稀土配位型油气井固井水泥环自修复剂及其制备和应用

摘要

一种稀土配位型油气井固井水泥环自修复剂，由100-130重量份的活性矿物和2.0-8.0重量份的稀土配位型表面处理剂组成，所述活性矿物是矿渣、粉煤灰、水泥或者煤矸石，稀土配位型表面处理剂为无机粉体多功能表面改性剂WOT102或WOT108；本发明还提供了制备所述稀土配位型油气井固井水泥环自修复剂的方法和应用，本发明通过稀土配位型表面处理剂对活性矿物表面进行包覆处理，在活性矿物颗粒表面形成防水保护层，使活性材料由显性活性转变为潜在活性，自修复剂能够在水泥环发生损伤时，启动水化反应，形成水化产物修复损伤部位，实现固井水泥环的自动修复，对保证油气井的使用寿命和开采安全性意义重大。

权利要求

1.一种稀土配位型油气井固井水泥环自修复剂，其特征在于，由100-130重量份的活性矿物和2.0-8.0重量份的稀土配位型表面处理剂组成，所述稀土配位型表面处理剂对活性矿物进行包覆，在活性矿物表面形成防水保护膜。

2.根据权利要求1所述稀土配位型油气井固井水泥环自修复剂，其特征在于，所述活性矿物是矿渣、粉煤灰、水泥或者煤矸石。

3.根据权利要求2所述稀土配位型油气井固井水泥环自修复剂，其特征在于，所述水泥为普通水泥或者油井水泥。

4.制备权利要求1所述稀土配位型油气井固井水泥环自修复剂的方法，包括如下步骤：步骤一，将2.0-8.0重量份的稀土配位型表面处理剂与100-130重量份的活性矿物混拌均匀，然后加温至90℃，保温20-40min；

步骤二，将加热后的混合物于粉碎搅拌机中，转速1000-10000转/分下粉碎搅拌

10-40min；

步骤三，将步骤二粉碎搅拌后的混合物，加温至130℃，保温20-40min；

步骤四，将步骤三加热后的混合物于粉碎搅拌机中，转速1000-10000转/分下粉碎搅拌10-40min。

5.根据权利要求1所述稀土配位型油气井固井水泥环自修复剂的应用，其特征在于，在配制固井水泥浆时，将所述自修复剂按照油井水泥量的5-25％的比例加入固井水泥浆体系中，加入方式是先将所述自修复剂与油井水泥进行预混合，然后通过水泥浆配制系统配制成固井水泥浆，固井水泥浆注入封固井段后凝固形成固井水泥环。

说明书

稀土配位型油气井固井水泥环自修复剂及其制备和应用

技术领域

[0001] 本发明属于石油钻井固井技术领域，特别涉及一种稀土配位型油气井固井水泥环自修复剂及其制备和应用。

背景技术

[0002] 油气井固井水泥环和建筑上的水泥基材料一样是一种易收缩的脆性材料，再加上各种试井、测试、投产、生产作业和地层条件的影响，使套管和水泥环受到温度、压力等各种因素大幅度变化的影响和井下各种酸性流体（如二氧化碳、硫化氢等）的腐蚀，不可避免地会在水泥环内部产生微裂缝，在固井水泥环与地层井壁的胶结界面产生微间隙，或使水泥环孔隙度增大，造成油气井固井水泥环损伤。

[0003] 油气井固井水泥环一旦发生损伤，就会对其封隔性能产生破坏，形成井下地层流体的窜流通道，造成层间封隔失效和套管保护功能的失效，引起油层套管损害、油气井含水升高、热采井窜气和地下油气水分布混乱、破坏油气层、地下天然气和有毒气体泄露等一系列严重的开发问题。

[0004] 解决油气井固井水泥环损伤问题的基本方法是采用成本昂贵的挤水泥大修井修复方法和化学堵漏修复方法，但成功率低，许多损伤井的修复作业需要进行2-3次，有的井在施工过程中就发生事故，修复后的油气井往往在很短时间内又可能出现问题，需要重新修复。每年各油田投入的大修井资金达数十亿元。

[0005] 广东炜林纳功能材料有限公司开发了无机粉体多功能表面改性剂WOT，是一种配位型无机粉体表面处理剂，用于处理碳酸钙、硅酸钙、硫酸钡、蒙脱土、氢氧化镁、氢氧化铝、云母等无机粉体，能够改善无机粉体在聚烯烃等高聚物基体的浸润性和分散性，增加无机粉体与基体树脂的结合力，提高无机粉体/高聚物复合体系的物理机械性能，特别是抗冲击性能。同时WOT还能改善无机粉体/高聚物复合体系的流变性能，提高物品光泽，在聚丙烯基材料中还具有晶型改质剂的功效，特别是抗冲击性能。综上，可以看出，WOT一般情况下仅仅是作为复合处理剂使用的。

发明内容

[0006] 为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种稀土配位型油气井固井水泥环自修复剂及其制备和应用，将该自修复剂作为固井水泥浆体系的一种材料加入固井液中，与油井水泥等材料一起凝固形成固井水泥环，正常情况下，自修复剂不参与固井水泥浆的水化反应，而一旦固井水泥环发生损伤，自修复剂能够激活自身活性，通过水化反应对损伤部位进行自动修复，从而避免或减少昂贵的修井作业，保证油气井的耐久性和开采安全性，具有与固井水泥浆融合性好，对固井水泥环损伤（微裂缝和微间隙）自修复效果好，制造成本低，不污染环境的特点。

[0007] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

[0008] 一种稀土配位型油气井固井水泥环自修复剂，由100-130重量份的活性矿物和2.0-8.0重量份的稀土配位型表面处理剂组成。

[0009] 所述活性矿物是矿渣、粉煤灰、水泥或者煤矸石。

[0010] 所述水泥为普通水泥或者油井水泥。

[0011] 所述稀土配位型表面处理剂为无机粉体多功能表面改性剂WOT102或WOT108。

[0012] 本发明还提供了制备所述稀土配位型油气井固井水泥环自修复剂的方法，包括如下步骤：

[0013] 步骤一，将2.0-8.0重量份的稀土配位型表面处理剂与100-130重量份的活性矿物混拌均匀，然后加温至90℃，保温20-40min；

[0014] 步骤二，将加热后的混合物于粉碎搅拌机中，转速1000-10000转/分下粉碎搅拌10-40min；

[0015] 步骤三，将步骤二粉碎搅拌后的混合物，加温至130℃，保温20-40min；

[0016] 步骤四，将步骤三加热后的混合物于粉碎搅拌机中，转速1000-10000转/分下粉碎搅拌10-40min。

[0017] 所述自修复剂可用于油气井固井水泥环的自修复，在配制固井水泥浆时，将所述自修复剂按照油井水泥量的5-25%的比例加入固井水泥浆体系中，加入方式是先将所述自修复剂与油井水泥进行预混合，然后通过水泥浆配制系统配制成固井水泥浆，固井水泥浆注入封固井段后凝固形成固井水泥环。

[0018] 与现有技术相比，本发明通过稀土配位型表面处理剂对活性矿物表面进行包覆处理，在活性矿物颗粒表面形成防水保护层，使活性材料由显性活性转变为潜在活性。稀土配位型自修复剂加入固井水泥浆体系后，能够在水泥环发生损伤时，启动水化反应，形成水化产物修复损伤部位，实现固井水泥环的自动修复，对保证油气井的使用寿命和开采安全性意义重大。

具体实施方式

[0019] 下面结合实施例详细说明本发明的实施方式。

[0020] 实施例一

[0021] 一种稀土配位型油气井固井水泥环自修复剂，包括有:稀土配位型表面处理剂WOT、活性矿物材料，其组份（重量份）为：

[0022] 矿渣（来源：新疆八一钢厂） 100份

[0023] WOT-102（来源：广东炜林纳功能材料有限公司） 6.0份

[0024] 该自修复剂的制备方法包括如下步骤：

[0025] 第一，将WOT-102与活性矿物混拌均匀，然后加温到90℃，保持温度30min；

[0026] 第二，将加热的混合物放入粉碎搅拌机中，搅拌器转速3000转/分，粉碎搅拌30min；

[0027] 第三，将步骤二得到的混合物加温到130℃，保持温度30min。

[0028] 第四，将步骤三加热的混合物放入粉碎搅拌机中，搅拌器转速3000转/分，粉碎搅拌30min。

[0029] 实施例二

[0030] 油井水泥（来源：四川嘉华G级油井水泥） 100份