一种提高固井第一界面胶结力的树脂涂料及其制备方法与流程

本发明涉及用于油气井固井中提高套管与水泥石间胶结力的树脂涂料及其制备方法。

背景技术

油气资源开采面临十分复杂的井下环境，为提高资源的采收率及产量，需要采取酸化、压裂等系列过程，都对固井过程及固井质量提出了很高的要求。多数油气井出现的问题都是水泥石界面的胶结状况恶化，破坏井下压力平衡、降低油气资源采收率。情况严重时破坏井壁和地层，严重影响固井质量。因此，提高水泥石与套管、井壁之间的胶结能力十分重要。套管与水泥环之间的胶结面称为固井第一界面，水泥环与地层间的胶结面称为固井第二界面。

对于第一界面而言，首先，由于套管钢和水泥环在显微结构、力学参数（硬度、弹性模量等）等方面的较大差异，导致两者相容性不好，界面处只能产生机械结合，产生较低附着力。其次，套管钢与水泥石的热膨胀系数也有较大差异，水泥在水化过程中和套管之间按照各自的膨胀系数先膨胀后收缩，从而引起套管与水泥环界面胶结质量差。影响界面结合强度的因素很多，也十分复杂，比如上述提到的异类材料在显微结构、力学和热学参数等方面存在的显著差异以及界面的吸附、润湿等。

现有文献主要集中在固井第二界面，但是对水泥环和套管构成的固井第一界面的研究较少。已有的研究工作主要包括：（1）套管外表面粘砂处理、对套管进行螺纹化及将两者结合起来处理套管，增加表面粗糙度，提高水泥石和套管之间的抗剪切力；（2）添加不同外掺料，控制掺量比对水泥浆进行改性，提高其与套管间的胶结性能；（3）在套管钢表面制备陶瓷过渡层，降低水泥石与套管钢界面处热应力，提高套管耐腐蚀性和水泥浆对套管钢的浸润性。

然而，由于井下环境会在一定温度范围和各种介质存在的条件下动态变化，情况十分复杂，没有一种方法能够适应不同环境下的固井需求。如在高温井、热采井中，粘砂的胶黏剂会软化甚至融化，发挥不了粘结作用；加入外掺量种类过多，不同物料之间容易产生物理化学作用，造成相互影响，有的外掺量如石膏等会弱化胶结强度；而施加陶瓷过渡层后套管与水泥石之间的界面结合效果并不理想。另外，有的方法成本较高，工艺过程复杂，目前对于套管粘砂技术，砂粒粒度、胶结剂厚度等因素对胶结强度的影响还缺乏系统的实验研究数据。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种提高固井第一界面胶结力的树脂涂料，该树脂涂料能有效提高固井第一界面胶结性能，克服由于界面薄弱问题引起的油、气、水窜漏和井下压力失衡，减少油气井破坏，提高油气井产量，具有广阔的市场应用前景。

本发明的另一目的还在于提供上述树脂涂料的制备方法，该方法原理可靠，操作简单，原料成本低易于实现，能形成效果稳定粘结性能强的树脂涂层，有助于解决油气井因界面原因导致的破坏，克服以往方法中存在的成本高、工艺复杂、实施困难等问题，可以有效提高资源开采的产量。

为达到以上技术目的，本发明采取以下技术方案。

一种提高固井第一界面胶结力的树脂涂料，由以下各组分按质量百分比组成：酚醛树脂25～35%，聚四氟乙烯2.5～5%，固化剂2～3%，稀释剂45～50%，氧化镁6～10%，微硅粉3～6%，偏高岭土3～5%。

所述稀释剂为丙酮和松香水的混合物，其体积比为1:1。

所述固化剂为nl型固化剂。

所述提高固井第一界面胶结力的树脂涂料的制备方法，过程如下：按质量百分比称取酚醛树脂25～35%，聚四氟乙烯2.5～5%，固化剂2～3%，稀释剂45～50%，氧化镁6～10%，微硅粉3～6%，偏高岭土3～5%，先将固化剂加入至酚醛树脂中，在60℃恒温水浴中不断搅拌至充分混合，加入稀释剂稀释均匀形成胶状溶液；再将聚四氟乙烯、氧化镁、微硅粉、偏高岭土添加至胶状溶液中继续搅拌均匀，然后进行超声波分散，时间20～30min。

将所述树脂涂料用于提高固井第一界面胶结力，是指将其用喷枪均匀喷涂在套管表面，喷涂厚度为1～2mm，喷涂时压力为0.5～1mpa，喷枪口距离套管表面约15～20cm，角度约为45°倾斜。

喷涂前，将套管进行丙酮超声清洗10min。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

（1）原料易获得，成本低，工艺简单，酚醛树脂还具有耐磨性好、易于加工成型等特点；

（2）喷涂过程简宜，便于现场施工，该涂料可以随着施工进度的不同随时调整配方，进而适应不同的油气井对水泥浆凝固快慢的要求。

附图说明

图1为喷涂前模拟套管与水泥石的界面体视形貌图。

图2为喷涂后模拟套管与水泥石的界面体视形貌图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步说明本发明。

需要说明的是，以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

实施例1

提高固井第一界面胶结力的树脂涂料的制备，依次包含以下步骤：

（1）称取酚醛树脂3.2g于烧杯中，再称取固化剂0.24g，与树脂混合后在60℃恒温水浴中不断搅拌30min；

（2）分别量取3毫升丙酮、3毫升松香水混合一起倒入树脂胶液中，搅拌分散10min，再称取0.3g聚四氟乙烯添加至稀释后的胶液中，搅拌均匀；

（3）称取微硅粉0.5g，偏高岭土0.5g和氧化镁0.8g，添加至稀释后的胶状溶液中继续搅拌均匀，然后进行超声波分散，时间30min。

提高固井第一界面胶结力的树脂涂料的性能测试，过程如下：

（1）用丙酮清洗模拟套管表面的油污杂质并自然晾干，把分散均匀的胶液用喷枪均匀喷涂在套管表面，厚度为1mm，喷涂压力0.5mpa，喷枪口距离套管表面约15cm，角度约为45°倾斜；最后，将喷涂后的模拟套管放在烘箱中，60℃固化4h；

（2）称取500克g级油井水泥，加入1%降失水剂及1.5%分散剂，水灰比0.5，高速搅拌均匀配制水泥浆，取出喷涂树脂后的模拟套管放在水泥浆中数秒，然后平缓取出，等涂层上的水泥浆水分蒸发一部分后重复上述步骤2～3次；

（3）把模拟套管试样放置一个小时左右，观察到涂层表面的水泥浆水分基本蒸发完，然后用保鲜膜将其包裹2层，放在装有去离子水的烧杯中，烧杯放在60℃的水浴锅中养护，3天后进行界面胶结强度测试，在养护过程中要不断往烧杯中加去离子水和水浴锅中加水，以防烧干，最终测得界面胶结强度为2.80mpa。

图1、2分别为喷涂前、后模拟套管与水泥石的界面体视形貌图。相比，可以看出图2喷涂后的模拟套管与水泥石的界面结合效果更佳。

实施例2

提高固井第一界面胶结力的树脂涂料的制备，依次包含以下步骤：

（1）称取酚醛树脂4g于烧杯中，再称取固化剂0.28g，与树脂混合后在60℃恒温水浴中不断搅拌30min；

（2）分别量取3.5毫升丙酮、3.5毫升松香水混合一起倒入树脂胶液中，搅拌分散10min，再称取0.4g聚四氟乙烯添加至稀释后的胶液中，搅拌均匀；

（3）称取微硅粉0.4g，偏高岭土0.5g和氧化镁0.9g，添加至稀释后的胶状溶液中继续搅拌均匀，然后进行超声波分散，时间30min。

提高固井第一界面胶结力的树脂涂料的性能测试，过程如下：

（1）用丙酮清洗模拟套管表面的油污杂质并自然晾干，把分散均匀的胶液用喷枪均匀喷涂在套管表面，厚度为1.5mm，喷涂压力0.5mpa，喷枪口距离套管表面约15cm，角度约为45°倾斜；最后，将喷涂后的模拟套管放在烘箱中，60℃固化4h；

（2）称取500克g级油井水泥，加入1%降失水剂及1.5%分散剂，水灰比0.5，高速搅拌均匀配制水泥浆，取出喷涂树脂后的模拟套管放在水泥浆中数秒，然后平缓取出，等涂层上的水泥浆水分蒸发一部分后重复上述步骤2～3次；

（3）把模拟套管试样放置一个小时左右，观察涂层表面的水泥浆水分基本蒸发完，然后用保鲜膜将其包裹2层，放在装有去离子水的烧杯中，烧杯放在60℃的水浴锅中养护，3天后进行界面胶结强度测试，在养护过程中要不断往烧杯中加去离子水和水浴锅中加水，以防烧干，最终测得界面胶结强度为2.65mpa。