设时长为0.5-2h。

16、本发明第二方面提供的固井用界面增强材料的制备方法，采用分段光引发的聚合工艺，可通过光引发时间精确控制大分子微球自身及其形成的复合凝胶网络的交联度，实现对材料机械性能及吸油效果的平衡调控，同时具备低能耗高效率的优点。

技术特征：

1.一种固井用界面增强材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：100份苯乙烯基系单体、30～50份丙烯酸酯类单体、5～10份氧化石墨烯、3～5份有机硅氧烷、3～5份阴离子单体、3～5份阳离子单体、3～5份大位阻交联剂、0.5～1.5份光引发剂和200～300份去离子水。

2.根据权利要求1所述的固井用界面增强材料，其特征在于，所述苯乙烯基系单体为苯乙烯、甲基苯乙烯或叔丁基苯乙烯。

3.根据权利要求1所述的固井用界面增强材料，其特征在于，所述丙烯酸酯类单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸十二酯或甲基丙烯酸异辛酯。

4.根据权利要求1所述的固井用界面增强材料，其特征在于，所述有机硅氧烷为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷或γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷。

5.根据权利要求1所述的固井用界面增强材料，其特征在于，所述阴离子单体为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸盐、对苯乙烯磺酸钠或2-甲基丙烯酰氧基乙磺酸盐。

6.根据权利要求1所述的固井用界面增强材料，其特征在于，所述阳离子单体为二烯丙基二甲基氯化铵、二烯丙基二乙基氯化铵或(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵。

7.根据权利要求1所述的固井用界面增强材料，其特征在于，所述大位阻交联剂为乙二醇二环戊烯基醚丙烯酸酯、乙二醇二环戊烯基醚甲基丙烯酸酯或季戊四醇三丙烯酸酯。

8.根据权利要求1所述的固井用界面增强材料，其特征在于，所述光引发剂为安息香双甲醚、二苯基-(2,4,6-三甲基苯甲酰)氧磷或2,2-二乙氧基苯乙酮。

9.一种如上述权利要求1-8中任一项所述的固井用界面增强材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的固井用界面增强材料的制备方法，其特征在于，所述第一预设时长为0.5-3h；所述第二预设时长为0.5-2h。

技术总结
本发明提供了一种固井用界面增强材料及制备方法，包括以下重量份数的组分：100份的苯乙烯基系单体、30～50份丙烯酸酯类单体、5～10份氧化石墨烯、3～5份的有机硅氧烷、3～5份的阴离子单体、3～5份的阳离子单体、3～5份的大位阻交联剂、0.5～1.5份的光引发剂、200～300份的去离子水。本发明通过大分子微球之间的再交联可有效提高吸油网络容积和油品吸附速率，提高吸油效果；改性氧化石墨烯优异的比表面积和疏水亲油特性可以实现对水中油相的选择性吸附，减小材料对水泥水化过程的影响；阴阳离子单体的引入提高了聚合反应的稳定性及材料在水泥浆中的分散性能，同时离子键的协同作用有助于提高材料及水泥石的韧性。

技术研发人员：董子越,赵宝辉,侯薇,石凌龙,敖康伟,邹建龙,史为纪,邹双,李英杰,卢海川,夏元博,孙富全,武磊
受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/3