油田固井专用胶乳增韧剂的合成与性能研究

摘要

目前，井身结构和地层条件日益复杂多变，尤其是深井、超深井中，水泥石柔韧性不足、界面胶结强度降低、抗碎裂能力差，常增大油气水窜的风险，这对固井水泥石的界面胶结强度、柔韧性等力学性能提出了更高的要求和挑战。射孔、压裂、酸化等油气开采技术的实施，使得水泥石在外界冲击应力作用和高温高压环境下产生微裂纹和脆性破裂，同时使得水泥石与套管、地层的胶结强度遭到破坏，导致流体窜流，加剧了对水泥环的腐蚀破坏。因此，需要向固井水泥浆中添入一种胶乳增韧剂，旨在提高水泥石的耐温耐盐性、柔韧性和胶结强度。
　　本文优选出苯乙烯（St）、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、液体聚丁二烯（LPB）为主要原料，并优化合成配比，采用种子乳液聚合方法合成了一系列稳定的丁苯胶乳乳液体系CSL-100L，作为油井水泥增韧剂使用。CSL-100L的物理性能表明，与市售的DRT-100L胶乳相比，合成的CSL-100L表现出良好的机械稳定性、化学稳定性好和窄粒径分布，具有良好的市场价值。红外光谱分析表明，各单体都通过聚合反应合成了三元共聚物结构的目标产物。TG和TEM分析表明，CSL-100L在370℃时分子结构性能稳定，耐温稳定性好，同时CSL-100L为粒径约80 nm的核壳结构聚合物，。
　　按照GB/T19139-2003对掺入CSL-100L的水泥浆的应用性能如各项常规性能、耐盐性、稠化性能、防气窜性、水泥石力学性能及综合应用性能进行了研究。结果表明，CSL-100L与3％的降失水剂互配使用时，可使水泥浆的失水量控制在50 ml内；掺有CSL-100L的水泥浆耐盐可达15%，可用于含盐水泥浆和海水水泥浆固井作业；掺有CSL-100L的水泥浆早期强度发展快，胶凝强度过渡时间短，并且其稠化曲线呈“直角”稠化，SPN值小于3，防气窜性能好；在相同浓度下，含CSL-100L的水泥石比市售DRT-100L胶乳水泥石弹性模量相对降低了17.16%，可有效的提高水泥石的柔韧性和承载能力；含CSL-100L水泥浆适用温度范围宽、流变性能和沉降稳定性好，此外，含CSL-100L与不同降失水剂、不同缓凝剂等外加剂配伍性好，说明掺有CSL-100L的水泥浆具有良好的综合性能。
　　采用IR、SEM研究了不同含量的CSL-100L对水泥浆的水化反应及水泥石微观结构的影响，结果表明，随着CSL-100L加量的增加，掺有CSL-100L对水泥浆水化反应的抑制作用越明显，形成的聚合物胶膜越来越致密，最终逐渐提高水泥石的柔韧性和胶结强度。

目录

声明

前言

第一章 文献综述

1.1 固井简介

1.2 固井水泥浆现存问题

1.3 胶乳增韧剂

1.4 本文的研究意义及内容

第二章 实验部分

2.1 实验原料与仪器

2.2 胶乳增韧剂结构设计

2.3 胶乳增韧剂的合成步骤

2.4 胶乳增韧剂结构性能表征

2.5 水泥浆的制备及其应用性能测试

2.6 水泥石微观结构表征

第三章 胶乳增韧剂的结果讨论

3.1 胶乳增韧剂合成条件探讨

3.2 胶乳增韧剂结构性能研究

3.3 本章小结

第四章 胶乳增韧剂的水泥浆性能研究

4.1 胶乳水泥浆的常规性能分析

4.2 抗盐性能评价

4.3 胶乳水泥浆的稠化性能

4.4 胶乳水泥浆的防窜性能

4.5 水泥石性能分析

4.6 胶乳水泥浆的综合性能

4.7 本章小结

第五章 胶乳增韧剂的机理初探

5.1 水泥石红外分析

5.2 扫描电镜分析

5.3 本章小结

第六章 全文结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢