一种低温下低黏度快速封固井筒应急堵漏材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种低温下低黏度快速固化低温应急堵漏材料及其制备方法，属于钻井堵漏领域。

背景技术：

1、井漏是钻井工程中最常见的恶性事故，其不仅耗费钻井时间，损失大量钻井液，处理不当还可能引起井塌、井喷、卡钻等井下复杂事故，严重者会导致井眼报废，造成重大经济损失以及人身安全的威胁。

2、极地地区与常规地区相比，极地地区海面的年平均气温为-20～-50℃，许多海域海底的温度在0℃以下，海底冻土层的厚度可达200m，自然条件恶劣，地质条件复杂，生态环境极其脆弱，地质条件复杂，永久冻土、天然气水合物、浅层气广泛分布，钻井过程中易发生井下故障，安全高效钻井面临严重挑战。极地冻土层厚达千米，钻井过程中极易出现冻土融化和天然气水合物分解，造成井壁坍塌和井口下沉，井控和井筒安全面临很大挑战。冷海浅部地层欠压实，承载力低，安全密度窗口窄，钻井过程中易发生井眼失稳、井漏等井下故障。常规情况下多采用泥浆灌注修补井漏位置的方式进行堵漏，但传统的水泥粒径较大，无法完全渗透建立有效的密封隔离，这是常规技术的通病；且在低温条件下，会明显地延缓了水泥的水化,影响了水泥石抗压强度的发展，特别是在0℃以下时，由于水会结冰，可能会造成水泥浆在水化前水已经结冰，造成严重后果，有较大安全隐患；同时，井下压力和温度变化使套管和水泥护套膨胀或收缩，以致出现分离现象；此外，水泥的高密度和高黏度，以及候凝时间不可控性也限制了它的应用范围。而化学堵漏方向上，国内主要研究的是凝胶堵漏工艺，用的是交联类堵漏材料，能形成具有一定强度的高粘弹性凝胶，具有延展性，即使是极小的裂缝也能充分封堵。但凝胶封堵还无法实现据施工条件实现密度、黏度等调节，施工时间也难以适应；常规树脂堵漏，如环氧树脂，其本身黏度较大，而在极地等常年0℃以下的环境下，其黏度会更大甚至难以流动，难以满足现场需求。同时环氧树脂的固化温度范围大多在室温以上，对于极地条件下环氧树脂的固化较为困难。因此，针对极地地区的钻井堵漏材料还有较多可继续完善的地方。

3、针对低温下井筒的漏失问题，现有的普通堵漏材料和常规技术在材料本身性能或固化后的性能上不能有效满足工程要求。其难点主要表现在：低温对于堵漏材料本身的性能具有较高的要求。如：黏度要求较低，冰点较低，保证材料在低温下能够稳定存在。同时又要满足固化后的性能要求，固化时间不能过长，固化后强度达到要求。由此可见，针对低温下油气开发漏失这一难题，研究出新型高效的堵漏剂来适用极地等寒冷地区已是迫切需要。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种低温下低黏度快速固化低温应急堵漏材料，在低温下具有较低黏度且黏度可调，同时具有低温条件下快速固化且固化时间可控性的特点，同时通过对该材料改性，改善了其在低温常温固化过程中受氧气的阻聚作用而表面无法固化完全，造成漆膜表层发粘，易受溶剂腐蚀，导致机械强度较差的缺点；固化后材料在低温下具有较好韧性、力学强度大以及对各类低温地层有普适性的特点，可实现高效封堵。

2、本发明提供的低温下低黏度快速固井筒应急堵漏材料，由下述质量份的组分组成：

3、液体堵漏材料 45～60份；稀释剂 20～80份；增韧剂 5～15份；粘连剂 0.1～2份；调凝剂 0.1～1份；固化剂 1～10份；加速剂 0.1～1份；溶解剂 1～10份；

4、本发明低温下低黏度快速固井筒应急堵漏材料的组成具体可为下述任一种：

5、1)液体堵漏材料 45份；稀释剂 30份；增韧剂 8份；粘连剂 0.1份；调凝剂 0.1份；固化剂 3份；加速剂 0.1份；溶解剂 2份；

6、2)液体堵漏材料 50份；稀释剂 50份；增韧剂 10份；粘连剂 0.8份；调凝剂 0.5份；固化剂 6份；加速剂 0.3份；溶解剂 6份；

7、3)液体堵漏材料 60份；稀释剂 70份；增韧剂 12份；粘连剂 1.5份；调凝剂 0.8份；固化剂 9份；加速剂 0.5份。溶解剂 9份；

8、本发明低温下低黏度快速固井筒应急堵漏材料中，所述液体堵漏材料为烯丙基醚改性乙烯基树脂。

9、本发明烯丙基醚改性乙烯基树脂的制备方法包括如下步骤：

10、1)在三口烧瓶中按照摩尔比2.05：1加入甲基丙烯酸和环氧树脂e51，搅拌均匀；

11、2)再加入0.5wt％的三乙胺作为催化剂，0.02wt％的对苯醌作为阻聚剂；混合搅拌均匀后同时开启加热，在氮气氛围下，控制温度在110～120℃，反应2～3h；

12、3)测定其酸值；酸值在60～80mgkoh/g时，加入13～18％wt乙二醇单烯丙基醚，0.03％wt对苯醌，升温至150～160℃，继续反应2.5～3h，测定其酸值低于20mgkoh/g时结束反应，冷却至室温，即得到烯丙基醚改性乙烯基酯树脂。

13、本发明低温下低黏度快速固井筒应急堵漏材料中，所述稀释剂为乙醇、丙酮、苯乙烯和二乙烯基苯中的一种或多种；

14、所述增韧剂为聚氨酯(分子量5000)、聚乙烯醇、液体丁腈橡胶、聚苯乙烯(分子量50000)和纳米碳酸钙(3000目)中的一种或多种。

15、本发明低温下低黏度快速固井筒应急堵漏材料中，所述粘连剂为铬络合偶联剂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和锆类偶联剂中的一种或多种；

16、其中，所述硅烷偶联剂具体可为3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷或双(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物；

17、所述钛酸酯偶联剂具体可为钛酸四丁酯、三异硬脂酰基钛酸异丙酯、三钛酸异丙酯、二异硬酯酰基酞酸乙酯；

18、所述锆类偶联剂具体可为甲基丙烯酰氧基锆偶联剂、乳酸钠锆偶联剂或锆酸酯偶联剂；

19、所述调凝剂为环烷酸钴、异辛酸钴和异辛酸钒中的一种或多种。

20、本发明低温下低黏度快速固井筒应急堵漏材料中，所述固化剂为过氧化环己酮、过氧化二酰乙酮、过氧化-2，4-二氯苯酰和过氧化甲乙酮中的一种或多种。

21、本发明低温下低黏度快速固井筒应急堵漏材料中，所述调凝剂为环烷酸钴、异辛酸钴和异辛酸钒中的一种或多种。

22、本发明低温下低黏度快速固井筒应急堵漏材料中，所述加速剂为n、n-二甲基苯胺、n、n-二乙基苯胺和二甲基对甲苯胺中的一种或多种。

23、本发明低温下低黏度快速固井筒应急堵漏材料中，所述溶解剂为乙醇、邻苯二甲酸二辛酯、甲醇、甲苯、环己酮、二甲苯和乙腈中的一种或多种、

24、本发明低温下低黏度快速固井筒应急堵漏材料的制备方法，包括如下步骤：

25、1)将所述液体堵漏材料、所述稀释剂和所述粘连剂混合搅拌，然后边搅拌边加入所述增韧剂，搅拌12h以上保证所述增韧剂完全溶解，之后加入所述加速剂和所述调凝剂得到堵漏a剂；

26、2)将所述固化剂和所述溶解剂混合，得到堵漏b剂；

27、3)将所述堵漏b剂加入至所述堵漏a剂中搅拌均匀，在-15～5℃条件下进行固化即可。

28、本发明提供的钻井堵漏剂低温下为低黏度液体，低温固化后为高强度固体，液体黏度及固化温度和时间可按照需求设置，固化后在低温下兼具刚性和韧性，且固化后具有气干性，不再出现由于表面无法固化，造成表面漆膜发粘现象，提高了固化体的机械强度，同时与金属或玻璃岩石有较好粘接性。

29、本发明液体堵漏材料的基准样黏度为242mpa.s，在-15～5℃可调黏度范围为402mpa.s～76mpa.s，在低温下具有较低的黏度，固化后抗压强度可达到50mpa～99mpa，远大于水泥强度且具有较好的韧性。

30、本发明钻井堵漏剂可应用在解决低温条件下油气井封堵等工程问题，尤其是北部甚至极地等常年低温施工环境下的油气井封堵问题；同时也适用于常规地区冬季外部环境施工作业等情况。