一种树脂发泡堵漏剂及其制备方法与应用与流程

本发明涉及石油钻井，具体涉及一种树脂发泡堵漏剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、目前来说，裂缝性地层漏失通道大、漏失速率快，难以在裂缝内形成结构稳定的致密承压封堵层，现场钻井液堵漏作业难度大，通常造成严重的经济损失。随着对新材料的不断认识，越来越多的树脂被应用于钻井工程封堵和堵漏作业中。

2、近年来，针对钻井过程中的裂缝封堵难题，国内外学者开展了大量研究，以形状记忆树脂为主要原材料所制得的智能堵漏产品可以实现自动架桥封堵、保护储层,封堵时间以及启动温度均可进行调控。相变树脂具有相变的特性，具有形状记忆功能，可以更好进入裂缝内部，部分具有形变功能的树脂能自适应对裂缝进行有效封堵。如王照辉等，以热固性形状记忆环氧树脂作为基础材料，通过添加空心玻璃微珠改善了可压缩性能，形成了形状记忆环氧树脂复合泡沫，最后成功制备出具有不同响应温度和膨胀倍数的温敏可膨胀型智能堵漏剂smp-lcm。所研发的形状记忆泡沫堵漏剂属于温敏膨胀型堵漏材料，能够以较小尺寸进入漏层深处并在地层温度下发生膨胀，通过自身因形状记忆效应产生的恢复应力有效加固井眼而又不致压裂地层，进而提高井筒薄弱地层承压能力。人们逐渐认识到利用相变树脂包覆堵漏颗粒用来封堵和堵漏，将会有效提高封堵效果，特别是针对裂缝性漏失。

3、形状记忆树脂具有较高的强度和可压缩性，但压缩回复产生的是线性膨胀，而非体型膨胀。如果要获得更好的体型膨胀效果，则需要增大环氧树脂的原始体积，然后热压成型冷却后，才能再次升温到转变温度，获得体型膨胀的效果，更有助于自适应堵漏大裂缝。

4、因此，在复杂的钻井液环境中，需要进一步提高形状记忆树脂的膨胀性能和架桥封堵能力，以保障堵漏材料形状记忆功能的同时获得更好自适应效果。同时，还需提高堵漏材料的强度和韧性，以更好的提高堵漏层的堵漏效果。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是现有堵漏材料膨胀性能、架桥封堵能力以及强度和韧性较差，与裂缝匹配性差的问题，提供一种树脂发泡堵漏剂及其制备方法和应用，通过添加改性短切纤维增加堵漏材料膨胀效果，提高树脂发泡堵漏剂的强度和韧性，提高堵漏成功率。

2、为解决上述技术问题，本发明的第一方面提供一种树脂发泡堵漏剂，所述树脂发泡堵漏剂的制备原料包括树脂、发泡剂、固化剂、促进剂和改性短切纤维；

3、所述改性短切纤维通过硅烷偶联剂i-埃洛石分散液浸渍以及成膜剂包覆得到。

4、根据本发明的一些实施方式，所述树脂发泡堵漏剂的制备原料中，树脂的量为100重量份、发泡剂的量为1～2重量份、固化剂的量为0.01～1重量份、促进剂的量为0.3～1重量份、改性短切纤维的量为0.5～2重量份；优选地，所述树脂发泡堵漏剂的制备原料中，树脂的量为100重量份、发泡剂的量为1～2重量份、固化剂的量为0.04～1重量份、促进剂的量为0.32～1重量份、改性短切纤维的量为0.5～2重量份。

5、根据本发明的一些实施方式，所述树脂选自双酚a型环氧树脂(e51)、聚氨酯树脂、三环氧基团环氧树脂中的至少一种。

6、根据本发明的一些实施方式，所述发泡剂为膨胀微球，优选选自膨胀微球ws606和/或膨胀微球msh550。

7、根据本发明的一些实施方式，所述固化剂选自酸酐类固化剂和/或多元胺类固化剂；优选地，所述酸酐类固化剂选自甲基六氢苯酐、邻苯二甲酸酐、四氢苯酐中的至少一种；所述多元胺类固化剂选自乙烯四胺、聚醚胺、4,4'-二氨基二环己基甲烷中的至少一种；更优选地，所述固化剂包括，优选地由酸酐类固化剂和多元胺类固化剂组成，酸酐类固化剂和多元胺类固化剂的质量比为(4-9)：1，优选(4.75-9)：1。

8、根据本发明的一些实施方式，所述促进剂选自二苯氨基甲烷(ddm)和/或n,n-二甲基苄胺(bdma)。

9、根据本发明的一些实施方式，所述改性短切纤维的制备方法包括：

10、(1)将短切纤维在硅烷偶联剂i-埃洛石分散液中浸渍，得到初改性短切纤维；

11、(2)将步骤(1)得到的初改性短切纤维与成膜剂进行第一混合，得到改性短切纤维。

12、根据本发明的一些实施方式，所述短切纤维选自玻璃纤维、聚氨酯纤维、聚酯纤维中的至少一种；和/或，所述成膜剂选自聚乙烯(pe)乳液、聚氯乙烯(pvc)乳液、聚丙烯(pp)乳液中的至少一种。

13、根据本发明的一些实施方式，所述短切纤维的长度为1mm～5mm。

14、根据本发明的一些实施方式，所述短切纤维和硅烷偶联剂i-埃洛石分散液的比例为(5-30)g：(70-95)ml；和/或，所述初改性短切纤维与成膜剂的比例为(10-20)g：(80-90)ml。

15、根据本发明的一些实施方式，步骤(1)中，所述浸渍的条件包括：温度为30℃～60℃，时间为2h～5h。

16、根据本发明的一些实施方式，步骤(1)中，还包括在所述浸渍后进行第一干燥；优选地，所述第一干燥的条件包括：温度为103℃～120℃，时间为2h～4h。

17、根据本发明的一些实施方式，步骤(2)中，所述第一混合的条件包括：温度为60℃～90℃，时间为1h～3h，搅拌速率为200r/min～500r/min。

18、根据本发明的一些实施方式，所述硅烷偶联剂i-埃洛石分散液的制备方法包括：

19、1-1)将埃洛石、正硅酸乙酯(teos)和硅烷偶联剂i依次分散在氨水和无水乙醇的混合液中，反应，得到产物；

20、1-2)将步骤1-1)中得到的产物在无水乙醇中进行第二超声分散，加入硅烷偶联剂ii，进行第三超声分散，得到所述硅烷偶联剂i-埃洛石分散液。

21、根据本发明的一些实施方式，步骤1-1)中，所述埃洛石、正硅酸乙酯和硅烷偶联剂i的质量比为10：(4-6)：(4-6)，优选10：5：5。

22、根据本发明的一些实施方式，步骤1-1)中，所述硅烷偶联剂i选自氨丙基三乙氧基硅烷和/或甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。

23、根据本发明的一些实施方式，步骤1-1)中，所述氨水和无水乙醇的混合液中氨水和无水乙醇的质量比为(4-5)：1，优选5：1。其中，氨水的质量浓度为5％～35％。

24、根据本发明的一些实施方式，步骤1-1)中，所述埃洛石、正硅酸乙酯和硅烷偶联剂i的总质量与所述氨水和无水乙醇的混合液的比例为(3-10):(90-97)。

25、根据本发明的一些实施方式，步骤1-1)中，包括在所述反应之前进行第一超声分散；优选地，所述第一超声分散的条件包括：温度为20℃～30℃，时间为30分钟～50分钟。

26、根据本发明的一些实施方式，步骤1-1)中，所述反应的条件包括：温度为60℃～80℃，时间为30分钟～50分钟；和/或，所述反应之后还包括室温下搅拌24小时(均匀分散，防止颗粒聚集)。

27、根据本发明的一些实施方式，步骤1-1)中，还包括在所述反应后进行第二干燥；优选地，所述第二干燥的条件包括：温度为30℃～50℃，时间为1h～5h。

28、根据本发明的一些实施方式，步骤1-2)中，所述无水乙醇和硅烷偶联剂ii的体积比为100：(0.5-2)。

29、本发明中，所述硅烷偶联剂i-埃洛石分散液制备时，埃洛石与硅烷偶联剂i的比例为4g：0.5-2ml。

30、根据本发明的一些实施方式，步骤1-2)中，所述第二超声分散的条件包括：温度为20℃～30℃，时间为30分钟～50分钟。

31、根据本发明的一些实施方式，步骤1-2)中，所述硅烷偶联剂ii选自kh550、kh560、kh792中的至少一种；所述硅烷偶联剂ii的加入量为0.5％～2％。

32、根据本发明的一些实施方式，步骤1-2)中，所述第三超声分散的条件包括：温度为20℃～30℃，时间为30分钟～50分钟。

33、本发明的第二方面提供一种上述第一方面提供的树脂发泡堵漏剂的制备方法，包括：在树脂中依次加入发泡剂、固化剂、促进剂和改性短切纤维，进行第二混合，固化，得到所述树脂发泡堵漏剂。

34、根据本发明的一些实施方式，所述制备方法还包括：在加入发泡剂、固化剂、促进剂和改性短切纤维之前，对所述树脂进行加热预处理；优选地，所述加热预处理的条件包括：温度为60℃～70℃，时间为10min～15min。

35、根据本发明的一些实施方式，所述第二混合的条件包括：温度为20℃～30℃，时间为30分钟～50分钟。

36、根据本发明的一些实施方式，所述固化包括第一固化和第二固化；优选地，所述第一固化的条件包括：温度为100℃～110℃，时间为1h～3h；所述第二固化的条件包括：温度为130℃～150℃，时间为2h～5h。

37、根据本发明的一些实施方式，本发明所述树脂发泡堵漏剂固化之后还包括压制和粉碎；优选地，所述压制之前包括预热；更优选地，所述预热的条件包括：温度为134℃～144℃，时间为20min～30min。

38、根据本发明的一些实施方式，所述压制包括：将固化得到的树脂发泡堵漏剂置于134℃～144℃温度下预热20min～30min，加压1mpa，自动卸压后，再加压1mpa，等再次卸压后，再加压1mpa，自动卸压后降至室温。

39、根据本发明的一些实施方式，所述压制后还包括油浴加热；优选地，所述油浴加热包括：在初始温度为100℃的条件下，以10℃的梯度缓缓升温至150℃，直至样块形状无明显回复。

40、根据本发明的一些实施方式，所述粉碎之前包括脆化；优选地，所述压制后的树脂发泡堵漏剂置于液氮中30min以完成脆化；更优选地，所述脆化后进行粉碎、筛分，粉碎后的树脂发泡剂的目数为10目～50目。

41、本发明的第三方面提供上述第一方面所述的树脂发泡堵漏剂或第二方面所述制备方法制备得到的树脂发泡堵漏剂在裂缝性地层漏失堵漏中的应用。

42、本发明中裂缝性地层漏失指天然裂缝发育或微裂缝、孔隙较发育地层或易出现诱导裂缝地层所导致的钻井液漏失。

43、本发明所述树脂发泡堵漏剂进行堵漏的原理是树脂具有形状记忆功能，达到玻璃化转变温度后会发生相变，并发生形变。本发明所述树脂发泡堵漏剂适用于漏失裂缝尺寸(0.4mm～2.7mm)以及地层温度(130℃～150℃)，在达到需要封堵的层位前，达到相变温度发生相变，从而更好的进入到裂缝内部，架桥形成堵漏层，从而完成堵漏。

44、有益效果：

45、本发明提供的树脂发泡堵漏剂，具有良好韧性和较高的强度，同时发泡后具有一定的膨胀量，可在形变后发生膨胀，从而在进入裂缝后，更好的进行架桥和封堵，形成更致密的堵层，在较高地层压力下不容易不会被排挤出裂缝或者破碎，可通过良好的变形能力进行裂缝内部实施堵漏，提高堵漏效果。

46、本发明提供的树脂发泡堵漏剂，制备过程中通过对短切纤维进行表面改性，使得改性后的短切纤维含有硅烷偶联剂i、成膜剂等材料，极大的提高了短切纤维、埃洛石等与树脂的适应性和结合能力，同时提高了树脂发泡堵漏剂抗温性能，有助于在复杂的钻井液环境中更好的发挥封堵作用。

47、本发明提供的树脂发泡堵漏剂，内部加入短切纤维、埃洛石等材料，对堵漏材料起到了很好的增韧作用，机械性能得到大幅提升，同时有效提高堵漏剂的架桥能力，有助于提高其在裂缝中的滞留能力，从而可进一步提高较大裂缝的堵漏效果。