延迟释放微胶囊防气窜水泥浆体系的研究

摘要

在深水表层固井作业过程中由于低温、地层破裂压力低、浅层流等不利因素的存在，常规固井水泥体系难以满足工程技术要求。针对这一问题，本文提出了一种使用微胶囊包裹技术将水泥促凝剂包裹起来延缓其释放速率以改善水泥体系稠化性能的新方法。该方法的主要思路是采用适当的微胶囊制备技术，使用高分子材料将粉末状的水泥促凝剂包裹起来，使促凝剂在水泥混拌和泵送过程中不会释放出来，以保持水泥浆良好的流变性能。当水泥浆达到返高后，微胶囊内的促凝剂被释放出来促进水泥浆的快速凝固，避免水气窜的发生。 本文在对诸多微胶囊制备理论和方法分析的基础上，采用了油相相分离法和溶剂蒸发法作为促凝剂的包裹方法，并通过正交设计实验得出最优的实验参数。通过对两种方法的缓释性能测试和微观结构观测，分析了两种方法制备过程的制备机理和影响因素。实验对比表明，溶剂蒸发法制备的促凝剂微胶囊，粒径较小，分布均匀，缓释效果明显。制备好的微胶囊经过表面涂蜡处理可以进一步提高其缓释性能，以满足延缓释放的要求。 在促凝剂微胶囊研究的基础上，通过与适当配比的减轻剂、降失水剂、缓凝剂等外加剂的复配，最终配制出一种密度低、初始稠度低，稠化过渡时间短，低温防气窜性能好，抗压强度高的水泥浆体系，从而为复杂油气田勘探开发提供了一种新的固井技术支持。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究的目的意义

1.2浅层流的成因及危害

1.3深水低温固井水泥浆研究进展

1.4微胶囊技术的研究现状

1.4.1微胶囊的包囊材料

1.4.2微胶囊技术的发展

1.4.3微胶囊在油田上的应用

1.5本文的主要研究思路及内容

第二章延迟释放微胶囊制备方法的选择

2.1促凝剂的选择

2.1.1常用促凝剂的种类

2.1.2常用促凝剂的促凝效果

2.2微胶囊制备方法的选择

2.2.1界面聚合法

2.2.2相分离法

2.2.3溶剂蒸发法

2.2.4喷雾冻凝法

2.2.5微胶囊制备方法优选

2.3壁材材料的选择

2.3.1乙基纤维素的性质

2.3.2乙基纤维素对水泥浆稠度的影响

2.3.3乙基纤维素对水泥浆物理性质的影响

2.3.4乙基纤维素对水泥石强度的影响

2.4微胶囊芯材缓释的理论

2.4.1影响微胶囊芯材缓释的因素

2.4.2微胶囊芯材释放动力学分析

2.5数据处理方法

2.5.1释放动力学曲线的拟合方法

2.5.2微胶囊释放性能比较

2.6微胶囊的评价指标和方法

2.7本章小结

第三章微胶囊实验设计及分析测试方法

3.1实验仪器及药品

3.1.1实验仪器

3.1.2实验药品

3.2相分离法制备微胶囊实验及分析

3.2.1聚乙烯对微胶囊包裹质量的影响

3.2.2乙基纤维素粘度对微胶囊的影响

3.2.3乙基纤维素浓度对微胶囊的影响

3.2.4相分离法微胶囊化正交实验设计

3.2.5相分离法微胶囊的释放速率

3.3溶剂蒸发法实验及分析

3.3.1乳化剂的选择

3.3.2有机溶剂的选择

3.3.3搅拌速度对微胶囊制备的影响

3.3.4乳化剂浓度对微胶囊粒径的影响

3.3.5乙基纤维素浓度对微胶囊的影响

3.3.6溶剂蒸发法正交实验设计

3.3.7蒸发法微胶囊的释放速率

3.4两种微胶囊的制备方法的比较分析

3.4.1制备方法的比较

3.4.2两种微胶囊的释放性能比较

3.4.3相分离法制备微胶囊方法机理

3.4.4溶剂蒸发法制备微胶囊方法机理

3.5延迟释放微胶囊的二次包裹

3.5.1相分离法制备的微胶囊释放速率

3.5.2溶剂蒸发法制备的微胶囊释放速率

3.6本章小结

第四章微胶囊在水泥浆中的使用效果评价

4.1实验仪器

4.2实验材料

4.3实验方法

4.4水泥浆的流变性分析

4.5延迟释放微胶囊使用效果比较

4.6本章小结

第五章微胶囊促凝剂防气窜水泥浆体系的研究

5.1防气窜水泥浆体系理论

5.2防气窜水泥浆体系设计

5.2.1水泥浆的密度

5.2.2水泥石抗压强度

5.2.3水泥浆的稠化性能

5.3延迟释放微胶囊防气窜水泥浆综合性能

5.4水泥浆防气窜性能评价

5.4.1水泥浆性能系数SPN的测试

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢