本發明屬于油氣固井，具體涉及一種固井用結晶沉淀型自愈合劑及其制備方法和應用。

背景技術：

1、固井水泥石屬于硬脆性材料，在井下服役期間由于各種的應力應變，很難避免出現微裂縫，當水泥石出現微裂縫將導致固井密封失效。最直接的解決方法是擠水泥或者擠樹脂封堵作業，但是擠注作業風險大成本高。

2、水泥石微裂縫自愈合技術是解決固井失效的有效方式。目前自愈合機理主要有三種：遇地層水或者烴類膨脹堵塞孔隙；結晶沉淀堵塞孔隙；微膠囊釋放固化材料。其中纖維微膠囊不適用于固井泵注的高剪切條件。遇地層水或者烴類膨脹堵塞孔隙其優點反應迅速，但是在井下材料耐久性差。結晶沉淀堵塞孔隙優點材料耐久性好，但是反應慢，需要幾十天才能達到愈合，并且難以修復大裂縫。

3、硅酸鈉可以與水泥漿中的鈣離子反應形成硅酸鈣凝膠沉淀，該反應進程快，形成的硅酸鈣具有粘附性能，若能夠將硅酸鈉在水泥漿中應用作為結晶沉淀型自愈合劑，將可以有效解決水泥石微裂縫導致的密封失效問題。但是硅酸鈉直接加入水泥漿中將會使水泥漿快速固化，嚴重影響泵注安全。

技術實現思路

1、針對現有技術中的問題，本發明提供了一種固井用結晶沉淀型自愈合劑及其制備方法，并將其應用于油氣井固井中。該自愈合劑是將硅酸鈉進行封裝包覆而制備，在包覆過程中提供潛在鈣源，當水泥石受應力發生損傷，包覆的硅酸鈉釋放，與鈣源反應，在水泥石微裂縫中較快的形成硅酸鈣富集，相較于常規結晶沉淀型自愈合劑，加速了自愈合進程且作用時間長久。

2、本發明所述的一種固井用結晶沉淀型自愈合劑，其原料組成為：硅酸鈉1-7份，成球物料1-4份，樹脂4-6份，飽和硅酸鈉溶液0.2-0.5份，分散劑0.5-1.5份。

3、其中，成球物料為偏高嶺土與礦渣的混合物，偏高嶺土與礦渣的比例為1：1-2：1，其粒徑為300-2000目。

4、所述樹脂為酚醛樹脂和環氧樹脂的混合物，以質量比計，酚醛樹脂：環氧樹脂=3:1-5:1。

5、所述的分散劑為氫氧化鈣粉末或硫酸鈣粉末，粒徑為800-2000目。

6、所述的固井用結晶沉淀型自愈合劑的制備方法，其具體步驟為：

7、（1）將硅酸鈉和成球物料倒入圓盤造粒機，邊旋轉造粒邊噴淋飽和硅酸鈉溶液，得到顆粒i；噴淋硅酸鈉溶液可以將成球物料粘結在硅酸鈉顆粒表面。同時，飽和硅酸鈉溶液可以防止硅酸鈉顆粒被溶解。

8、（2）將顆粒i煅燒，得到顆粒ii；煅燒后，顆粒i會具有一定的強度，方便后續在其表面包覆樹脂。否則，顆粒ii受到外力，就會破碎。煅燒溫度為600℃-900℃。

9、（3）配置酚醛樹脂和環氧樹脂混合體系，將顆粒ii與樹脂混合體系混拌均勻，加入分散劑，將包覆樹脂的顆粒ii分散，得到顆粒iii；顆粒ii與樹脂混合體系的質量比為10：3~2：1。

10、（4）顆粒iii加熱養護形成結晶沉淀型自愈合劑。常溫下樹脂固化時間長達24h，且常溫下固化的樹脂交聯程度不高，進而導致包裹封裝效果較差。加熱養護后可將樹脂固化時間縮短至1h，且加熱固化的樹脂交聯程度高。養護溫度為85-95℃。

11、本發明使用偏高嶺土和礦渣，具有以下作用：（1）能保證硅酸鈉較好分散；（2）既對硅酸鈉顆粒起到保護作用，又在一定程度上實現了硅酸鈉的緩釋，而且保證了自愈合劑具有一定強度。

12、本發明采用酚醛樹脂和環氧樹脂復配，酚醛樹脂用量為主，主要是利用酚醛樹脂固化后具有脆性，當水泥石受應力破壞時，酚醛樹脂包覆層能發生破壞，釋放硅酸鈉。摻入環氧樹脂的作用是增加酚醛樹脂的粘度，可以更好的粘附在微球顆粒表面。樹脂在微球表面形成一層連續的保護膜，與偏高嶺土和礦渣形成的包覆層共同作用，進一步增強對硅酸鈉的保護，保證在配漿及水泥石固化過程中產生微裂縫之前，硅酸鈉不會釋放出來。同時，保證在水泥石產生微裂縫后，為硅酸鈉及時釋放提供通道。

13、本發明中氫氧化鈣和硫酸鈣為硅酸鈉反應提供鈣源，加速生成硅酸鈣，提高愈合速度。

14、在固井水泥自愈合過程中，不同階段需要不同的硅酸鈉釋放量和釋放速度。裂縫初期需要在裂縫出現的第一時間較快釋放一定量的硅酸鈉來初步填充裂縫，隨后需要緩慢釋放以持續進行愈合反應和增強愈合效果。本發明所述的自愈合劑在裂縫產生初期，裂縫產生的應力傳遞到樹脂包裹層，使得樹脂包裹產生微裂縫，為硅酸鈉釋放提供通道；在水泥石微裂縫產生后，裂縫處的高濕度環境會迅速促進硅酸鈉的溶解和擴散。在初期，硅酸鈉的濃度梯度較大，即自愈合劑內部硅酸鈉濃度遠高于微裂縫中的濃度，這種較大的濃度差會促使硅酸鈉快速向微裂縫中擴散。隨后，當水泥與硅酸鈉反應后，生成膠凝物質，包覆在微球表面，減少了微球與外部環境的接觸，使得后續硅酸鈉的釋放速率逐漸降低，實現持續緩慢釋放；而且隨著硅酸鈉的不斷釋放，微球內部硅酸鈉的濃度逐漸降低，與微裂縫中的濃度差逐漸減小，擴散速率降低，因此硅酸鈉的釋放速率逐漸變慢，呈現出持續緩慢釋放的狀態。因此，與常規結晶沉淀型自愈合劑幾十天的愈合時間相比，本發明所述的自愈合劑較短時間內就有自愈合效果且作用時間長。

15、本發明所述的固井用結晶沉淀型自愈合劑可以應用在油氣井固井中，將本發明所述的自愈合劑加入水泥漿后，水泥漿在90℃稠化時間以及在90℃養護24h后水泥石抗壓強度基本無變化。

16、與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：本發明所述的自愈合劑自愈合速度快，作用時間長，制備工藝簡單對水泥漿性能基本無影響。

技術特征：

1.一種固井用結晶沉淀型自愈合劑，其特征在于，其原料組成為：硅酸鈉1-7份，成球物料1-4份，樹脂4-6份，飽和硅酸鈉溶液0.2-0.5份，分散劑0.5-1.5份。

2.根據權利要求1所述的一種固井用結晶沉淀型自愈合劑，其特征在于，所述的成球物料為偏高嶺土與礦渣的混合物；以質量比計，偏高嶺土：礦渣=1：1-2：1；其粒徑為300-2000目。

3.根據權利要求1所述的一種固井用結晶沉淀型自愈合劑，其特征在于，所述樹脂為酚醛樹脂和環氧樹脂的混合物，以質量比計，酚醛樹脂：環氧樹脂=3:1-5:1。

4.根據權利要求1所述的一種固井用結晶沉淀型自愈合劑，其特征在于，所述的分散劑為氫氧化鈣粉末或硫酸鈣粉末。

5.權利要求1-4任一項所述的固井用結晶沉淀型自愈合劑的制備方法，其特征在于，其具體步驟為：

6.根據權利要求5所述的固井用結晶沉淀型自愈合劑的制備方法，其特征在于，步驟（2）中煅燒溫度為600℃-900℃。

7.根據權利要求5所述的固井用結晶沉淀型自愈合劑的制備方法，其特征在于，步驟（4）中養護溫度為85-95℃。

8.權利要求1-4任一項所述的固井用結晶沉淀型自愈合劑在油氣井固井中的應用。

技術總結
本發明屬于油氣固井技術領域，具體涉及一種固井用結晶沉淀型自愈合劑及其制備方法和應用。所述的固井用結晶沉淀型自愈合劑，其原料組成為：硅酸鈉1?7份，成球物料1?4份，樹脂4?6份，飽和硅酸鈉溶液0.2?0.5份，分散劑0.5?1.5份。該自愈合劑是將硅酸鈉進行封裝包覆而制備，在包覆過程中提供潛在鈣源，當水泥石受應力發生損傷，包覆的硅酸鈉釋放，與鈣源反應，在水泥石微裂縫中快速形成硅酸鈣富集，加速自愈合進程。本發明所述的自愈合劑自愈合速度快、作用時間長、制備工藝簡單、對水泥漿性能基本無影響。

技術研發人員：柳華杰,殷慧,步玉環,黃維安,林文翔,張煜煒,丁福泉,趙欣玥,陶志偉
受保護的技術使用者：中國石油大學（華東）
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24