苹果酸胶囊的制备及其在自愈合水泥浆中的应用

2019-01-24，，，，

山东化工 2019年1期

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(西南石油大学化学化工学院，四川成都 610500)

油气井固井水泥环因受射孔、试压、钻进、压裂、开采等外力作用和地下岩层复杂作用力而产生裂缝和环隙，造成地下流体窜流和环空带压，严重威胁油气井的安全生产和使用寿命。传统的挤水泥方法由于处理难度大、成功率低，仅适用于大裂缝的修复。为解决水泥石微裂缝和环隙的修复问题，近年来国内外均开展了自修复(自愈合)水泥浆体系研究。自修复水泥可在不中断生产的情况下，修复微裂缝，恢复水泥环的完整性[1]。

根据水泥石裂缝自修复激发机制的不同，自修复油气井水泥可分为烃类激发膨胀自修复和遇水自修复型。烃类激发膨胀自修复的裂缝修复速率快，效率高，研究较多，已有现场应用[2]。遇水自修复的研究相对较少。遇水自修复材料主要包括吸水树脂和遇水再结晶自愈合剂两大类[3-4]。吸水树脂作用原理与吸油树脂作用原理类似，主要是通过物理吸附渗入裂缝的水，自身膨胀封堵裂缝。遇水再结晶自愈合剂则不同，它在水泥水化初期在水泥环中是惰性存在的，一旦水泥环产生微裂纹渗水后，自愈合剂可与侵入水及硅酸盐水泥水化产物再次反应生成新的结晶沉淀封堵微裂纹，其封堵过程是化学反应，封堵力强，且遇水再结晶自愈合剂是亲水的，与水泥浆相容性好，对固井水泥浆的其他性能影响不大，降低了固井水泥浆配方设计难度。

本文中作者采用相分离法制备了一种以苹果酸为活性成分的胶囊型油井水泥自修复材料，对其进行了红外光谱表征，渗透率测试表明，加有该材料水泥石具有较好的遇水自修复性能。

1 实验部分

1.1 实验药品与仪器

DL-苹果酸；酚酞；氢氧化钠；乙醇(以上所用试剂均为分析纯，由成都科龙试剂厂提供)；乙基纤维素、聚乙烯(上海阿拉丁生化科技股份有限公司)；G 级水泥(四川嘉华企业股份有限公司)；分散剂SXY、降失水剂LT-2(成都川锋化学工程有限责任公司)。

旋转蒸发仪、真空抽滤器、磁力搅拌器、恒温养护釜、DFC-0710B增压稠化仪(青岛森欣机电设备有限公司)、NYL-300压力机(无锡市建筑材料仪器器械厂)、岩心流动装置(江苏海安石油科技有限公司)、AVATAR 360红外光谱仪(美国Nicolet公司)。

1.2 苹果酸胶囊的制备

将60 mL环己烷加入100 mL三口瓶中，加热至80 ℃，在500 r/min搅拌下，加入0.20 g聚乙烯，约30 min后聚乙烯溶解完全。将1.0 g乙基纤维素分三次加入三口烧瓶，每次溶解间隔20 min，待乙基纤维素溶解后继续搅拌1 h。将5.0 g DL-苹果酸粉末分三次缓慢加入三口烧瓶，每次溶解间隔20 min。继续搅拌2 h后，自然冷却到室温，过滤，产品在40 ℃下烘干。

1.3 苹果酸胶囊的红外光谱表征

采用溴化钾压片法测试苹果酸胶囊的红外光谱。

1.4 苹果酸胶囊在水泥浆中的性能评价

参照行业标准《GB/T 19139-2012油井水泥试验方法》和SY/T 6544-2005《油井水泥浆性能要求》的相关章节。用常规水泥浆配方对苹果酸胶囊的性能进行评价。

水泥浆配方1：嘉华G级油井水泥+5%微硅+0.5%分散剂SXY+1.5%降失水剂LT-2；水灰比：0.44。

水泥浆配方2：嘉华G级油井水泥+5%微硅+0.5%分散剂SXY+1.5%降失水剂LT-2+3%苹果酸；水灰比：0.44。

水泥浆配方3：嘉华G级油井水泥+5%微硅+0.5%分散剂SXY+1.5%降失水剂LT-2+3%苹果酸胶囊；水灰比：0.44。

自修复性能的评价主要通过对水泥石首次造缝后强度及渗透率的恢复率为指标进行评价。具体方法为：试件养护60℃水浴养护2周后，人为制造微贯穿裂缝，试件放回60℃水浴养护7d，测定水泥石的抗压强度和渗透率恢复情况。

2 结果与讨论

2.1 苹果酸胶囊的红外光谱

如图1所示，实验所制备的苹果酸胶囊的红外吸收特征峰有：3392.4 cm-1对应为苹果酸中O-H的伸缩振动吸收峰；2927.2 cm-1为乙基纤维素中-CH3伸缩振动吸收峰；1665.2 cm-1为羧酸基团苹果酸中-C=O的伸缩振动吸收峰；1455.0 cm-1为乙基纤维素或聚乙烯中-CH2-的弯曲振动吸收峰。据此可推断，苹果酸被乙基纤维素成功包裹，形成了胶囊。