[发明专利]一种热致膨胀器及制备方法

说明书

本申请公开了一种热致膨胀器及制备方法。所述热致膨胀器包括压缩弹簧和和其包覆的形状记忆树脂；所述热致膨胀器中形状记忆树脂含量为5％～80％。制备方法包括：将熔融的形状记忆树脂涂敷在用夹具压缩的金属弹簧上，然后冷却定型后制得所述热致膨胀器。本发明的热致膨胀器，具有温控形状记忆功能的弹簧膨胀器件，在压缩态下掺混到固井水泥中，可方便地随水泥浆输运到井下适当位置。随着井下温度逐步升高，达到温控条件时，形状记忆功能触发，体积膨胀。阻挡水泥浆从岩石缝隙流失，实现岩石裂隙的高效封堵。满足高效固井工艺要求，同时增加水泥石韧性、强度和寿命。

技术领域

本发明涉及石油钻井固井技术领域，进一步地说，是涉及一种热致膨胀器及制备方法。

背景技术

井漏是钻井、固井过程中常见的井下复杂情况之一。井漏不仅会耗费钻井时间,漏失钻井液、水泥浆，而且还可能引起卡钻、井喷、井塌、固井质量差等问题，甚至导致井眼报废事故，造成重大经济损失。

解决油气井的漏失问题一直是各大油气田关注的课题。常规固井水泥浆不具备堵漏功能，但在加入惰性纤维材料后，由于纤维的堆积和架桥作用，容易在漏失通道中形成网状结构，而水泥浆的常规性能不会发生太大变化，因此可对钻井、固井过程中的漏失进行一定程度的封堵。并且，纤维的加入还能提高水泥石的韧性，确保后期射孔作业更好地进行。

纤维作为一种惰性材料，常用来配制纤维水泥浆用于固井作业。纤维水泥浆就是在水泥浆基础配方中混入一定比例和长度的纤维材料，混合后的水泥浆性能与原浆相比没有太大的变化，并且纤维容易在漏失通道中通过堆积、架桥形成网状结构。因此，纤维水泥浆也可用于井漏封堵作业。目前，主要是通过改变纤维的加量(<5‰，占水泥的量)和长度(1-6mm)，形成纤维堵漏水泥浆体系。这种体系，一般是靠操作人员在水泥车上加入纤维。这里需要说明的是，因为纤维具有聚团缠绕性，所以不能干混在水泥中。同时，人工在水泥车上撒入纤维速度较慢，且纤维加入过多会影响水泥浆的流变性质，所以一般加入量 <5‰(占水泥的量)。另外纤维的长度不能过长，这限制了纤维堵漏浆的堵漏效果。

为此，需要开发出一种新型的堵剂。该堵漏材料，地面呈现小体积状态，便于向井下输送，且较传统纤维能够保证有效泵入量；井下大体积状态，产生体积位阻效应，可有效封堵岩石裂隙。

发明内容

为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种热致膨胀器及制备方法。利用现有固井设备，不改变现有固井工艺，发明一种热致膨胀器，具有温控形状记忆功能的弹簧膨胀器件，在压缩态下掺混到固井水泥中，可方便地随水泥浆输运到井下适当位置。随着井下温度逐步升高，达到温控条件时，形状记忆功能触发，体积膨胀。可以增加表观体积。应用体积效应，阻挡水泥浆从岩石缝隙流失，实现岩石裂隙的高效封堵。满足高效固井工艺要求，同时增加水泥石韧性、强度和寿命。

本发明的目的之一是提供一种热致膨胀器。

所述热致膨胀器包括压缩弹簧和和其包覆的形状记忆树脂；

所述热致膨胀器中形状记忆树脂含量为5％～80％，优选为35％～50％；

所述形状记忆树脂为热致敏感树脂，其结晶相变温度为50℃～150℃；优选为60℃～120℃；更优选为70℃～110℃。

所述形状记忆树脂优选为聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚丙烯酸酯、EVA中的一种或组合；更优选为聚氨酯、尼龙、和聚乙烯，特别优选聚氨酯和EVA。

所述压缩弹簧的材料为金属；优选为铁、钢、不锈钢、铝、铜或锌；更优选钢、不锈钢或铜，特别优选钢或不锈钢。

金属弹簧丝的直径为0.05～10mm；优选为0.2mm～0.6mm；更优选为 0.3mm～0.5mm；

弹簧内径为0.1mm～50mm；优选为0.2mm～2.5mm；更优选为0.4mm～ 1.0mm；