CN105567190A - 一种凝胶堵漏剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种油气田钻井堵漏作业中的凝胶堵漏剂及其制备方法，特别是一种分子中含可增强与地层相互作用的功能基团的凝胶膨胀堵漏剂。该堵漏剂由四种单体共聚而成，第一单体为堵漏剂提供亲水性，促进材料的吸水膨胀；第二单体为阳离子单体，提供带正电荷的基团，增加堵漏剂同漏失孔道井壁的电荷相互吸引作用；第三类单体为不饱和有机硅偶联剂单体，这类单体可以提高堵漏剂在漏失层位滞留能力；第四类单体为多不饱和键功能单体，使堵漏剂形成化学交联。本发明采用水溶液聚合，工艺简单，便于操作。本发明所制备得堵漏剂具有吸水膨胀能力强、含有多种与漏层可形成力学相互作用的功能基团可提高堵漏材料在漏层的滞留能力的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种油气田钻井堵漏作业中的凝胶堵漏剂及其制备方法，特别是一种分子中含可增强与地层相互作用的功能基团的凝胶膨胀堵漏剂。
背景技术
井漏是钻井作业中存在的复杂问题，它使钻井液从井眼漏入漏失通道，不仅耗费大量的泥浆和堵漏材料，而且可能造成井塌、卡钻、井喷，甚至导致井眼报废等重大事故，造成巨大的经济损失。堵漏材料是钻井防漏堵漏过程中必不可少的物质，其性能直接影响堵漏施工的成功率。
国内在20世纪60年代就开始应用堵漏材料处理井漏，并开展了一些基础研究工作。20世纪70年代以前的整个时期，主要采用高粘切钻井液加桥堵材料(锯末、云母、稻草、泥球、砖块等)和打水泥塞等方法，堵漏材料和方法单一，往往造成井漏处理的失败。20世纪80年代，桥接堵漏材料的研究应用拉开了这个发展阶段的序幕，各种化学堵剂、高失水堵剂、混合堵漏稠浆等新型堵剂应运而生，为对付各种类型的井漏、提高处理井漏的成功率提供了手段。近些年来，人们更加注重井漏的预防，防漏堵漏剂大范围应用于现场，减少了井漏发生率；单一的桥接堵漏材料转化成了复合堵漏剂，提高了堵漏效率；注重了油气层的保护，开发出了酸溶性高失水暂堵剂、单向压力封堵剂、酸溶性固化材料、膨胀堵漏剂等一系列的堵漏剂。但是，在严重漏失井况下，复合堵漏剂存在各组分分离无法提供协同作用、膨胀堵漏剂吸水膨胀量小、在外部作用力下堵漏剂不易于稳定滞留在漏层中等问题，从而易于造成堵漏效果不佳和堵漏后发生重复性漏失。
因此，行之有效的新型堵漏剂仍是目前研究的重点领域，也是钻井防漏堵漏工作的重要一环，对于推动钻井安全作业具有现实意义。
发明内容
本发明的目的之一在于提供了一种钻井堵漏用凝胶堵漏剂。
本发明的目的之二在于提供了这种凝胶堵漏剂的制备方法。
本发明所述的凝胶堵漏剂，其由以下四类单体共聚而成：第一单体选自丙烯酰胺、丙烯酸钠中的一种或其混合物；第二单体选自丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种；第三单体选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三（2-甲氧乙氧基）硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基甲基二甲氧基硅烷中的一种；第四单体选自二甲基二烯丙基氯化铵、N,N-亚甲基双丙烯酰胺中的一种。
其中，四类聚合单体的质量比例如下：第一单体：50-95%；第二单体：1-40%；第三单体：1-20%；第四单体：0.01-1%。
在制备的凝胶堵漏剂中，四类单体分别提供不同作用，如第一单体为丙烯酸钠或丙烯酰胺，可以为堵漏剂提供亲水性，促进材料的吸水膨胀；第二单体为阳离子单体，通过共聚合后，可以进一步增加材料的吸水性，同时可以通过提供带正电荷的基团，增加堵漏剂同漏失孔道井壁的电荷相互吸引作用；第三类为不饱和有机硅偶联剂单体，这类单体可以通过硅醚键的水解、缩合作用，和井壁粘土产生化学胶合，达到提高堵漏剂在漏失层位滞留能力的作用；第四类为多不饱和键功能单体，使堵漏剂形成化学交联，提供吸水后材料的强度和保持堵漏剂形状的作用。
一种凝胶堵漏剂的制备方法，包括下述四个步骤：
（1）将第一单体、第二单体、第三单体和第四单体配制成水溶液，使得所述单体质量浓度为10%-40%；
（2）在溶液温度0-10℃下，向单体溶液中加入引发剂，持续向水溶液中通入惰性气体氮气以除去氧气，保持30分钟-60分钟；
（3）在氮气氛围，升温至10℃-80℃，，使所述单体溶液进行溶液聚合1-6小时，
（4）反应所得胶状物置于真空干燥箱中30-80℃干燥24小时，粉碎后得到粒状凝胶堵漏剂。
在制备过程中，采用的引发剂为氧化-还原引发体系，具体为过硫酸钠-亚硫酸氢钠、过硫酸铵-季戊四醇其中之一，氧化剂过硫酸钠或过硫酸铵与还原剂亚硫酸氢钠或季戊四醇质量比为1：1。引发剂质量占单体总质量的0.001%-0.05%。
和现有技术相比，本发明的有益效果有：
（1）原料中吸水单体含量较高，制备的堵漏剂吸水膨胀能力强；
（2）含有多种与漏层可形成力学相互作用的功能基团，提高堵漏材料在漏层的滞留能力，增加堵漏成功率。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明，其目的仅在于更好的理解本发明而非限制本发明保护的范围。
实施例1
在500mL四口瓶中加入第一单体丙烯酰胺12.50g，第二单体丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵10.00g，第三单体甲基丙烯酰氧基甲基二甲氧基硅烷2.25g，第四单体N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.25g以及蒸馏水200.00g，机械搅拌使其溶解完全；冰水浴降温至2℃，加入过硫酸钠0.0013g，亚硫酸氢钠0.0013g；向水溶液中通入惰性气体氮气，保持60分钟；在氮气氛围下，升温至10℃下，搅拌反应10小时后，出料，置于真空干燥箱中40℃干燥24小时，粉碎得颗粒状堵漏剂样品1。将样品细粉末通过红外光谱分析，可见各特征基团吸收峰。
实施例2
在250mL四口瓶中加入第一单体丙烯酰胺47.5g，第二单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵0.50g，第三单体乙烯基三甲氧基硅烷1.00g，第四单体N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.005g以及蒸馏水75.00g，机械搅拌使其溶解完全；冰水浴降温至5℃，加入过硫酸铵0.0125g，亚硫酸氢钠0.0125g；向水溶液中通入惰性气体氮气，保持30分钟；在氮气氛围下，升温至30℃下，搅拌反应4小时后，出料，置于真空干燥箱中80℃干燥12小时，粉碎得颗粒状堵漏剂样品2。
实施例3
在250mL四口瓶中第一单体加入丙烯酸钠25.00g，第二单体甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵14.90g，第三单体乙烯基三异丙氧基硅烷10.00g，第四单体N,N-亚甲基双丙烯酰胺0.10g以及蒸馏水150.00g，机械搅拌使其溶解完全；冰水浴降温至5℃，加入过硫酸铵0.008g，季戊四醇0.008g；向水溶液中通入惰性气体氮气，保持60分钟；在氮气氛围下，升温至30℃下，搅拌反应8小时后，出料，置于真空干燥箱中60℃干燥12小时，粉碎得颗粒状堵漏剂样品3。
实施例4
堵漏剂对粘弹性和膨胀性有要求，因此测定了制备的样品吸水膨胀速度和吸水能力。
吸水膨胀性能测定方法：取8-16目颗粒状交联聚合物堵漏剂样品1.00g，室温下加入到300mL蒸馏水中，20min、40min、60min、120min及240min后过40目筛，除掉可流动水分，称量吸水后样品的质量m1，按照以下公式计算吸水膨胀倍数Q：
Q=(m1-1)/1
测试结果表1：
表1凝胶堵漏剂吸水膨胀性能
Claims (4)
1.一种凝胶堵漏剂，其特征在于由以下四类单体共聚而成：
第一单体选自丙烯酰胺、丙烯酸钠中的一种或其混合物；
第二单体选自丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种；
第三单体选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三（2-甲氧乙氧基）硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基甲基二甲氧基硅烷中的一种；
第四单体选自二甲基二烯丙基氯化铵、N,N-亚甲基双丙烯酰胺中的一种；
其中，四类聚合单体的质量比例如下：第一单体：50-95%；第二单体：1-40%；第三单体：1-20%；第四单体：0.01-1%。
2.一种制备如权利要求书1所述的凝胶堵漏剂的制备方法，包括下述步骤：
（1）将第一单体、第二单体、第三单体和第四单体配制成水溶液，使得所述单体质量浓度为10%-40%；
（2）在溶液温度0-10℃下，向单体溶液中加入引发剂，持续向水溶液中通入惰性气体氮气以除去氧气，保持30分钟-60分钟；
（3）在氮气氛围，升温至10℃-80℃，使所述单体溶液进行溶液聚合1-6小时，
（4）反应所得胶状物置于真空干燥箱中30-80℃干燥24小时，粉碎后得到粒状凝胶堵漏剂。
3.如权利要求书2所述的凝胶堵漏剂的制备方法，其特征在于所述引发剂为氧化-还原引发体系，为过硫酸钠-亚硫酸氢钠、过硫酸铵-季戊四醇之一，氧化剂与还原剂质量比为1:1。
4.如权利要求书2所述的凝胶堵漏剂的制备方法，其特征在于所述引发剂质量占单体总质量的0.001%-0.05%。
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