[发明专利]一种用于酸化压裂井下压裂工具的耐酸智能溶解材料

说明书

为解决现有可溶井下压裂工具在酸液中溶解速度过快，不能满足压裂承压要求的问题，本发明公开了一种用于酸化压裂井下压裂工具的耐酸智能溶解材料，包括可溶的镁基或铝基合金基体、包覆在可溶合金基体表面的耐酸涂层及均匀分布于耐酸涂层中的由热致形状记忆材料制备的智能溶解控件。用该耐酸智能溶解材料制备的井下压裂工具不但能保障压裂工具在酸化时不溶解，保证压裂时的承压能力，还能通过酸‑岩反应的累积放热，使智能溶解控件达到形变触发温度，发生形变回复并在耐酸涂层中形成可供酸液进入的通道，实现酸化压裂后压裂工具的快速溶解，从而使可溶井下压裂工具同时具备耐酸性和可溶性，有效提高油气资源开采效率、降低油气资源开采成本。

技术领域

本发明专利属于石油开采领域，具体而言，涉及一种用于酸化压裂井下压裂工具的耐酸智能溶解材料。

背景技术

碳酸盐岩油气藏在全球油气资源中占有极为重要的地位。我国碳酸盐岩油气藏具有储层埋藏深、低渗、非均质等特点，开发难度大。酸化压裂是沟通储层，保障碳酸盐岩油气藏安全、高效开采的关键技术。

酸化压裂是指在高于地层破裂压力条件下下将酸注入地层，在地层内形成裂缝，通过酸液对裂缝壁面物质的不均匀溶蚀形成高导流能力的裂缝。井下压裂工具如可溶球、可溶球座、可溶筛管、可溶封隔器，在压裂时通过对套管进行封堵，满足压裂时的压力要求，是保障压裂顺利进行的关键。现有的井下压裂工具主要由可溶镁基合金或可溶铝基合金制备，可满足水力压裂条件下的承压要求以及压裂后快速溶解等要求，在水力压裂中得到了广泛的应用。酸化压裂通常采用浓度为5％-20％盐酸、稠化剂、交联剂、延缓剂、调理剂、破胶剂混合使用，提高碳酸盐岩储层的导流能力，现有的镁基或铝基可溶井下压裂工具可以在水力压裂条件下可以满足使用需求，但镁基或铝基可溶井下压裂工具在酸液中溶解速度高达5763mg/(cm²·h)以上，在酸液中会快速溶蚀，无法满足酸化压裂条件下的封堵承压要求。

针对现有井下压裂工具材料耐酸性与可溶性不能同时具备的难题，本发明在现有井下压裂工具常用的镁基合金或铝基合金材料表面包覆一层耐酸涂层，形成一种耐酸复合材料，保证镁基合金或铝基合金基体在酸化压裂时不溶蚀；在耐酸涂层内部设计了大量由热致形状记忆材料制备的智能溶解控件，酸化压裂过程中，酸液与岩石发生反应放出大量的热量，这些热量不断累积使埋在耐酸涂层中的由热致形状记忆材料制备的智能溶解控件达到回复温度并发生回复变形，回复到其最初的形态；通过设计合理的智能溶解控件的初始形状和埋在耐酸涂层中的形状，以及智能溶解控件大小与涂层厚度的相对关系，可使智能溶解控件在回复到其初始形状的过程中破坏其表面的耐酸涂层，从而使酸液或地层水通过耐酸涂层破裂处与内部的可溶镁基合金或铝基合金基体接触，并使镁基合金或铝基合金基体快速溶解。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于制备酸化压裂井下压裂工具的耐酸智能溶解材料，用该耐酸智能溶解材料制备的井下压裂工具既能保障井下压裂工具在酸化时不溶蚀，保证酸化压裂时的承压暂堵作用，又能在酸化压裂后实现压裂工具的快速溶解，不仅避免了常规酸化压裂井下工具(钢质压裂工具)带来的钻磨周期长、钻磨成本高、钻磨事故多等钻磨难题，还可以有效解决现有可溶压裂工具(可溶镁合金和可溶铝合金压裂工具)在酸液中溶解速度过快的问题，可有效提高酸化压裂作业效率，提高油气资源开采效率、降低油气资源开采成本，可广泛用于可溶球、可溶球座、可溶筛管、可溶封隔器等井下压裂工具。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种用于酸化压裂的井下压裂工具的耐酸智能溶解材料，该智能溶解材料包括可溶镁基合金或铝基合金基体、包覆在镁基合金或铝基合金表面的耐酸涂层及均匀分布在耐酸涂层中的智能溶解控件。

进一步地，所述可溶镁基合金或铝基合金基体其抗压强度需满足酸化压裂时的承压需求，通常要求其承压能力大于70MPa。

进一步地，所述耐酸涂层厚度可根据酸化压裂时酸液的总量、流速确定的酸化时间进行调整，但耐酸涂层总厚度不大于1.5mm，可采用环氧树脂、聚胺脂、氟碳树脂涂等材料制备，压力作用下屈服强度不大于130MPa。