自愈合油井水泥研究进展
发布时间：2021-01-08 15:59
固井水泥石作为油田生产开发前期的一次性封固产物,当油井在后期增产措施下出现层间封隔失效情况时则难以进行补救,自愈合水泥石则是有效解决该项问题的方法之一,但目前针对自愈合水泥的研究仍缺乏系统性的认知和总结。为此,综述了当下油田固井作业中自愈合水泥的类型及作用机制、自愈合性的影响因素、评价方法以及应用情况,同时也对自愈合油井水泥的发展走向及应用前景进行了展望。
【文章来源】：硅酸盐通报. 2020,39(05)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
纤维填料自愈合水泥石作用机制
不同于吸水/吸油膨胀型材料的物理溶胀作用,通过加入反应型化学自愈合剂的方式也能实现水泥石微裂缝自愈合。但直接将自愈合剂掺入水泥浆体系中会造成自愈合剂过早反应,因而还需要进行反应物包覆处理。该法通过在水泥浆制备过程中外掺含自愈合剂的胶囊/核壳包聚体,当水泥石由外加应力作用破裂时,壳体也会相应破裂,内部化学物质则会同水泥配浆环节所加入的催化剂反应形成相应的填充物(图2)。其中常用的反应型自愈合剂有硝酸钙、环氧树脂、聚氨酯等。Ansari等[26]探究了胶囊包覆硝酸钙外掺下对水泥石基体的影响情况,发现硝酸钙微胶囊的掺入虽然在一定程度上能提高水泥石的自愈合性,但对水泥石的力学性能影响较大,通过微观分析认为这是由于未水化颗粒在微胶囊表面(壳)团聚所致。并最终确定要使硝酸钙微胶囊外掺水泥石的强度降低值小于或等于10%,胶囊浓度应选为0.75%～1.00%。Peng等[27]以酒石酸钾钠为自愈剂,将其包覆在脲醛树脂微胶囊中进行微胶囊化,通过添加至油井水泥中进行裂缝修复实验发现,缝宽小于86 μm的水泥石在进行28 d的自修复后,其渗透率降低了85%。李小可等[28]利用交联法以改性PVA作为胶囊壳体,对自研油井水泥复合型自愈合剂XK-1进行了水泥石自愈合性测试实验。结果表明改性PVA胶囊包覆XK-1具有一定抗搅拌能力,能减少制浆过程中自愈合剂的损失,有效提高自愈合剂的利用率,增强自愈合效果。其12周的渗透率降低率为99%,抗压强度恢复率为105%。毛倩瑾等[29]采用锐孔-凝固浴法制备出海藻酸钙/环氧树脂核壳包覆树脂E-51浆体。裂缝产生后,壳体破裂释放出的环氧树脂则会同已添加固化剂的水泥浆基质发生固化反应,在胶结裂缝面的同时还具备一定的吸水溶胀能力,其吸水溶胀率能达至57.7%。Dong等[30]以环氧树脂E-51为愈合剂,脲醛树脂为壳材,采用原位聚合法设计合成了脲醛/环氧微胶囊。通过SEM/EDS观察微胶囊开裂后的断裂情况,并通过裂纹愈合效果和氯离子渗透性评价微胶囊的自愈合能力。实验结果表明,裂缝产生的28 d后,氯离子扩散系数由8.15×10-12 m2·s-1降至6.53×10-12 m2·s-1。通透性愈合率最高可达19.8%。研究还发现,微胶囊量、粒径、愈合龄期、固化温度和预载水平等因素对自愈效率有很大影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]固井水泥石腐蚀防治研究进展[J]. 张易航,宋旭辉,许明标,王晓亮,刘汝敏. 应用化工. 2019(10)
[2]接枝共聚法合成淀粉丙烯酸吸水性树脂的研究[J]. 刘亚红. 化工时刊. 2019(08)
[3]水泥石改性增韧研究进展[J]. 张易航,许明标. 应用化工. 2019(09)
[4]硫酸盐-干湿循环下高延性纤维增强水泥基材料的自愈合[J]. 阚黎黎,龚雅文,王靖荣. 建筑材料学报. 2019(02)
[5]海藻酸钙/环氧微胶囊在水泥基材料中的自修复作用[J]. 毛倩瑾,伍文文,梁鹏,王子明,崔素萍. 材料导报. 2018(22)
[6]聚氨酯型吸水膨胀橡胶的制备及性能研究[J]. 辛华,王静会,杨江鹏,赵星,贠文涛,侯家豪. 陕西科技大学学报. 2018(04)
[7]纤维增强水泥基复合材料自愈合性能研究[J]. 王海龙,朱亚鹏,孙晓燕,应齐明. 混凝土. 2018(02)
[8]高温深井环境下水泥环完整性模拟评价及改进措施[J]. 李宁,杜建波,艾正青,郭小阳,刘健,张凯. 钻井液与完井液. 2017(01)
[9]超高韧性水泥基复合材料自愈合研究进展[J]. 阚黎黎,王明智,史建武,施惠生. 功能材料. 2015(05)
[10]新型自愈合水泥研制[J]. 郭丽梅,耿国伟,霍丙夏. 钻井液与完井液. 2014(06)
博士论文
[1]水泥环密封失效机理研究及应用[D]. 聂臻.中国地质大学（北京） 2011
硕士论文
[1]压裂过程中水平井固井二界面破坏力学模型研究[D]. 尹金丹.东北石油大学 2012
本文编号：2964881
【文章来源】：硅酸盐通报. 2020,39(05)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
纤维填料自愈合水泥石作用机制
不同于吸水/吸油膨胀型材料的物理溶胀作用,通过加入反应型化学自愈合剂的方式也能实现水泥石微裂缝自愈合。但直接将自愈合剂掺入水泥浆体系中会造成自愈合剂过早反应,因而还需要进行反应物包覆处理。该法通过在水泥浆制备过程中外掺含自愈合剂的胶囊/核壳包聚体,当水泥石由外加应力作用破裂时,壳体也会相应破裂,内部化学物质则会同水泥配浆环节所加入的催化剂反应形成相应的填充物(图2)。其中常用的反应型自愈合剂有硝酸钙、环氧树脂、聚氨酯等。Ansari等[26]探究了胶囊包覆硝酸钙外掺下对水泥石基体的影响情况,发现硝酸钙微胶囊的掺入虽然在一定程度上能提高水泥石的自愈合性,但对水泥石的力学性能影响较大,通过微观分析认为这是由于未水化颗粒在微胶囊表面(壳)团聚所致。并最终确定要使硝酸钙微胶囊外掺水泥石的强度降低值小于或等于10%,胶囊浓度应选为0.75%～1.00%。Peng等[27]以酒石酸钾钠为自愈剂,将其包覆在脲醛树脂微胶囊中进行微胶囊化,通过添加至油井水泥中进行裂缝修复实验发现,缝宽小于86 μm的水泥石在进行28 d的自修复后,其渗透率降低了85%。李小可等[28]利用交联法以改性PVA作为胶囊壳体,对自研油井水泥复合型自愈合剂XK-1进行了水泥石自愈合性测试实验。结果表明改性PVA胶囊包覆XK-1具有一定抗搅拌能力,能减少制浆过程中自愈合剂的损失,有效提高自愈合剂的利用率,增强自愈合效果。其12周的渗透率降低率为99%,抗压强度恢复率为105%。毛倩瑾等[29]采用锐孔-凝固浴法制备出海藻酸钙/环氧树脂核壳包覆树脂E-51浆体。裂缝产生后,壳体破裂释放出的环氧树脂则会同已添加固化剂的水泥浆基质发生固化反应,在胶结裂缝面的同时还具备一定的吸水溶胀能力,其吸水溶胀率能达至57.7%。Dong等[30]以环氧树脂E-51为愈合剂,脲醛树脂为壳材,采用原位聚合法设计合成了脲醛/环氧微胶囊。通过SEM/EDS观察微胶囊开裂后的断裂情况,并通过裂纹愈合效果和氯离子渗透性评价微胶囊的自愈合能力。实验结果表明,裂缝产生的28 d后,氯离子扩散系数由8.15×10-12 m2·s-1降至6.53×10-12 m2·s-1。通透性愈合率最高可达19.8%。研究还发现,微胶囊量、粒径、愈合龄期、固化温度和预载水平等因素对自愈效率有很大影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]固井水泥石腐蚀防治研究进展[J]. 张易航,宋旭辉,许明标,王晓亮,刘汝敏. 应用化工. 2019(10)
[2]接枝共聚法合成淀粉丙烯酸吸水性树脂的研究[J]. 刘亚红. 化工时刊. 2019(08)
[3]水泥石改性增韧研究进展[J]. 张易航,许明标. 应用化工. 2019(09)
[4]硫酸盐-干湿循环下高延性纤维增强水泥基材料的自愈合[J]. 阚黎黎,龚雅文,王靖荣. 建筑材料学报. 2019(02)
[5]海藻酸钙/环氧微胶囊在水泥基材料中的自修复作用[J]. 毛倩瑾,伍文文,梁鹏,王子明,崔素萍. 材料导报. 2018(22)
[6]聚氨酯型吸水膨胀橡胶的制备及性能研究[J]. 辛华,王静会,杨江鹏,赵星,贠文涛,侯家豪. 陕西科技大学学报. 2018(04)
[7]纤维增强水泥基复合材料自愈合性能研究[J]. 王海龙,朱亚鹏,孙晓燕,应齐明. 混凝土. 2018(02)
[8]高温深井环境下水泥环完整性模拟评价及改进措施[J]. 李宁,杜建波,艾正青,郭小阳,刘健,张凯. 钻井液与完井液. 2017(01)
[9]超高韧性水泥基复合材料自愈合研究进展[J]. 阚黎黎,王明智,史建武,施惠生. 功能材料. 2015(05)
[10]新型自愈合水泥研制[J]. 郭丽梅,耿国伟,霍丙夏. 钻井液与完井液. 2014(06)
博士论文
[1]水泥环密封失效机理研究及应用[D]. 聂臻.中国地质大学（北京） 2011
硕士论文
[1]压裂过程中水平井固井二界面破坏力学模型研究[D]. 尹金丹.东北石油大学 2012
本文编号：2964881
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