CN112341999A - 一种环氧树脂固井封堵体系及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种环氧树脂固井封堵体系及其制备方法和应用，其中封堵体系含有如下质量份数的各组分：环氧树脂100份，固化剂A 5‑25份，固化剂B 5‑30份，固化剂C 2‑40份，密度调节剂0‑200份。本发明提供的树脂封堵体系具有凝固时间可调，体系密度可调，抗压强度高及柔韧性好等特点，适用于环空带压井的治理，可有效地解决井下油、水、气层间互窜等问题。

Description

一种环氧树脂固井封堵体系及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种固井封堵体系，特别是涉及一种环氧树脂固井封堵体系及其制备方法和应用。
背景技术
水泥石的封隔性主要依靠水泥石的超低渗透性，但水泥石是碱性材料固化体，易受到酸性介质的腐蚀，而腐蚀使水泥石的胶结结构破坏，渗透性增大，易在环空形成窜流通道。因为水泥的自身特性导致胶结性差、固井质量差、全生命周期封隔性差等问题，固井后期在复杂地层易出现固井胶结薄弱，在后续作业中形成微环隙或微裂缝等，从而导致环空带压，严重影响后续开采作业。而树脂是液体材料，易进入微裂缝、微孔隙、微环隙，具有优良的胶结能力(远高于水泥)，同时可进入泥浆滤饼，胶结泥浆颗粒材料，提高两界面的胶结强度，同时可对形成的微裂缝或微环隙进行封堵，解决环空带压的问题；树脂固化体是分子水平的空间网络结构，具有高强度、高弹韧性和低渗透性的有点，这些特性可完全能克服水泥固井的固有问题。
现有树脂封堵体系有亲水型和亲油型两种树脂体系，亲水型体系在有水的环境下凝固不完全或抗压强度锐减，不利于井下含水环境的施工。亲油型树脂应用较多，但体系粘度较大，密度范围比较窄，凝固时间不易调节，凝固后存在一定脆性，仅能满足部分井的施工要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种环氧树脂固井封堵体系及其制备方法和应用，该固井封堵体系的组成简单，密度跨度大，应用范围广泛，生产工艺简单，施工成本低。对泥浆污染小，与水泥环、套管等胶结强度高。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种环氧树脂固井封堵体系，含有如下质量份数的各组分：环氧树脂100份；固化剂A5-25份；固化剂B 5-30份；固化剂C 2-40份；密度调节剂0-200份。
优选的，前述的环氧树脂固井封堵体系中，其中所述环氧树脂固井封堵体系含有如下质量份数的各组分：环氧树脂100份；固化剂A5-20份；固化剂B 5-15份；固化剂C 5-23份；密度调节剂0-160份。
优选的，前述的环氧树脂固井封堵体系中，其中所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、线型脂肪族类环氧树脂和脂环族类环氧树脂中的一种。
优选的，前述的环氧树脂固井封堵体系中，其中所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂，所述双酚A型环氧树脂中添加有占其质量5wt％-15wt％的稀释剂；所述稀释剂选自醋酸乙酯和醋酸丁酯中的一种。
优选的，前述的环氧树脂固井封堵体系中，其中所述的固化剂A为脂肪族聚胺混合物；所述脂肪族聚胺混合物按质量百分比计的组成为：聚醚胺80％-90％；二乙烯三胺10％-20％。
优选的，前述的环氧树脂固井封堵体系中，其中所述脂肪族聚胺混合物按质量百分比计的组成为：聚醚胺90％；二乙烯三胺10％。
优选的，前述的环氧树脂固井封堵体系中，其中所述的固化剂B为脂肪族胺，所述脂肪族胺选自5-氨基-1,3,3-三甲基环己甲胺和三甲基六亚甲基二胺中的一种，优选为5-氨基-1,3,3-三甲基环己甲胺。
优选的，前述的环氧树脂固井封堵体系中，其中所述的固化剂C选自芳基二乙基-芳基-甲基苯二胺、二乙基甲苯二胺和1,2-二氨基环己烷中的一种。
优选的，前述的环氧树脂固井封堵体系中，其中所述密度调节剂选自铁矿粉、重晶石和碳酸钙中的一种。
优选的，前述的环氧树脂固井封堵体系中，其中所述密度调节剂为铁矿粉，密度4.80g/cm3，粒径大于120目。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种环氧树脂封堵体系的制备方法，包括以下步骤：将固化剂A、固化剂B及固化剂C按比例依次加入环氧树脂中，混拌均匀，得到环氧树脂固井封堵体系。
优选的，前述的环氧树脂固井封堵体系的制备方法中，其中还包括：在混拌均匀后，按比例加入密度调节剂，混拌均匀。
优选的，前述的环氧树脂固井封堵体系的制备方法中，其中所述混拌的转速为500～1500转/分，高速下搅拌可使密度调节剂混拌更加均匀，浆体更加稳定。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。依据本发明提出的一种环氧树脂固井封堵体系的使用方法，包括以下步骤：将所述的环氧树脂固井封堵体系填充于水泥环和套管之间的缝隙或裂缝中，凝固即可。
优选的，前述的环氧树脂固井封堵体系的使用方法，其中包括以下步骤：将所述的环氧树脂固井封堵体系根据预先测试的吸入量，填充于水泥环和套管之间的缝隙或裂缝中，凝固即可。
借由上述技术方案，本发明提供的环氧树脂高强度固井封堵体系及其制备方法和应用，至少具有下列优点：
1、本发明提供的环氧树脂高强度固井封堵体系，其原材料性能稳定，制备方法简单，有利于现场施工作业；
2、本发明提供的环氧树脂高强度固井封堵体系，其与前置液(冲洗液)、水泥环和泥浆胶结强度良好，环空界面胶结强度高。该环氧树脂高强度固井封堵体系可满足现场施工条件，使用温度为20-120℃；
3、本发明提供的环氧树脂高强度固井封堵体系，凝固时间可控且抗压强度高，封堵成功率高，在油田可推广使用。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
附图说明
图1为本发明的试模结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种环氧树脂高强度固井封堵体系及其制备方法和应用，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
本发明提供了一种环氧树脂固井封堵体系，含有如下质量份数的各组分：环氧树脂100份；固化剂A5-25份；固化剂B 5-30份；固化剂C 2-40份；密度调节剂0-200份。
具体实施时，所述环氧树脂固井封堵体系可以优选为含有如下质量份数的各组分：环氧树脂100份；固化剂A5-20份；固化剂B 5-15份；固化剂C 5-23份；密度调节剂0-200份。这样优选后，树脂体系密度可调，流动度良好，泵送压力低，可满足不同井型的井进行环空封堵作业，同时该发明树脂体系稠化时间可调，胶结强度高，封堵效果明显，一次性成功率高。
具体实施时，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、线型脂肪族类环氧树脂和脂环族类环氧树脂中的一种。
具体实施时，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂，所述双酚A型环氧树脂中添加有占其质量5wt％-15wt％的稀释剂；所述稀释剂选自醋酸乙酯和醋酸丁酯中的一种。该双酚A型环氧树脂固化时基本上不产生小分子挥发物，可低压成型，能溶于多种溶剂；固化物有很高的强度和粘结强度，有较高的耐腐蚀性和电性能，有一定的韧性和耐热性。加入稀释剂后，粘度更低，反应更充分，更有利现场施工，胶结质量更好。
具体实施时，所述的固化剂A为脂肪族聚胺混合物；所述脂肪族聚胺混合物按质量百分比计的组成为：聚醚胺80％-90％；二乙烯三胺10％-20％。
具体实施时，所述脂肪族聚胺混合物按质量百分比计的组成为：聚醚胺90％；二乙烯三胺10％；这样优选后形成的混合物固化剂A具有粘度低，流动度高，浸润性能好等特点，可使环氧树脂在低温下快速固化，抗压强度高，可作为加速剂使用。
具体实施时，所述固化剂B为脂肪族胺，所述脂肪族胺选自5-氨基-1,3,3-三甲基环己甲胺和三甲基六亚甲基二胺中的一种，优选为5-氨基-1,3,3-三甲基环己甲胺；这样优选后的固化剂粘度低，与环氧树脂凝固后力学性能较良好，凝固速度适中，可用于中深井封堵体系使用。
具体实施时，所述固化剂C选自芳基二乙基-芳基-甲基苯二胺、二乙基甲苯二胺和1,2-二氨基环己烷中的一种，优选为芳基二乙基-芳基-甲基苯二胺；这样优选后的固化剂粘度低，与环氧树脂凝固后力学性能良好，凝固速度较慢，慢速固化，不仅可用于降低固化速度，还可用于深井封堵体系使用。
具体实施时，所述密度调节剂选自铁矿粉、重晶石和碳酸钙中的一种。
具体实施时，所述密度调节剂为铁矿粉，密度4.80g/cm3，粒径大于120目且小于400目；若铁矿粉的粒径小于120目，与环氧树脂易出现分离沉降；若铁矿粉的粒径大于400目，与环氧树脂混合易出现浆体增稠，流动性极低，不利于现场施工。
本发明还提供了一种环氧树脂封堵体系的制备方法，包括以下步骤：将固化剂A、固化剂B及固化剂C按比例依次加入环氧树脂中，混拌均匀，得到环氧树脂固井封堵体系。
具体实施时，还包括：在混拌均匀后，按比例加入密度调节剂，混拌均匀，这样可以更好地调节密度，以满足不同井况的井施工。
具体实施时，所述混拌的转速为500～1500转/分，高速下搅拌可使密度调节剂混拌更加均匀，浆体更加稳定，形成高强度环氧树脂封堵体系，使封堵体系密度达到设计要求。
本发明还提供了一种环氧树脂固井封堵体系的使用方法，包括以下步骤：将所述的环氧树脂固井封堵体系填充于水泥环和套管之间的缝隙或裂缝中，凝固即可。
具体实施时，所述使用方法包括以下步骤：将所述的环氧树脂固井封堵体系根据预先测试的吸入量，填充于水泥环和套管之间的缝隙或裂缝中，凝固即可。
具体实施时，固井后出现井口带压，导致带压的因素是井下水泥环与地层或套管封固质量不好，出现上窜通道；抑或是固井后续钻进作业导致封固薄弱处出现裂缝或裂纹，形成上窜通道。在这些通道中充满了泥浆，所以在用树脂进行封堵时，树脂体系与接触面都形成稳固的空间网状结构，胶结强度高，封堵了上窜通道，解决井口带压问题。胶结强度高的封堵体系，通过调节固化剂的加量，确定封堵体系的凝固时间，通过密度调节剂调节封堵体系密度，使其满足现场井下施工要求。
本发明还提供了一种环氧树脂固井封堵体系的胶结强度测试方法，包括以下步骤：将上述的树脂封堵体系倒入预先准备好的图1所示的试模20中，在60℃*21MPa条件下养护72小时凝固后进行胶结强度测试，得到所述的胶结强度。
具体实施时，所述胶结强度测试具体包括：
将图1所示的试模20在油基泥浆中浸泡10min后，用清水在100转/min转速下对试模进行冲洗5min后，将上述的树脂封堵体系泥浆倒入试模20中，在60℃，压力21MP的条件下养护凝固72h，得到所述胶结强度，之后对各实施例及对比例的胶结强度进行测试。
如图1所示，上述的试模20包括管腔21，所述管腔21的两端分别螺纹连接有上盖及下盖(图中未示出)，管腔21的腔壁用于胶结树脂。
实施例1
本实施例提供了一种环氧树脂固井封堵体系，含有如下质量份数的各组分：环氧树脂100份；固化剂A 15份；固化剂B10份；固化剂C10份；密度调节剂0份。
实施例2
本实施例提供了一种环氧树脂固井封堵体系，含有如下质量份数的各组分：环氧树脂100份；固化剂A 5份；固化剂B 7份；固化剂C 23份；密度调节剂0份。
实施例3
本实施例提供了一种环氧树脂固井封堵体系，含有如下质量份数的各组分：环氧树脂100份；固化剂A 5份；固化剂B 7份；固化剂C 23份；密度调节剂30份。
实施例4
本实施例提供了一种环氧树脂固井封堵体系，含有如下质量份数的各组分：环氧树脂100份；固化剂A 5份；固化剂B 7份；固化剂C 23份；密度调节剂90份。
实施例5
本实施例提供了一种环氧树脂固井封堵体系，含有如下质量份数的各组分：环氧树脂100份；固化剂A 5份；固化剂B 7份；固化剂C 23份；密度调节剂160份。
实施例6
本实施例提供了一种环氧树脂固井封堵体系，含有如下质量份数的各组分：环氧树脂100份；固化剂A 10份；固化剂B 25份；固化剂C15份；密度调节剂120份。
实施例7
本实施例提供了一种环氧树脂固井封堵体系，含有如下质量份数的各组分：环氧树脂100份；固化剂A 20份；固化剂B15份；固化剂C10份；密度调节剂160份。
实施例8
本实施例提供了一种环氧树脂固井封堵体系，含有如下质量份数的各组分：环氧树脂100份；固化剂A 25份；固化剂B 7份；固化剂C 2份；密度调节剂160份。
实施例9
本实施例提供了一种环氧树脂固井封堵体系，含有如下质量份数的各组分：环氧树脂100份；固化剂A 20份；固化剂B 6份；固化剂C 30份；密度调节剂200份。
实施例10
本实施例提供了一种环氧树脂固井封堵体系，含有如下质量份数的各组分：环氧树脂100份；固化剂A 5份；固化剂B 30份；固化剂C 40份；密度调节剂180份。
对比例1
本实施例提供了一种环氧树脂体系，含有如下质量份数的各组分：环氧树脂100份；固化剂A 35份；固化剂B 0份；固化剂C 0份；密度调节剂0份。
对比例2
本实施例提供了一种环氧树脂体系，含有如下质量份数的各组分：环氧树脂100份；固化剂A 0份；固化剂B 35份；固化剂C 0份；密度调节剂0份。
对比例3
本实施例提供了一种环氧树脂体系，含有如下质量份数的各组分：环氧树脂100份；固化剂A 0份；固化剂B 0份；固化剂C 35份；密度调节剂0份。
对比例4
本实施例提供了一种环氧树脂体系，含有如下质量份数的各组分：环氧树脂100份；固化剂A 5份；固化剂B 30份；固化剂C 0份；密度调节剂0份。
对比例5
本实施例提供了一种环氧树脂体系，含有如下质量份数的各组分：环氧树脂100份；固化剂A 0份；固化剂B 7份；固化剂C 28份；密度调节剂0份。
对比例6
本实施例提供了一种环氧树脂体系，含有如下质量份数的各组分：环氧树脂100份；固化剂A 12份；固化剂B 0份；固化剂C 23份；密度调节剂0份。
测定环氧树脂固井封堵体系和水泥石胶结强度并统计相关数据。测试结果见表1。
表1实施例1-8制得的环氧树脂固井封堵体系及对比例1-6制得的环氧树脂体系的性能
Figure BDA0002738814290000091
Figure BDA0002738814290000101
从表1中树脂封堵体系的密度、稠化时间以及凝固体的力学性能数据可以得出，在对比例1-3中，单独使用固化剂A、固化剂B和固化剂C的树脂体系稠化时间不易调节，且凝固后脆性较大，弹性低，不能满足现场施工要求；而对比例4-6中，固化剂A、固化剂B和固化剂C两两组合的树脂体系稠化时间不易调节，且凝固后弹性较低，也不能满足现场施工要求；需要将三种固化剂进行合理的搭配优选出稠化时间可调，凝固后胶结强度高、抗压强度适中且具有一定弹性的配方，即实施例1-2，且实施例2的性能最佳。实施例3～8则是通过加入密度调节剂，提高树脂封堵体系的密度，通过实验数据可以看出，封堵体系密度在1.30～190g/cm3范围内可调，稠化时间在240～360min之间，满足现场施工时间要求，抗压强度＞24MPa，胶结强度＞3.5MPa，凝固体力学性能良好，满足井下封堵要求。将实施例3与实施例2相比，在其余组分相同，加入密度调节剂的情况下，所得环氧树脂固井封堵体系的密度降低，可以满足不同井况的井施工。其中，固化剂A的固化速度快，随着添加量的增加，固化时间缩短，抗压强度增高，但脆性表现比较明显。固化剂B的固化速度适中，凝固后力学性能良好，具有一定的弹性，抗压强度适中。固化剂C的固化速度较慢，凝固后力学性能良好，弹性较好，抗压强度适中。在应用中三种固化剂搭配使用，可提高体系的综合性能，扩大体系的使用温度范围和密度范围。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
本发明中所述的数值范围包括此范围内所有的数值，并且包括此范围内任意两个数值组成的范围值。本发明所有实施例中出现的同一指标的不同数值，可以任意组合，组成范围值。
本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (11)

1.一种环氧树脂固井封堵体系，其特征在于，含有如下质量份数的各组分：
Figure FDA0002738814280000011
2.根据权利要求1所述的环氧树脂固井封堵体系，其特征在于，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、线型脂肪族类环氧树脂和脂环族类环氧树脂中的一种。
3.根据权利要求2所述的环氧树脂固井封堵体系，其特征在于，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂，所述双酚A型环氧树脂中添加有占其质量5wt％-15wt％的稀释剂；所述稀释剂选自醋酸乙酯和醋酸丁酯中的一种。
4.根据权利要求1所述的环氧树脂固井封堵体系，其特征在于，所述固化剂A为脂肪族聚胺混合物；所述脂肪族聚胺混合物按质量百分比计的组成为：聚醚胺80％-90％；二乙烯三胺10％-20％。
5.根据权利要求4所述的环氧树脂固井封堵体系，其特征在于，所述脂肪族聚胺混合物按质量百分比计的组成为：聚醚胺90％；二乙烯三胺10％。
6.根据权利要求1所述的环氧树脂固井封堵体系，其特征在于，所述的固化剂B为脂肪族胺，所述脂肪族胺选自5-氨基-1,3,3-三甲基环己甲胺和三甲基六亚甲基二胺中的一种。
7.根据权利要求1所述的环氧树脂固井封堵体系，其特征在于，所述的固化剂C选自芳基二乙基-芳基-甲基苯二胺、二乙基甲苯二胺和1,2-二氨基环己烷中的一种。
8.根据权利要求1所述的环氧树脂固井封堵体系，其特征在于，所述的密度调节剂选自铁矿粉、重晶石和碳酸钙中的一种。
9.一种权利要求1-8中任一项所述的环氧树脂固井封堵体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将固化剂A、固化剂B及固化剂C按比例依次加入环氧树脂中，混拌均匀，得到环氧树脂固井封堵体系。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，还包括：在混拌均匀后，按比例加入密度调节剂，混拌均匀。
11.一种权利要求1-8中任一项所述的环氧树脂固井封堵体系的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述的环氧树脂固井封堵体系填充于水泥环和套管之间的缝隙或裂缝中，凝固即可。
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