CN109423263B

CN109423263B - 一种胶结型井壁加固剂及制备方法

Info

Publication number: CN109423263B
Application number: CN201710760216.1A
Authority: CN
Inventors: 蔡利山; 王建宇; 宋兆辉; 林永学; 褚奇; 金军斌; 唐文泉; 杨枝; 张凤英; 杨帆
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2021-05-04
Anticipated expiration: 2037-08-30
Also published as: CN109423263A

Abstract

本申请公开了一种胶结型井壁加固剂及制备方法。所述井壁加固剂是由包括以下组分的原料制备而得：各组分按重量份数计：水100重量份；胶结剂7～15重量份；耐温型聚合物粘附剂15～25重量份；无机胶合效应强化剂2～6重量份；低分子量聚合物粘结效应增强剂1.2～3重量份；溶剂化增强剂0.5～2.4重量份。经本发明的材料处理以后，使井眼周围的破碎岩石再次成为一个整体，并且由于材料极强的粘接特性，由此生成的人工岩体不会在钻井环境下再次破碎，即便产生了破碎，也能够在作业环境下再次弥合为新的整体，确保钻进过程中处于破碎带地层中的井眼始终保持稳定。

Description

一种胶结型井壁加固剂及制备方法

技术领域

本发明涉及钻井技术领域，进一步地说，是涉及一种胶结型井壁加固剂及制备方法。

背景技术

在钻井工程中，引起井壁失稳的原因比较复杂，形式多种多样，处理难度也比较大。由于岩石组成的不均匀性及其力学特性上极强的各向异性特征，使得岩石无论地质年代、种类、埋藏深度、所处地质环境等因素有何不同，钻开后均有失稳坍塌的可能。除了常见的因水化应力及力学平衡受到破坏引起的井壁坍塌外，钻井工程中遇到的另外一类处理难度极高的井壁坍塌情况是钻遇了天然破碎带或水化应力极其敏感的弱胶结地层。现代钻井液技术对付易失稳地层主要是通过综合运用封堵、降低滤液活度、降低泥饼渗透性、提高液相化学抑制能力等手段保持地层接近原始状态，之后结合力学平衡技术达到破碎地层稳定目的。但在处理天然破碎地层时，上述手段尽管仍具有一定效果，但在钻井环境下无法保证破碎地层的稳定时间，尤其是不具有胶结特性的砾石类地层和天然裂隙特别发育的变质岩火成岩地层，采用常规的井壁稳定技术收效甚微，即便可以见到效果，但发生重复失稳的机会极高。钻井现场也有采用水泥类水硬性材料对天然破碎带进行加固处理，但处理结果不稳定，能够达到比较理想的加固稳定效果者不多见，主要原因是水泥结石在钻具的机械性碾磨撞击下容易破碎，失去加固作用，并且会因水泥胶结物的掉落引起严重的掉块卡钻事故。在地质普查钻探作业中，也有采用“氰凝”技术加固井壁和处理恶性漏失的情况，但和水泥加固技术相比，结果更加不稳定，主要原因是采用“氰凝”技术加固后的地层很容易因塑料结石的破碎而失去效果。

关于天然破碎地层的处理，钻井施工中的另外一种手段是加入具有封堵功能和具有一定胶结能力的沥青质材料，这类材料具有一定的地层微裂缝胶结作用和表面涂敷效应，能够阻止微裂隙进一步扩展，降低或消除因微裂隙扩张造成的泥页岩坍塌压力增高的现象。但缺点是其封堵能力会因所使用的钻井液体系和添加剂配伍情况的不同而发生变化，并且这类材料的胶结能力也非常有限，对典型的非胶结态的卵砾石类地层基本无能为力。

另外，从地层(碎石)胶结(固结)类材料的使用情况看，以物理方式为主对破碎井壁实施加固除了沥青类材料具有此类辅助功能以外，尚未检索到专门用于破碎地层胶结与加固的材料和技术，以及相应的评价手段和方法。

从相关资料的检索结果看，与本发明专利中提出的材料和方法具有一定相关性的专利有两个，分别是：

专利申请号CN201110315519.5(一种胶结性凝胶堵漏剂及其制备方法)：这种技术涉及到了具有胶结功能的材料研发，主要采用三聚氰胺、亲水性单体、阳离子单体、引发剂、pH值调节剂和水进行缩聚及共聚反应，获得具有胶结功能的裂缝封堵物，上述材料组合在地层温度下可进一步反应形成牢固堵塞。该专利技术主要是利用塑化剂对地层裂缝进行塑化填充的处理过程，适用于漏失比较严重或裂缝连通性比较好，常规封堵手段不易奏效的情况。从处理结果看，采用该技术处理后的地层被彻底固结，形成具有一定强度的塑化带，这种处理技术与本发明专利中提出的可变形强力胶结技术具有本质区别。

专利申请号CN201210199693.2(稳定未胶结地层的方法)：涉及到了破碎地层的胶结稳定技术，该技术采用了一种胶结剂，但在实施过程中，需要对井筒的破碎带部分进行特殊处理，以便将该专利产品注入地层中。由于钻井作业的工程特性所致，这种技术在现场基本上不具有可操作性，尤其不能用于失稳井壁的加固，和本发明专利提出的技术及其相应材料具有本质不同。

其余专利分别为坑道表面加固、机件接缝填充、人工岩心制作、完井工艺中的防砂固结技术等，与本发明专利提出的技术方法及应用领域具有本质区别。

上述提及的专利CN201110315519.5主要适用于漏失比较严重或裂缝连通性比较好，常规封堵手段不易奏效的情况，不适用于本发明所述的破碎性地层井壁粘接及井壁强化的情况。专利CN201210199693.2在实施过程中，需要对井筒的破碎带部分进行特殊处理以后才能产生较好的效果，这种技术在现场基本上不具有可操作性，尤其不能用于失稳井壁的加固。

发明内容

地层失稳与井壁稳定是一个非常复杂的技术问题，由于影响因素众多，并且各种因素之间又存在着复杂的制约关系，导致实践中井壁稳定材料和相关评价技术的研发难度很高，但地层破碎带或裂隙发育带引起的井壁失稳问题严重威胁着钻井作业的安全。由于这两类地层引起的井壁垮塌通常以大规模的坍塌掉块为主，实践中仅仅依靠常规的井壁稳定技术(例如改善钻井液物理封堵能力，提高液相的化学抑制防塌能力等)无法从根本上解决井壁失稳问题，由此造成严重的井下事故。为了能够从根本上解决破碎地层尤其是非水敏性硬脆性地层的井壁稳定问题，本发明提供了一种胶结型井壁加固剂及制备。经本发明的材料处理以后，使井眼周围的破碎岩石再次成为一个整体，并且由于材料极强的粘接特性，由此生成的人工岩体不会在钻井环境下再次破碎，即便产生了破碎，也能够在作业环境下再次弥合为新的整体，确保钻进过程中处于破碎带地层中的井眼始终保持稳定。

本发明的目的之一是提供一种胶结型井壁加固剂。

是由包括以下组分的原料制备而得：

各组分按重量份数计：

所述胶结剂是由包括以下组分的原料复配而得：

主剂、固化剂、促进剂及流变性调节剂；

所述主剂为环氧树脂；

所述固化剂为双氰胺、己二酸二酰肼、间苯二胺、三氟化硼乙胺络合物、改性聚酰胺X1、改性脂肪多胺X2、苯酚缩甲醛己二胺及间苯二甲胺甲醛壬基酚缩合物中的一种或组合；固化剂与主剂的用量比为(0.1～0.5)∶1；

所述促进剂为二甲基咪唑脲、硫脲、亚乙基硫脲、丙烯基硫脲、N-(2-羟基苯基)-N’,N’-二甲基脲、N-(3,4-二氯苯基)-N’,N’-二甲基脲、N-(2-羟基-5-硝基苯)-N’,N’-二甲基脲、N-(5-氯-2-羟基苯)-N’,N’-二甲基脲、2-甲基咪唑-水杨酸盐、2,4-咪唑-乙二酸-草酸盐、三苯基膦、三甲基膦、三氟化硼三乙基膦及乙酰丙酮锌中的一种或组合；促进剂与主剂的用量比为(0.01～0.05):1；

所述流变性调节剂为活性环氧稀释剂，流变性调节剂与主剂的用量比为(0.5～2):1；

所述胶结剂是按以下步骤制备的：

1)主剂与部分流变型调节剂混合得到组分A；

主剂与流变型调节剂的重量比为1∶(0.15～0.35)；

2)其余流变型调节剂与所述用量的固化剂、促进剂混合得到组分B；流变型调节剂与所述用量的固化剂、促进剂的重量比为(0.3～0.6)∶1

3)A与B混合制得所述胶结剂。

具体可采用以下技术方案：

本发明所述的“胶结剂”由A、B两个组分组成，使用时按照本发明实施例中的比例范围将组分A和组分B进行混合并搅拌均匀即可。组分A按照以下所述方法进行制备：称取一定重量的流变性调节剂(牌号为X-632、X-652、D-691、D-678、501、622、669、690、692、HK-66、AGE的活性环氧稀释剂，可以是它们中的一种或者它们的复合物)，然后按照本发明所述的比例称取一定重量的主剂(牌号为E21、E31、E42、E44、E51、E54或615的环氧树脂中的一种)，将两者进行混合并搅拌至主剂全部溶解得到的均一溶液即为组分A。组分B按照以下所述方法进行制备：称取一定重量的流变性调节剂(牌号为X-632、X-652、D-691、D-678、501、622、669、690、692、HK-66、AGE的活性环氧稀释剂，可以是它们中的一种或者它们的复合物)，然后按照本发明所述的比例称取一定重量的固化剂(双氰胺、己二酸二酰肼、间苯二胺、三氟化硼乙胺络合物、改性聚酰胺X1、改性脂肪多胺X2、苯酚缩甲醛己二胺及间苯二甲胺甲醛壬基酚缩合物中的一种或者它们的复合物)及促进剂(二甲基咪唑脲、硫脲、亚乙基硫脲、丙烯基硫脲、N-(2-羟基苯基)-N’,N’-二甲基脲、N-(3,4-二氯苯基)-N’,N’-二甲基脲、N-(2-羟基-5-硝基苯)-N’,N’-二甲基脲、N-(5-氯-2-羟基苯)-N’,N’-二甲基脲、2-甲基咪唑-水杨酸盐、2,4-咪唑-乙二酸-草酸盐、三苯基膦、三甲基膦、三氟化硼三乙基膦及乙酰丙酮锌中的一种或者它们的复合物)。

无机胶合效应强化剂为液体硅酸盐，优选硅酸钠、硅酸钾；硅酸盐中硅酸盐中SiO₂与Na₂O(或K₂O)的摩尔比为(1.5～3.5)∶1；优选为2.2～3。

低分子量聚合物粘接效应增强剂为各种类型(阴离子型、阳离子型、两性离子型)的丙烯酰胺聚合物，市售品，用于本专利产品配伍的聚丙烯酰胺推荐使用分子量为50～200万的产品，以100～150万分子量的聚丙烯酰胺效果为较好。

耐温型聚合物粘附剂是一种由聚乙烯醇缩醛—酚醛胶、羟基型改性环氧树脂共聚物与水解聚丙烯酰胺组成的混合物；聚乙烯醇缩醛—酚醛胶∶羟基型改性环氧树脂共聚物∶水解聚丙烯酰胺的重量比为(3～5)∶(3～5)∶(0.5～1)；

溶剂化增强剂主要成分为树脂类和酯类共聚物，包括甲醛树脂、三聚氰胺树脂、甲醛-三聚氰胺树脂、尿素-甲醛-三聚氰胺树脂；酯类共聚物以甲基丙烯酸酯和氯乙烯的共聚物为主。

本发明的目的之二是提供一种胶结型井壁加固剂的制备方法。

包括：

向所述用量的水中在搅拌或强力剪切状态下依次加入所述用量的耐温型聚合物粘附剂、低分子量聚合物粘接效应增强剂、无机胶合效应强化剂、胶结剂、溶剂化增强剂，混合均匀后制得所述胶结型井壁加固剂。

具体可采用以下步骤：

(1)按照设计数量于搅拌罐或剪切分散装置中罐装生活用水；

(2)以取用水的数量为基准计算“耐温型聚合物粘附剂”添加量，在搅拌或强力剪切状态下向水中缓慢均匀加入“耐温型聚合物粘附剂”。

(3)以取用水的数量为基准计算“低分子量聚合物粘接效应增强剂”添加量，在搅拌或强力剪切状态下向水中缓慢均匀加入“低分子量聚合物粘接效应增强剂”。

(4)上述两种材料加入完毕以后，连续搅拌分散，直到聚合物材料与水形成均匀的分散体系，采用30目孔径的筛网过滤这种胶液时，筛面无截留物，认为剪切分散过程完成；

(5)于搅拌或强力剪切状态下向上述分散体系中加入以取用水的数量为基准计算的“无机胶合效应强化剂”，得到的混合体的表观粘度比加入前低2～5mPa·s时，认为剪切分散过程完成；

(6)以取用水的数量为基准计算“胶结剂”添加量，均匀加注入上述混合体系中，加入“胶结剂”时推荐使用容积泵以节流喷射方式向混合体系中加注，确保“胶结剂”与聚合物分子链充分接触反应。加入“胶结剂”后的混合体系以静置2h胶体率≥98％为分散反应过程完成；

(7)以取用水的数量为基准计算“溶剂化增强剂”添加量，加入方式及注意事项同步骤(6)。“溶剂化增强剂”加入分散完毕以后，混合物呈均匀粘稠态，表观粘度AV＞150mPa·s。

(8)完成步骤(7)后即可作为工业品包装入库备用。

本发明的胶结型井壁加固剂在现场使用时，要根据使用时的现场情况添加“动力阻滞材料”，其用量也依据具体情况而定，一般不提前加入；添加该类材料的主要作用是施工时如遇到孔隙率较高或裂缝连通性较好、缝隙尺寸相对较大(缝宽0.5～1.5mm或更大裂缝)的破碎地层时，利用这类材料的架桥阻流能力防止施工过程中破碎地层发生比较明显的漏失，适当配伍该类材料也可合理控制专利产品进入地层的数量，提高施工效率和降低作业成本。这类材料主要包括：各种耐酸碱的惰性固体颗粒如石墨、云母、具有一定细度的粘土矿物、玻璃微球、符合细度要求的各种坚果的皮壳、各类可粉碎的塑料颗粒、植物纤维粉碎物、各种橡胶粉碎物，等等。配伍添加量视现场情况确定，防止过度影响专利产品流变性能和降低产品在使用时的安全性。

注意：“严禁将“胶结剂”与“溶剂化增强剂”同时加入，否则会出现严重的聚结成团现象，导致加工过程失败。

表1动力阻滞材料配伍数量

注：表1中所述“动力阻滞材料”的粒径推荐值一般为当量直径0.4～1.27mm。

本发明的具体技术方案如下：

本发明主要涉及一种用于石油天然气钻井中对钻遇的破碎地层进行胶结固化从而稳定井壁的温控型胶结材料(井壁加固强化剂)、它的配方、配伍成型方法以及胶结效果评价方法，所述的温控型井壁加固剂是一种多组分组合物，其主要组成成分包括：

(1)可在水中固化的胶结剂：该胶结剂主要由主剂、固化剂、促进剂及流变性调节剂复配而成。主剂：牌号为E21、E31、E42、E44、E51、E54或615的环氧树脂中的一种；

固化剂：双氰胺、己二酸二酰肼、间苯二胺、三氟化硼乙胺络合物、改性聚酰胺X1、改性脂肪多胺X2、苯酚缩甲醛己二胺及间苯二甲胺甲醛壬基酚缩合物中的一种或者它们的复合物；固化剂与胶合剂主剂的比例为(0.1～0.5):1；

促进剂：二甲基咪唑脲、硫脲、亚乙基硫脲、丙烯基硫脲、N-(2-羟基苯基)-N’,N’-二甲基脲、N-(3,4-二氯苯基)-N’,N’-二甲基脲、N-(2-羟基-5-硝基苯)-N’,N’-二甲基脲、N-(5-氯-2-羟基苯)-N’,N’-二甲基脲、2-甲基咪唑-水杨酸盐、2,4-咪唑-乙二酸-草酸盐、三苯基膦、三甲基膦、三氟化硼三乙基膦及乙酰丙酮锌中的一种或者它们的复合物；促进剂与胶合剂主剂的比例为(0.01～0.05)∶1。

流变性调节剂：牌号为X-632、X-652、D-691、D-678、501、622、669、690、692、HK-66、AGE的活性环氧稀释剂，可以是它们中的一种或者它们的复合物。流变性调节剂与胶合剂主剂的比例为(0.5～2)∶1；

上述主剂、固化剂、促进剂及流变性调节剂均为市售工业化产品。

(2)耐温型聚合物粘附剂：该粘附剂为市售产品，是一种由丙烯酰胺AM、丙烯酸及烯基磺酸盐经共聚反应而制成的无规共聚物，相对分子量10～50万，共聚物中的丙烯酰胺组分、丙烯酸组分和烯基磺酸盐组分摩尔比为(2～8)∶1∶(1～8)。该共聚物在饱和盐水中耐温可达200℃以上。

(3)专利产品配伍剂，主要包括：

①无机胶合效应强化剂。该剂的主要成分是液体硅酸盐，包括硅酸钠、硅酸钾，硅酸盐中SiO₂∶Na₂O(或K₂O)＝1.5～3.5∶1，SiO₂∶Na₂O(或K₂O)以2.2～3为最佳。该剂的主要作用是调节粘接物的硬度，使之成型后具有一定的抗挤压能力，辅助增强粘接体的弹性效应，同时具有一定的流动性改善作用。

②低分子量聚合物粘接效应增强剂。该剂的主要成分为各种类型(阴离子型、阳离子型、两性离子型)的丙烯酰胺聚合物，市售品，用于本专利产品配伍的聚丙烯酰胺推荐使用分子量为50～200万的产品，以100～150万分子量的聚丙烯酰胺效果为较好。该剂的主要作用是调节本专利产品粘接效应的迟滞时间和辅助调节其粘接力强弱，以确保专利产品在使用时最佳效果的发挥和安全性。

③溶剂化增强剂。主要成分为树脂类和酯类共聚物，包括甲醛树脂、三聚氰胺树脂、甲醛-三聚氰胺树脂、尿素-甲醛-三聚氰胺树脂；酯类共聚物以甲基丙烯酸酯和氯乙烯的共聚物为主。主要作用是在本专利产品配伍过程中，可以提高固液两相的结合能力，防止作为溶剂成分中的水分成为自由水而析出，影响产品的稳定性，同时树脂类物质具有调节和增强专利产品粘接能力的作用。。

关于本发明的产品的破碎物胶固能力的测试与评价，建议采用“井壁加固剂胶结力测试评价仪”进行。该仪器为本申请配套的专利产品，已经申请实用新型；主要工作原理是：在专用仪器(井壁加固剂胶结力测试评价仪)测定经胶固剂胶结处理后破碎物的抗拉强度，测试评价本专利产品的胶结和防破碎能力。

井壁加固剂胶结力测试评价仪包括承载罐、组合功能式支架系统和拉力系统；

所述承载罐包括两个长度相等的圆筒状结构的半合罐，每个半合罐的一端均为拉脱部位，在两个半合罐的拉脱部位处通过连接环将两个半合罐连接成一整体，在两个半合罐的另一端均连接有承载罐端盖，两个半合罐、承载罐端盖、连接环同轴线设置；

所述组合功能式支架系统包括底座、活动支架和固定支架，所述活动支架和固定支架分别设置在底座的两端，所述活动支架能够沿底座移动，靠近或者远离固定支架；所述承载罐两端分别放置在活动支架和固定支架上；

所述拉力系统包括液压油缸、二位三通换向阀、液压泵、马达伺服装置、液压油油箱；所述马达伺服装置与液压泵连接，液压泵与二位三通换向阀连接，所述二位三通换位阀再分别与液压油油箱、液压油缸连接；在所述液压油缸内设有活塞，与活塞连接的活塞杆的伸出端与所述活动支架连接。

发明效果：

(1)本专利产品的优点及用途

①能够在钻井过程中实现破碎地层的再加固；②可有效消除裂缝性地层或易碎裂地层的坍塌掉块现象，实现破碎带的固结；③经胶固处理后的地层在一定的时间段内不会发生再次垮塌；④固结形式以温敏型物理胶结为主，胶固物呈弹性粘结状，可以彻底消除硬脆地层(如火成岩、变质岩)常见的应力释放型掉块；⑤本专利产品主要于一定温度下发挥胶固作用，可以根据故障地层的温度调节井壁加固强化剂配方，确保井壁加固强化剂能够安全稳定的发挥井壁加固效果。

(2)与常规的井壁稳定技术相比，本专利材料所具有的优势

①本专利技术产品适用于所有的垮塌型井壁失稳情况，尤其适合用于处理井眼穿越天然破碎地层时发生的掉块型垮塌；

②本专利产品具有强力粘接功能，粘接以物理过程为主，对所有非水溶性固态物均具有良好的胶连固结能力；

③胶固物具有很强的抵抗水力冲击的能力，被固结后的破碎物彻底消除了零散脱落现象，破碎物成块效应显著，适合用于钻井作业环境下的井壁加固与坍塌故障的处理；

④采用本专利产品对破碎地层实施固结以后，固结体呈弹塑性凝胶态，彻底避免了采用水硬性材料(如水泥补壁强化工艺)或凝固型硬塑胶(如氰凝工艺)等刚性材料形成的人工井壁在机械力作用下发生再次破碎的情况。位于破碎带的井壁经采用本专利产品处理后，凡是填充有胶结固壁剂的地带始终具有一定的粘接能力，即便由于某种原因导致固结体再次发生破碎，在井筒液柱压力的挤压以及钻具的机械碾磨作用下，破碎体也会自行粘接，具有一劳永逸的功效。

⑤现场实施工艺简单，不需要配备专用设备，可直接借助钻井现场的泵送循环系统将呈流体状的胶结固壁剂泵送至坍塌层位，提钻至安全井段后，以5～10MPa压差加压挤注，候凝3～5h即可恢复正常作业。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

实施例1

1#配方胶结剂及其配制方法：

配方：流变性调节剂(AGE)300份、主剂(E44)1000份、固化剂(双氰胺)500份、促进剂(硫脲)50份。

配制方法：按比例称取所需的各组分重量份数。搅拌下(转速350～500rmp)将胶结剂主剂缓慢加入其中的200份流变性调节剂中，搅拌至主剂完全溶解，得到组分A；类似的，按顺序先后向另外的100份流变性调节剂中加入固化剂和促进剂，搅拌至固化剂和促进剂完全溶解，得到组分B；上述组分A和组分B分别存放，使用时将A、B组分混合均匀即可得到可在水中固化的1#配方胶结剂。

实施例2

2#配方胶结剂及其配制方法：

配方：流变性调节剂(AGE)350份、主剂(E44)1000份、固化剂(双氰胺)300份、促进剂(硫脲)30份。

配制方法：按比例称取所需的各组分重量份数。搅拌下(转速350～500rmp)将胶结剂主剂缓慢加入其中的280份流变性调节剂中，搅拌至主剂完全溶解，得到组分A；类似的，按顺序先后向另外的70份流变性调节剂中加入固化剂和促进剂，搅拌至固化剂和促进剂完全溶解，得到组分B；上述组分A和组分B分别存放，使用时将A、B组分混合均匀即可得到可在水中固化的2#配方胶结剂。

实施例3

3#配方胶结剂及其配制方法：

配方：流变性调节剂(HK-66)200份、主剂(E51)1000份、固化剂(苯酚缩甲醛己二胺)100份、促进剂(2-甲基咪唑-水杨酸盐)10份。

配制方法：按比例称取所需的各组分重量份数。搅拌下(转速350～500rmp)将胶结剂主剂缓慢加入其中的120份流变性调节剂中，搅拌至主剂完全溶解，得到组分A；类似的，按顺序先后向另外的80份流变性调节剂中加入固化剂和促进剂，搅拌至固化剂和促进剂完全溶解，得到组分B；上述组分A和组分B分别存放，使用时将A、B组分混合均匀即可得到可在水中固化的3#配方胶结剂。

实施例4

井壁加固强化剂1#配方：水100份，2#配方胶结剂16份，耐温型聚合物粘附剂23份，无机胶合效应强化剂(液体硅酸盐)9份，低分子量聚合物粘接效应增强剂(抗温型丙烯酰胺接枝共聚物)10份，溶剂化效应增强剂(聚乙二醇或分子量低于1000的聚丙二醇及同类材料)3份，动力阻滞材料(具有桥堵效应的颗粒状材料，可根据现场需要加或不加)8份。

配伍方法：①在高速剪切(或350～500rmp搅拌)状态下，加入耐温型聚合物粘附剂23份，直至聚合物粘附剂均匀分散于水中形成稳定的胶态液；②加入抗温型丙烯酰胺接枝共聚物10份，直至其均匀分散于第一步的胶态液中；③于分散或搅拌状态下均匀加入2#配方胶结剂16份，剪切或搅拌30min以上，视其与第②步的胶态液充分融合后，转入下一步操作；④加入液体硅酸盐9份，此时胶态液的可泵性变好；⑤加入溶剂化效应增强剂(聚乙二醇或分子量低于1000的聚丙二醇及同类材料)3份，可提高产品在较长时间放置时的稳定性；⑥使用时根据现场需要添加动力阻滞材料及确定其合理用量。

井壁加固强化剂1#配方胶结效果：见表2(实施条件：操作温度120℃；等候固结时间3h；操作时以“井壁加固强化剂”全部充填破碎物缝隙为基准)。

实施例5(支持组分范围的最低限值)

井壁加固强化剂2#配方：水100份，2#配方胶结剂10份，耐温型聚合物粘附剂17份，无机胶合效应强化剂(液体硅酸盐)3份，低分子量聚合物粘接效应增强剂(抗温型丙烯酰胺接枝共聚物)5份，溶剂化效应增强剂(聚乙二醇或分子量低于1000的聚丙二醇及同类材料)1份，动力阻滞材料(具有桥堵效应的颗粒状材料，可根据现场需要加或不加)0份。

配伍方法：①在高速剪切(或350～500rmp搅拌)状态下，加入耐温型聚合物粘附剂17份，直至聚合物粘附剂均匀分散于水中形成稳定的胶态液；②加入抗温型丙烯酰胺接枝共聚物5份，直至其均匀分散于第一步的胶态液中；③于分散或搅拌状态下均匀加入2#配方胶结剂10份，剪切或搅拌30min以上，视其与第②步的胶态液充分融合后，转入下一步操作；④加入液体硅酸盐3份，此时胶态液的可泵性变好；⑤加入溶剂化效应增强剂(聚乙二醇或分子量低于1000的聚丙二醇及同类材料)1份，可提高产品在较长时间放置时的稳定性；⑥使用时根据现场需要添加动力阻滞材料及确定其合理用量。

井壁加固强化剂2#配方胶结效果：见表3(实施条件：操作温度120℃；等候固结时间3h；操作时以“井壁加固强化剂”全部充填破碎物缝隙为基准)。

实施例6(支持组分范围的最高限值)

井壁加固强化剂3#配方：水100份，2#胶结剂14份，耐温型聚合物粘附剂21份，无机胶合效应强化剂(液体硅酸盐)4份，低分子量聚合物粘接效应增强剂(抗温型丙烯酰胺接枝共聚物)2份，溶剂化效应增强剂(聚乙二醇或分子量低于1000的聚丙二醇及同类材料)1.5份，动力阻滞材料(具有桥堵效应的颗粒状材料，可根据现场需要加或不加)15份。

配伍方法：①在高速剪切(或350～500rmp搅拌)状态下，加入耐温型聚合物粘附剂30份，直至聚合物粘附剂均匀分散于水中形成稳定的胶态液；②加入抗温型丙烯酰胺接枝共聚物25份，直至其均匀分散于第一步的胶态液中；③于分散或搅拌状态下均匀加入2#配方胶结剂22份，剪切或搅拌30min以上，视其与第②步的胶态液充分融合后，转入下一步操作；④加入液体硅酸盐15份，此时胶态液的可泵性变好；⑤加入溶剂化效应增强剂(聚乙二醇或分子量低于1000的聚丙二醇及同类材料)8份，可提高产品在较长时间放置时的稳定性；⑥使用时根据现场需要添加动力阻滞材料及确定其合理用量，建议最高不超过30份，以免影响泵送效果。

井壁加固强化剂3#配方胶结效果：见表4(实施条件：操作温度120℃；等候固结时间3h；操作时以“井壁加固强化剂”全部充填破碎物缝隙为基准)。

实施例7

井壁加固强化剂4#配方：水100份，1#配方胶结剂10份，耐温型聚合物粘附剂15份，无机胶合效应强化剂(液体硅酸盐)3份，低分子量聚合物粘接效应增强剂(抗温型丙烯酰胺接枝共聚物)1.5份，溶剂化效应增强剂(聚乙二醇或分子量低于1000的聚丙二醇及同类材料)1份，动力阻滞材料(具有桥堵效应的颗粒状材料，可根据现场需要加或不加)8份。

配伍方法：①在高速剪切(或350～500rmp搅拌)状态下，加入耐温型聚合物粘附剂23份，直至聚合物粘附剂均匀分散于水中形成稳定的胶态液；②加入抗温型丙烯酰胺接枝共聚物10份，直至其均匀分散于第一步的胶态液中；③于分散或搅拌状态下均匀加入1#配方胶结剂12份，剪切或搅拌30min以上，视其与第②步的胶态液充分融合后，转入下一步操作；④加入液体硅酸盐9份，此时胶态液的可泵性变好；⑤加入溶剂化效应增强剂(聚乙二醇或分子量低于1000的聚丙二醇及同类材料)3份，可提高产品在较长时间放置时的稳定性；⑥使用时根据现场需要添加动力阻滞材料及确定其合理用量。

井壁加固强化剂4#配方胶结效果：见表4(实施条件：操作温度120℃；等候固结时间3h；操作时以“井壁加固强化剂”全部充填破碎物缝隙为基准)。

实施例8

井壁加固强化剂5#配方：水100份，3#配方胶结剂15份，耐温型聚合物粘附剂23份，无机胶合效应强化剂(液体硅酸盐)5份，低分子量聚合物粘接效应增强剂(抗温型丙烯酰胺接枝共聚物)3份，溶剂化效应增强剂(聚乙二醇或分子量低于1000的聚丙二醇及同类材料)2.3份，动力阻滞材料(具有桥堵效应的颗粒状材料，可根据现场需要加或不加)8份。

配伍方法：①在高速剪切(或350～500rmp搅拌)状态下，加入耐温型聚合物粘附剂23份，直至聚合物粘附剂均匀分散于水中形成稳定的胶态液；②加入抗温型丙烯酰胺接枝共聚物10份，直至其均匀分散于第一步的胶态液中；③于分散或搅拌状态下均匀加入3#配方胶结剂20份，剪切或搅拌30min以上，视其与第②步的胶态液充分融合后，转入下一步操作；④加入液体硅酸盐9份，此时胶态液的可泵性变好；⑤加入溶剂化效应增强剂(聚乙二醇或分子量低于1000的聚丙二醇及同类材料)3份，可提高产品在较长时间放置时的稳定性；⑥使用时根据现场需要添加动力阻滞材料及确定其合理用量。

井壁加固强化剂5#配方胶结效果：见表6(实施条件：操作温度120℃；等候固结时间3h；操作时以“井壁加固强化剂”全部充填破碎物缝隙为基准)。

表2不同配方胶结型井壁加固剂固结效果评价

第一组：不同破碎物胶结效果评价

以下实施例中所述的“井壁加固强化剂”均指的是1#配方胶结型井壁加固剂，其组成成分为：水100份，2#胶结剂16份，耐温型聚合物粘附剂23份，无机胶合效应强化剂(液体硅酸盐)9份，低分子量聚合物粘接效应增强剂(抗温型丙烯酰胺接枝共聚物)10份，溶剂化效应增强剂(聚乙二醇或分子量低于1000的聚丙二醇)3份，动力阻滞材料(具有桥堵效应的颗粒状材料，可根据现场需要加或不加)8份。

实施例9：井壁加固强化剂+10～30目河砂

实施例10：井壁加固强化剂+4～10目碎石

实施例11：井壁加固强化剂+泥岩钻屑(粒径10～20目)

实施例12：井壁加固强化剂+玄武岩掉块(粒径5～20mm)

实施例13：井壁加固强化剂+灰岩掉块(粒径5～20mm)

实施例14：井壁加固强化剂+砖块水泥破碎物(粒径10～30mm)

实施条件：操作温度110℃；候凝时间3h；操作时以“井壁加固强化剂”全部充填破碎物缝隙为基准。

表3不同配方胶结型井壁加固剂固结效果评价

第二组：井壁加固强化剂加量对粘接效果的影响(以被加固物/碎石总体积计量井壁加固强化剂加量)

实施例15：2％井壁加固强化剂+4～10目碎石

实施例16：4％井壁加固强化剂+4～10目碎石

实施例17：6％井壁加固强化剂+4～10目碎石

实施例18：8％井壁加固强化剂+4～10目碎石

实施例19：10％井壁加固强化剂+4～10目碎石

实施例20：12％井壁加固强化剂+4～10目碎石

表4不同配方胶结型井壁加固剂固结效果评价

第三组：最优组合配方井壁加固强化剂粘接效果评价

实施例21：10％井壁加固强化剂+10～30目河砂

实施例22：10％井壁加固强化剂+4～10目碎石

实施例23：10％井壁加固强化剂+泥岩钻屑(粒径10～20目)

实施例24：10％井壁加固强化剂+玄武岩掉块(粒径5～20mm)

实施例25：10％井壁加固强化剂+灰岩掉块(粒径5～20mm)

实施例26：10％井壁加固强化剂+砖块水泥破碎物(粒径10～30mm)

表5不同配方胶结型井壁加固剂固结效果评价

第四组：最优组合配方井壁加固强化剂粘接效果评价补充实验

实施例27：20％井壁加固强化剂+玄武岩掉块(粒径5～20mm)

实施例28：20％井壁加固强化剂+灰岩掉块(粒径5～20mm)

实施例29：20％井壁加固强化剂+砖块水泥破碎物(粒径10～30mm)

表6最优组合配方井壁加固强化剂固结效果补充实验评价

注意：本专利产品粘接性较强，进入地层裂缝以后无法返排或不能采用完井工艺手段清除，因此严禁用于储层或储层附近破碎地层的加固处理。

Claims

1.一种胶结型井壁加固剂，其特征在于所述井壁加固剂是由包括以下组分的原料制备而得：

各组分按重量份数计：

水 100重量份；

胶结剂 7～15重量份；

耐温型聚合物粘附剂 15～25重量份；

无机胶合效应强化剂 2～6重量份；

低分子量聚合物粘结效应增强剂 1.2～3重量份；

溶剂化增强剂 0.5～2.4重量份；

所述胶结剂是由包括以下组分的原料复配而得：

主剂、固化剂、促进剂及流变性调节剂；

所述主剂为环氧树脂；

所述固化剂为双氰胺、己二酸二酰肼、间苯二胺、三氟化硼乙胺络合物、苯酚缩甲醛己二胺及间苯二甲胺甲醛壬基酚缩合物中的一种或组合；固化剂与主剂的用量比为（0.1～0.5）:1；

所述促进剂为二甲基咪唑脲、硫脲、N-(2-羟基苯基)-N’,N’-二甲基脲、N-(3,4-二氯苯基)-N’,N’-二甲基脲、N-(2-羟基-5-硝基苯)-N’,N’-二甲基脲、N-(5-氯-2-羟基苯)-N’,N’-二甲基脲、2-甲基咪唑-水杨酸盐、2,4-咪唑-乙二酸-草酸盐、三苯基膦、三甲基膦、三氟化硼三乙基膦及乙酰丙酮锌中的一种或组合；促进剂与主剂的用量比为（0.01～0.05）:1；

所述流变性调节剂为活性环氧稀释剂，流变性调节剂与主剂的用量比为（0.5～2）:1；

所述无机胶合效应强化剂为液体硅酸盐；

所述低分子量聚合物粘接效应增强剂为丙烯酰胺聚合物；

所述溶剂化增强剂为树脂类或酯类共聚物；

所述溶剂化增强剂的树脂类为甲醛树脂、三聚氰胺树脂、甲醛-三聚氰胺树脂、尿素-甲醛-三聚氰胺树脂；酯类共聚物为甲基丙烯酸酯和氯乙烯的共聚物；

耐温型聚合物粘附剂是由聚乙烯醇缩醛—酚醛胶、羟基型改性环氧树脂共聚物与水解聚丙烯酰胺组成的混合物；

聚乙烯醇缩醛—酚醛胶∶羟基型改性环氧树脂共聚物∶水解聚丙烯酰胺的重量比为（3～5）∶（3～5）∶（0.5～1）。

2.如权利要求1所述的胶结型井壁加固剂，其特征在于：

所述无机胶合效应强化剂为硅酸钠和硅酸钾；

硅酸钠中SiO₂与Na₂O 的摩尔比为（1.5～3.5）∶1；

硅酸钾中SiO₂与 K₂O 的摩尔比为（1.5～3.5）∶1。

3.如权利要求2所述的胶结型井壁加固剂，其特征在于：

硅酸钠中SiO₂与Na₂O的摩尔比为（2.2～3）：1；

硅酸钾中SiO₂与 K₂O 的摩尔比为（2.2～3）：1。

4.如权利要求1所述的胶结型井壁加固剂，其特征在于：

所述丙烯酰胺聚合物的分子量为50～200万。

5.如权利要求1所述的胶结型井壁加固剂，其特征在于：

所述胶结剂是按以下步骤制备的：

1）主剂与部分流变型调节剂混合得到组分A；

主剂与流变型调节剂的重量比为1∶（0.15～0.35）；

2）其余流变型调节剂与所述用量的固化剂、促进剂混合得到组分B；

3）A与B混合制得所述胶结剂。

6.如权利要求1所述的胶结型井壁加固剂，其特征在于：

水 100重量份；

胶结剂 9～13重量份；

耐温型聚合物粘附剂 17～22重量份；

无机胶合效应强化剂 3～4.5重量份；

低分子量聚合物粘接效应增强剂 1.5～2.5重量份；

溶剂化增强剂 0.5～1.9重量份。

7.一种如权利要求1~6之一所述的胶结型井壁加固剂的制备方法，其特征在于所述方法包括：