CN106520090A - 一种油气井下压裂易钻桥塞用纤维增强复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种油气井下压裂易钻桥塞用纤维增强复合材料，它包含有如下重量份的原料：双酚A型环氧树脂40～60份、脂肪族环氧树脂40～60份、酸酐类固化剂1～3份、固化促进剂1～3份、增韧剂1～3份、增强纤维5～40份。本发明还提供了复合材料的制备方法。本发明纤维增强复合材料，能够达到国际先进水平，耐高温、耐高压，满足了高温深井施工需要。

Description

一种油气井下压裂易钻桥塞用纤维增强复合材料
技术领域
本发明涉及一种油气井下压裂易钻桥塞用纤维增强复合材料。
背景技术
随着油气田的开发和能源的不断耗竭，非常规油气将成为未来石油天然气能源的重要接替者。统计数据显示，致密砂岩气、页岩气、煤层气等非常规天然气资源储量比常规天然气更高，我国非常规天然气资源总量是常规天然气资源量的5.01倍，非常规天然气勘探开发潜力无限。但是由于非常规天然气储层具有低孔、特低渗透的特征，针对这类非常规油气藏，多级多层段压裂技术是进行储层改造，有效提高单井产量的首选手段。目前国内外常用的多级压裂技术主要有裸眼封隔器分段压裂技术、不动管柱水力喷射分段压裂技术、连续油管喷砂射孔环空加砂压裂技术和易钻式复合桥塞分段压裂技术等。
在油气井测试过程中,为正确评价认识目的层,当遇有多层系地层时,各油气水层间存在差异需要进行分层测试,分层进行增产措施,生产井进行多层完井,暂时封层等,都需要使用桥堵分层工具,如桥塞等。但目前常用的金属桥塞存在易卡钻、钻铣困难等缺点,利用高压复合材料制作桥塞代替金属桥塞,其独特的材料设计容易钻磨,磨掉的碎屑轻小,容易冲出,防止卡钻。特别适用于斜井、水平井的分层压裂、酸化、封堵水作业,克服了金属桥塞易卡钻、钻磨困难及钻磨时间长等缺点。
复合桥塞具有容易钻铣、钻铣时产生的碎屑轻小、不易卡钻等优点。通过桥塞坐封和射孔联作,不但缩短了水平井分段压裂的施工周期,利用其内部单流阀结构,还能实现压裂后的迅速返排、快速投产。
上个世纪60年代，国外就已经大量采用桥塞封层技术，我国则自1986年我国才开始采用桥塞技术进行封层经过近30年的发展，在国内已经初步形成了一系列可以满足各种井况和作业要求的产品，但是对于复合桥塞，则始终依靠进口国外的设备和技术。目前，压裂桥塞封层技术仍以封隔器+卡瓦的组合为主，由管柱输送，投球加压，坐封丢手。密封压差15-60Mpa，耐温120度左右。在2009年13省区市机械工程学会第五届科技论坛上，提出了复合材料可钻桥塞达到耐温90度，耐压25Mpa，有效期两年，可在1.5小时内完成钻铣的技术目标。在未来，易钻式复合桥塞多层锻压技术仍将是国内外油气藏开发的主体技术。毫无疑问，我国会进一步加大复合材料桥塞分段压裂技术的推广应用力度，不断提高自主研发技术水平。在性能方面，目前国外的研究机构仍旧着力于耐高温、耐高压桥塞，目标是承压能力提高到105MPa，耐温性能提高到204度，以满足高温深井施工需要。
综上所述，易钻式复合桥塞技术为提高单井产量提供手段，为我国的页岩气藏等非常规油气藏经济性、规模性开发提供有力技术支撑。国内自主研发的复合桥塞在气密性、可钻性、化学稳定性及加工成本上还未能达到较高水平，亟需实现易钻式复合桥塞的国产化。
发明内容
本发明的目的旨在自主研发一种高钻磨效率与高密封性的桥塞用纤维增强复合材料，为实现生产成型、设计加工自主化提供可能。
具体地，本发明提供了一种油气井下压裂易钻桥塞用纤维增强复合材料，它是由如下重量配比的原料制备而成：
双酚A型环氧树脂40～60份、脂肪族环氧树脂40～60份、酸酐类固化剂1～3份、固化促进剂1～3份、增韧剂1～3份、增强纤维5～40份。
进一步地，它包含有如下重量份的原料：
双酚A型环氧树脂50份、脂肪族环氧树脂50份、酸酐类固化剂2份、固化促进剂1份、增韧剂1份、增强纤维25份。
其中，所述脂肪族环氧树脂包括环氧化聚丁二烯树脂、聚丙二醇二缩水甘油醚或聚乙二醇二缩水甘油醚。
其中，所述酸酐固化剂包含邻苯二甲酸酐、甲基四氢苯酐、均苯四甲酸二酐、甲基那迪克酸酐、苯酮四甲酸二酐中的一种或两种以上的混合物。
其中，所述固化促进剂包括有机胺类、路易斯酸类、金属羧酸盐类。
进一步地，所述有机胺类选自DMP—30、BDMA；路易斯酸类选自水杨酸；金属羧酸盐类选自辛酸亚锡。
其中，所述增韧剂选自橡胶化合物、热塑性弹性体类。
进一步地，所述橡胶化合物选自乙丙橡胶、聚丁二烯橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶中的一种或两种以上的混合物；所述嵌段共聚物选自苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、甲基丙烯酸甲酯—丁二烯—苯乙烯三元共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
其中，所述增强纤维选自碳纤维、石墨纤维、硼纤维、石英纤维、玻璃纤维、纤维素纤维、碳化硅纤维中的一种或两种以上的组合；优选使用玻璃纤维。
本发明还提供了上述纤维增强复合材料的制备方法，它包括如下操作步骤：
(1)按配比取原料；
(2)将固化剂加热熔融，并与同温度下的双酚A型环氧树脂混合，搅拌均匀，再加入剩余原料，然后在70～110℃下固化2～4h，再升温至130～170℃固化3～5h，即得纤维增强复合材料。
当然，本发明纤维增强复合材料的制备方法还可以采用其他常规方法进行。
本发明纤维增强复合材料，能够达到国际先进水平，耐高温、耐高压，满足了高温深井施工需要。
具体实施方式
实施例1 本发明复合材料的制备
原料：双酚A型环氧树脂500g、脂肪族环氧树脂500g、邻苯二甲酸酐20g、DMP—30 10g、甲基丙烯酸甲酯—丁二烯—苯乙烯三元共聚物10g、碳纤维250g
制备工艺：将固化剂加热熔融，并与同温度下的双酚A型环氧树脂混合，搅拌均匀，再加入剩余原料，然后在70～110℃下固化2～4h，再升温至130～170℃固化3～5h，即得纤维增强复合材料。
实施例2 本发明复合材料的制备
原料：双酚A型环氧树脂500g、环氧化聚丁二烯树脂500g、均苯四甲酸二酐20g、水杨酸10g、乙丙橡胶10g、玻璃纤维250g
制备工艺：将固化剂加热熔融，并与同温度下的双酚A型环氧树脂混合，搅拌均匀，再加入剩余原料，然后在70～110℃下固化2～4h，再升温至130～170℃固化3～5h，即得纤维增强复合材料。
实施例3 本发明复合材料的制备
原料：双酚A型环氧树脂500g、环氧化聚丁二烯树脂500g、苯酮四甲酸二酐20g、辛酸亚锡10g、苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体10g、石墨纤维250g
制备工艺：将固化剂加热熔融，并与同温度下的双酚A型环氧树脂混合，搅拌均匀，再加入剩余原料，然后在70～110℃下固化2～4h，再升温至130～170℃固化3～5h，即得纤维增强复合材料。
复合桥塞所用材料物性参数表

Claims (10)

1.一种油气井下压裂易钻桥塞用纤维增强复合材料，其特征在于：它是由如下重量配比的原料制备而成：双酚A型环氧树脂40～60份、脂肪族环氧树脂40～60份、酸酐类固化剂1～3份、固化促进剂1～3份、增韧剂1～3份、增强纤维5～40份。
2.根据权利要求1所述的油气井下压裂易钻桥塞用纤维增强复合材料，其特征在于：它包含有如下重量份的原料：双酚A型环氧树脂50份、脂肪族环氧树脂50份、酸酐类固化剂2份、固化促进剂1份、增韧剂1份、增强纤维25份。
3.根据权利要求1或2所述的油气井下压裂易钻桥塞用纤维增强复合材料，其特征在于：所述脂肪族环氧树脂包括环氧化聚丁二烯树脂、聚丙二醇二缩水甘油醚或聚乙二醇二缩水甘油醚。
4.根据权利要求1或2所述的油气井下压裂易钻桥塞用纤维增强复合材料，其特征在于：所述酸酐固化剂包含邻苯二甲酸酐、甲基四氢苯酐、均苯四甲酸二酐、甲基那迪克酸酐、苯酮四甲酸二酐中的一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1或2所述的油气井下压裂易钻桥塞用纤维增强复合材料，其特征在于：所述固化促进剂包括有机胺类、路易斯酸类、金属羧酸盐类。
6.根据权利要求5所述的油气井下压裂易钻桥塞用纤维增强复合材料，其特征在于：所述有机胺类选自DMP—30、BDMA；路易斯酸类选自水杨酸；金属羧酸盐类选自辛酸亚锡。
7.根据权利要求1或2所述的油气井下压裂易钻桥塞用纤维增强复合材料，其特征在于：所述增韧剂选自橡胶化合物、热塑性弹性体类。
8.根据权利要求7所述的油气井下压裂易钻桥塞用纤维增强复合材料，其特征在于：所述橡胶化合物选自乙丙橡胶、聚丁二烯橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶中的一种或两种以上的混合物；所述嵌段共聚物选自苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、甲基丙烯酸甲酯—丁二烯—苯乙烯三元共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
9.根据权利要求1所述的油气井下压裂易钻桥塞用纤维增强复合材料，其特征在于：所述增强纤维选自碳纤维、石墨纤维、硼纤维、石英纤维、玻璃纤维、纤维素纤维、碳化硅纤维中的一种或两种以上的组合；优选使用玻璃纤维。
10.权利要求1～9任意一项所述纤维增强复合材料的制备方法，其特征在于：它包括如下操作步骤：
(1)按配比取原料；
(2)将除增强纤维外的其他原料在高速混料机中混匀，再将共混物和增强纤维在双螺杆挤出机中熔融混合、挤出、造粒；其中，双螺杆挤出机中的加工温度在170～230℃。
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