本發明涉及固井材料，具體而言，涉及提高界面煤巖膠結強度的固井水泥漿及制備方法和應用。
背景技術：
1、煤巖的主要成分為有機物，基本單元是以縮合芳環為主體的有機高分子，因此煤巖的表面親水性較差，并且還存在著光滑的割理面，從而導致煤巖與水泥環之間的膠結強度較低，固井二界面優質率僅為34.81%左右，嚴重影響煤巖氣資源的后續開發。此外，水平井和大型體積壓裂技術是目前公認的有效提高煤巖氣產量的鉆固井技術，同時，煤巖與水泥環的二界面膠結較差易產生微間隙，導致在壓裂過程中極易導致壓裂液通過間隙進一步破壞界面膠結狀態。所以，為保障固井二界面膠結優質率，保障煤巖氣井長期穩定的服役狀態，對固井水泥環的性能提出了更高的要求。
2、當前已有的樹脂水泥漿體系主要應用于高溫高壓常規油氣井，通過樹脂改性、納米材料增強、纖維增韌等方式提升水泥環性能，但針對煤巖氣固井特有的弱膠結地層、低溫低壓環境的研究較為缺乏，現有體系難以滿足煤巖與水泥環界面膠結強度提升的核心需求。因此，開發一種適用于煤巖氣井固井、能顯著提高煤巖與水泥環界面膠結強度的固井水泥漿體系具有重要的理論意義和實際應用價值。
技術實現思路
1、鑒于此，本發明提供了提高界面煤巖膠結強度的固井水泥漿及制備方法和應用，該固井水泥漿流變性能良好，密度可調，api失水量小于50?ml，并且水泥固化后具有優異的抗壓強度和較低的楊氏模量，能提高煤巖與水泥環的膠結強度。該體系中的固化劑，為一種緩釋型固化劑，會隨著水泥水化反應進行逐步釋放，可以精確調控環氧樹脂交聯速率，解決環氧樹脂水泥漿異常稠化的問題，形成滿足煤巖氣固井的高強度-低彈模-強膠結樹脂水泥復合材，保證固井施工安全，保證樹脂水泥環長期的性能穩定。
2、本發明的技術方案為：
3、第一方面，本發明提供了提高界面煤巖膠結強度的固井水泥漿，所述固井水泥漿由質量份數計50-150份油井水泥、5-50份環氧樹脂、0.2-2份緩釋型固化劑、0.05-0.2份消泡劑、1.75-11份輔劑和40-80份水組成；
4、所述緩釋型固化劑由咪唑類有機物、碳酸丙烯酯與過渡金屬氯化物通過取代反應和絡合反應制備得到；
5、所述咪唑類有機物與所述碳酸丙烯酯、所述過渡金屬氯化物的摩爾比為1∶（1-8）∶（0.05-1）。
6、進一步地，所述咪唑類有機物包括2-苯基咪唑、4-苯基咪唑和2-甲基咪唑及其衍生物中的至少一種。
7、進一步地，所述過渡金屬氯化物包括氯化鈷、氯化鎳、三氯化鐵和氯化銅中的至少一種。
8、進一步地，所述緩釋型固化劑的制備方法包括以下步驟：
9、將咪唑類有機物與碳酸丙烯酯在55-75℃下預熱，125-145℃下反應至咪唑類有機物固相完全溶解，生成n-取代的羥甲基咪唑衍生物；向所述n-取代的羥甲基咪唑衍生物中加入過渡金屬氯化物溶液，攪拌反應4-5h，得到所述緩釋型固化劑；所述過渡金屬氯化物溶液的濃度為0.5-30%。
10、進一步地，所述輔劑由質量份數計0.5-2份早強劑、0.5-4份降失水劑、0.2-1份分散劑、0.05-2份緩凝劑、0.5-2份膨脹劑組成。
11、進一步地，所述早強劑為以納米c-s-h為核心的納米基復合增強材料；所述降失水劑為2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸與丙烯酸共聚物；所述分散劑包括聚羧酸鹽、磺化丙酮甲醛縮聚物中的至少一種；所述緩凝劑為羥基羧酸及其鹽類聚合物；所述膨脹劑為明礬石、石膏、高鋁熟料或鋁酸鹽水泥熟料為原料粉磨混合而成。
12、進一步地，所述環氧樹脂為雙酚a型環氧樹脂乳液；所述消泡劑包括?有機硅類消泡劑、礦物油消泡劑、?聚醚類消泡劑和聚醚改性有機硅型消泡劑中的至少一種。
13、進一步地，所述雙酚a型環氧樹脂乳液的化學結構為：
14、。
15、第二方面，基于同一個發明構思，本發明提供了第一方面任一項所述的提高界面煤巖膠結強度的固井水泥漿的制備方法，包括以下步驟：
16、將油井水泥和輔劑混合均勻得到固體混合物；將環氧樹脂、消泡劑、緩釋型固化劑和水在3500-4500rpm下攪拌10-20s，得到液體混合物；將所述固體混合物在3500-4000rpm下加入至所述液體混合物中，持續攪拌40-60s，將轉速降低至0rpm，消除氣泡，得到所述的固井水泥漿。
17、第三方面，基于同一個發明構思，本發明提供了第一方面任一項所述的提高界面煤巖膠結強度的固井水泥漿或采用第二方面任一項所述的制備方法制得的提高界面煤巖膠結強度的固井水泥漿在煤巖氣井固井中的應用。
18、相對于現有技術，本發明的實施例至少具有如下優點或有益效果：
19、1.本發明的緩釋型固化劑通過取代反應和絡合反應制備，常溫下為液態，與環氧樹脂相容性和分散性優異，該固化劑可隨水泥水化反應逐步釋放活性，精確調控環氧樹脂交聯速率，避免水泥漿出現起臺階、包心等異常稠化現象，障固井施工安全。
20、2.水泥漿體系形成雙固化體系，流變性能良好，沉降穩定，游離液含量低，滿足煤巖氣井固井施工的流變與穩定性要求。
21、3.水泥固化后早期強度發展迅速，4h抗壓強度可達7.9mpa，6h可達?16.1mpa，12h可達?34.23mpa，24h可達?40.2mpa，48h可達?48.02mpa，強度發展連續穩定，能為井筒提供可靠的力學支撐。
22、4.顯著提升煤巖與水泥環的界面膠結強度，24h一界面膠結強度可達?2.22mpa、二界面膠結強度可達3.1mpa；48h一界面膠結強度可達2.68mpa、二界面膠結強度可達3.19mpa，較常規水泥漿的界面膠結強度有明顯改善，有效解決煤巖氣井固井二界面膠結差的核心問題。
23、5.緩釋型固化劑化學性質穩定、無毒，可長期保存，水泥漿體系適配煤巖氣井弱膠結、低溫低壓的固井環境，能覆蓋煤巖氣井固井、地層封隔等作業場景，實用性強，可保障煤巖氣井長期穩定服役。
1.提高界面煤巖膠結強度的固井水泥漿，其特征在于，所述固井水泥漿由質量份數計50-150份油井水泥、5-50份環氧樹脂、0.2-2份緩釋型固化劑、0.05-0.2份消泡劑、1.75-11份輔劑和40-80份水組成；
2.根據權利要求1所述的固井水泥漿，其特征在于，所述咪唑類有機物包括2-苯基咪唑、4-苯基咪唑和2-甲基咪唑及其衍生物中的至少一種。
3.根據權利要求1所述的固井水泥漿，其特征在于，所述過渡金屬氯化物包括氯化鈷、氯化鎳、三氯化鐵和氯化銅中的至少一種。
4.根據權利要求1所述的固井水泥漿，其特征在于，所述緩釋型固化劑的制備方法包括以下步驟：
5.根據權利要求1所述的固井水泥漿，其特征在于，所述輔劑由質量份數計0.5-2份早強劑、0.5-4份降失水劑、0.2-1份分散劑、0.05-2份緩凝劑、0.5-2份膨脹劑組成。
6.根據權利要求5所述的固井水泥漿，其特征在于，所述早強劑為以納米c-s-h為核心的納米基復合增強材料；所述降失水劑為2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸與丙烯酸共聚物；所述分散劑包括聚羧酸鹽、磺化丙酮甲醛縮聚物中的至少一種；所述緩凝劑為羥基羧酸及其鹽類聚合物；所述膨脹劑為明礬石、石膏、高鋁熟料或鋁酸鹽水泥熟料為原料粉磨混合而成。
7.根據權利要求1所述的固井水泥漿，其特征在于，所述環氧樹脂為雙酚a型環氧樹脂乳液；所述消泡劑包括?有機硅類消泡劑、礦物油消泡劑、?聚醚類消泡劑和聚醚改性有機硅型消泡劑中的至少一種。
8.根據權利要求7所述的固井水泥漿，其特征在于，所述雙酚a型環氧樹脂乳液的化學結構為：
9.一種如權利要求1-8中任一項所述的提高界面煤巖膠結強度的固井水泥漿的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
10.一種如權利要求1-8中任一項所述的提高界面煤巖膠結強度的固井水泥漿在煤巖氣井固井中的應用。