本發(fā)明涉及一種油氣井下壓裂易鉆橋塞用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
隨著油氣田的開(kāi)發(fā)和能源的不斷耗竭，非常規(guī)油氣將成為未來(lái)石油天然氣能源的重要接替者。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，致密砂巖氣、頁(yè)巖氣、煤層氣等非常規(guī)天然氣資源儲(chǔ)量比常規(guī)天然氣更高，我國(guó)非常規(guī)天然氣資源總量是常規(guī)天然氣資源量的5.01倍，非常規(guī)天然氣勘探開(kāi)發(fā)潛力無(wú)限。但是由于非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層具有低孔、特低滲透的特征，針對(duì)這類(lèi)非常規(guī)油氣藏，多級(jí)多層段壓裂技術(shù)是進(jìn)行儲(chǔ)層改造，有效提高單井產(chǎn)量的首選手段。目前國(guó)內(nèi)外常用的多級(jí)壓裂技術(shù)主要有裸眼封隔器分段壓裂技術(shù)、不動(dòng)管柱水力噴射分段壓裂技術(shù)、連續(xù)油管?chē)娚吧淇篆h(huán)空加砂壓裂技術(shù)和易鉆式復(fù)合橋塞分段壓裂技術(shù)等。
在油氣井測(cè)試過(guò)程中,為正確評(píng)價(jià)認(rèn)識(shí)目的層,當(dāng)遇有多層系地層時(shí),各油氣水層間存在差異需要進(jìn)行分層測(cè)試,分層進(jìn)行增產(chǎn)措施,生產(chǎn)井進(jìn)行多層完井,暫時(shí)封層等,都需要使用橋堵分層工具,如橋塞等。但目前常用的金屬橋塞存在易卡鉆、鉆銑困難等缺點(diǎn),利用高壓復(fù)合材料制作橋塞代替金屬橋塞,其獨(dú)特的材料設(shè)計(jì)容易鉆磨,磨掉的碎屑輕小,容易沖出,防止卡鉆。特別適用于斜井、水平井的分層壓裂、酸化、封堵水作業(yè),克服了金屬橋塞易卡鉆、鉆磨困難及鉆磨時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。
復(fù)合橋塞具有容易鉆銑、鉆銑時(shí)產(chǎn)生的碎屑輕小、不易卡鉆等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)橋塞坐封和射孔聯(lián)作,不但縮短了水平井分段壓裂的施工周期,利用其內(nèi)部單流閥結(jié)構(gòu),還能實(shí)現(xiàn)壓裂后的迅速返排、快速投產(chǎn)。
上個(gè)世紀(jì)60年代，國(guó)外就已經(jīng)大量采用橋塞封層技術(shù)，我國(guó)則自1986年我國(guó)才開(kāi)始采用橋塞技術(shù)進(jìn)行封層經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，在國(guó)內(nèi)已經(jīng)初步形成了一系列可以滿足各種井況和作業(yè)要求的產(chǎn)品，但是對(duì)于復(fù)合橋塞，則始終依靠進(jìn)口國(guó)外的設(shè)備和技術(shù)。目前，壓裂橋塞封層技術(shù)仍以封隔器+卡瓦的組合為主，由管柱輸送，投球加壓，坐封丟手。密封壓差15-60Mpa，耐溫120度左右。在2009年13省區(qū)市機(jī)械工程學(xué)會(huì)第五屆科技論壇上，提出了復(fù)合材料可鉆橋塞達(dá)到耐溫90度，耐壓25Mpa，有效期兩年，可在1.5小時(shí)內(nèi)完成鉆銑的技術(shù)目標(biāo)。在未來(lái)，易鉆式復(fù)合橋塞多層鍛壓技術(shù)仍將是國(guó)內(nèi)外油氣藏開(kāi)發(fā)的主體技術(shù)。毫無(wú)疑問(wèn)，我國(guó)會(huì)進(jìn)一步加大復(fù)合材料橋塞分段壓裂技術(shù)的推廣應(yīng)用力度，不斷提高自主研發(fā)技術(shù)水平。在性能方面，目前國(guó)外的研究機(jī)構(gòu)仍舊著力于耐高溫、耐高壓橋塞，目標(biāo)是承壓能力提高到105MPa，耐溫性能提高到204度，以滿足高溫深井施工需要。
綜上所述，易鉆式復(fù)合橋塞技術(shù)為提高單井產(chǎn)量提供手段，為我國(guó)的頁(yè)巖氣藏等非常規(guī)油氣藏經(jīng)濟(jì)性、規(guī)模性開(kāi)發(fā)提供有力技術(shù)支撐。國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的復(fù)合橋塞在氣密性、可鉆性、化學(xué)穩(wěn)定性及加工成本上還未能達(dá)到較高水平，亟需實(shí)現(xiàn)易鉆式復(fù)合橋塞的國(guó)產(chǎn)化。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的旨在自主研發(fā)一種高鉆磨效率與高密封性的橋塞用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成型、設(shè)計(jì)加工自主化提供可能。
具體地，本發(fā)明提供了一種油氣井下壓裂易鉆橋塞用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，它是由如下重量配比的原料制備而成：
雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂40～60份、脂肪族環(huán)氧樹(shù)脂40～60份、酸酐類(lèi)固化劑1～3份、固化促進(jìn)劑1～3份、增韌劑1～3份、增強(qiáng)纖維5～40份。
進(jìn)一步地，它包含有如下重量份的原料：
雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂50份、脂肪族環(huán)氧樹(shù)脂50份、酸酐類(lèi)固化劑2份、固化促進(jìn)劑1份、增韌劑1份、增強(qiáng)纖維25份。
其中，所述脂肪族環(huán)氧樹(shù)脂包括環(huán)氧化聚丁二烯樹(shù)脂、聚丙二醇二縮水甘油醚或聚乙二醇二縮水甘油醚。
其中，所述酸酐固化劑包含鄰苯二甲酸酐、甲基四氫苯酐、均苯四甲酸二酐、甲基那迪克酸酐、苯酮四甲酸二酐中的一種或兩種以上的混合物。
其中，所述固化促進(jìn)劑包括有機(jī)胺類(lèi)、路易斯酸類(lèi)、金屬羧酸鹽類(lèi)。
進(jìn)一步地，所述有機(jī)胺類(lèi)選自DMP—30、BDMA；路易斯酸類(lèi)選自水楊酸；金屬羧酸鹽類(lèi)選自辛酸亞錫。
其中，所述增韌劑選自橡膠化合物、熱塑性彈性體類(lèi)。
進(jìn)一步地，所述橡膠化合物選自乙丙橡膠、聚丁二烯橡膠、丁基橡膠、丁腈橡膠、丁苯橡膠中的一種或兩種以上的混合物；所述嵌段共聚物選自苯乙烯-丁二烯熱塑性彈性體、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，所述增強(qiáng)纖維選自碳纖維、石墨纖維、硼纖維、石英纖維、玻璃纖維、纖維素纖維、碳化硅纖維中的一種或兩種以上的組合；優(yōu)選使用玻璃纖維。
本發(fā)明還提供了上述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法，它包括如下操作步驟：
(1)按配比取原料；
(2)將固化劑加熱熔融，并與同溫度下的雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂混合，攪拌均勻，再加入剩余原料，然后在70～110℃下固化2～4h，再升溫至130～170℃固化3～5h，即得纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。
當(dāng)然，本發(fā)明纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備方法還可以采用其他常規(guī)方法進(jìn)行。
本發(fā)明纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，能夠達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，耐高溫、耐高壓，滿足了高溫深井施工需要。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 本發(fā)明復(fù)合材料的制備
原料：雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂500g、脂肪族環(huán)氧樹(shù)脂500g、鄰苯二甲酸酐20g、DMP—30 10g、甲基丙烯酸甲酯—丁二烯—苯乙烯三元共聚物10g、碳纖維250g
制備工藝：將固化劑加熱熔融，并與同溫度下的雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂混合，攪拌均勻，再加入剩余原料，然后在70～110℃下固化2～4h，再升溫至130～170℃固化3～5h，即得纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。
實(shí)施例2 本發(fā)明復(fù)合材料的制備
原料：雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂500g、環(huán)氧化聚丁二烯樹(shù)脂500g、均苯四甲酸二酐20g、水楊酸10g、乙丙橡膠10g、玻璃纖維250g
制備工藝：將固化劑加熱熔融，并與同溫度下的雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂混合，攪拌均勻，再加入剩余原料，然后在70～110℃下固化2～4h，再升溫至130～170℃固化3～5h，即得纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。
實(shí)施例3 本發(fā)明復(fù)合材料的制備
原料：雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂500g、環(huán)氧化聚丁二烯樹(shù)脂500g、苯酮四甲酸二酐20g、辛酸亞錫10g、苯乙烯-丁二烯熱塑性彈性體10g、石墨纖維250g
制備工藝：將固化劑加熱熔融，并與同溫度下的雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂混合，攪拌均勻，再加入剩余原料，然后在70～110℃下固化2～4h，再升溫至130～170℃固化3～5h，即得纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。
復(fù)合橋塞所用材料物性參數(shù)表