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CN109666467A - 可控延时膨胀堵漏剂及其制备方法 - Google Patents

可控延时膨胀堵漏剂及其制备方法 Download PDF

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袁俊秀
黄冬
朱魁
逯贵广
靳志超
何育苗
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Abstract

本发明涉及一种用于油田钻井领域的堵漏助剂，特别是能够调控堵漏材料的膨胀时间，抑制其吸水膨胀速度，提高膨胀堵漏材料施工的成功率。包括：吸水膨胀树脂5份至10份，醇类改性剂15份至80份，固体酸催化剂0.05份至0.4份。本发明优点：(1)耐温150℃，显著提高了堵漏剂的耐温及耐盐性能；(2) 常温时，在水中几乎不膨胀，随着水温的升高，吸水膨胀速度变快，具有明显的延迟膨胀特征，在井筒中膨胀缓慢，到达漏失层后可继续膨胀，从而可有效地改善漏失地层，达到修复的效果。

Description

可控延时膨胀堵漏剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于油田钻井领域中所用的一种堵漏助剂，特别是能够调控堵漏材料的膨胀时间，抑制其吸水膨胀速度的目的，提高膨胀堵漏材料施工的成功率，扩大吸水膨胀堵漏剂在油田堵漏方面的应用。
背景技术
井漏是钻井、固井、测井、修井过程中存在的复杂问题，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。由于井漏发生率较高，据统计，全世界井漏发生率占钻井总数的20%~25%，而井漏的处理是石油钻井中的难点，特别是复杂井漏问题尤为棘手，恶性井漏损失占井漏总损失的50%以上，且堵漏很难成功，因此亟需加强恶性井漏的防治研究。井漏处理不当，可能会引起恶性井下事故，造成严重的环境污染。在钻井防漏过程中钻井用的堵漏材料是必不可少的一种材料，钻井防漏堵漏的成功率直接取决于堵漏材料性能的优劣。
长期以来，工程技术人员针对不同情况的井漏，在实践中对各种堵漏材料进行了优选，目前国内堵漏剂以及堵漏技术的研究取得了很大的进步，解决了许多实际问题，但仍有一些不足，这些材料的共同缺陷在于：一是堵漏过程中其自身的可变形性较差，稍大于漏层孔隙裂缝或是与漏层孔隙裂缝形状不匹配的颗粒就不易进入，在漏层表面形成堆积，并未深入漏层；二是大部分堵漏材料不具有膨胀性或只有微小的膨胀量，在外部作用力的作用下不易稳定地滞留在漏层当中。由于上述原因，使用这些材料处理井漏时，往往易造成堵漏效果不佳和堵漏后发生重复性漏失。膨胀性堵漏材料虽然在解决上述两个问题方面具有一定的优势，但是常规膨胀堵漏材料其膨胀速度一般难以控制，通常由地面到进入漏失通道的过程需要几个小时，但是优良的吸水膨胀材料在此时间段内会高速吸水，体积大幅膨胀，影响了实际的堵漏效果。
如何控制吸水树脂在泵送过程中不发生膨胀，到达漏失地层之后在发生吸水膨胀是一个难题，为了使吸水树脂堵漏材料更好的发挥膨胀堵塞作用，围绕其延时膨胀，主要由包裹法、非水携带液和接枝疏水性单体等方法。包裹法主要问题在于：(1) 包衣材料选择范围有限；(2) 吸水树脂颗粒小，包裹难度大，包裹不均匀；(3) 包裹工艺复杂，难以实现工业化。非水携带液体主要问题在于：外部溶液电解质的离子强度大，影响吸水树脂的吸水能力。而接枝疏水性单体优点在于：疏水性单体通过接枝进入吸水树脂内部，对水分子进入吸水树脂内部有抑制作用，可以减缓吸水树脂的吸水膨胀。从生产工艺及现场施工角度考虑，通过接枝疏水性单体来达到吸水树脂延迟吸水膨胀是最简单最有效的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是常规膨胀材料在井筒中快速膨胀而进入漏失层位后膨胀性能降低，开发具有一定延时膨胀性能的堵漏剂，使堵漏材料在漏失通道中最大限度的发挥作用，提高堵漏材料的实际应用效果。
本发明主要技术方案：可控延时膨胀堵漏剂，其特征在于组成如下：各组分按重量份数包括：吸水膨胀树脂5份至10份，醇类改性剂15份至80份，固体酸催化剂0.05份至0.4份。
一般地，所述吸水膨胀树脂包括以下组分，各组分按重量份数计：蒸馏水 60份至90份，丙烯酸5份至28份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸1份至10份，交联剂0.01份至0.5份，引发剂0.01份至0.3份，增强剂2份至5份。
所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。
所述引发剂为过硫酸铵、无水亚硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸钠中的任意两种，混合配比为1:1。
所述增强剂为钠基膨润土或高岭土，目数为100-400目。
本发明所述吸水膨胀树脂的制备方法如下：先取水放入反应器中搅拌，依次加入增强剂、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N,N-亚甲基双丙烯酰胺及交联剂放入反应器中，通N2保护，冰水浴中搅拌至完全溶解，待温度降至0-10℃时，缓慢滴加引发剂溶液，滴完后，继续搅拌10-30min，停止搅拌，缓慢升温至30-70℃，静态反应2-5h，得到弹性凝胶体，取出、60-90℃真空干燥、剪切，得到该吸水膨胀树脂。
所述醇类改性剂为正丁醇、戊醇、辛醇、十二醇中的任意一种。
本发明所述可控延时膨胀堵漏剂的制备方法，其特征是：称取吸水膨胀树脂，放入醇类改性剂中，加入固体酸催化剂，在60-150℃下反应2-8h，过滤、烘干，得可控延时膨胀堵漏剂。
一般地，所述反应温度为120-150℃。
所述反应时间为3-5 h。
本发明与现有技术相比较，具有如下优点：(1) 本发明提供的延时膨胀堵漏剂，耐温150℃，显著提高了堵漏剂的耐温及耐盐性能；(2) 常温时，在水中几乎不膨胀，随着水温的升高，吸水膨胀速度变快，具有明显的延迟膨胀特征，在井筒中膨胀缓慢，到达漏失层后可继续膨胀，从而可有效地改善漏失地层，达到修复的效果。
具体实施方式
下面通过具体制备实施例进一步说明本发明。
实施例1
先称取6g钠基膨润土、20g丙烯酸、10g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、0.03gN,N-亚甲基双丙烯酰胺及0.015g引发剂过硫酸铵放入反应器中，加入150g蒸馏水，冰水浴中搅拌至完全溶解，通N2保护；待温度降至5℃左右时，缓慢滴加10g引发剂亚硫酸钠溶液(亚硫酸钠0.015g)； 滴完后，继续搅拌20min，停止搅拌，缓慢升温至45℃，静态反应3h，得到弹性凝胶体；将其取出、70℃真空干燥、剪切得吸水膨胀树脂；称取5g该树脂放入反应器中，依次加入20g正丁醇、0.025g固体酸催化剂，在120℃下反应4h，过滤、干燥，得到可控延时膨胀堵漏剂1号产品。
实施例2
先称取5g钠基膨润土、25g丙烯酸、10g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、0.04gN,N-亚甲基双丙烯酰胺及0.015g引发剂过硫酸铵放入反应器中，加入200g蒸馏水，冰水浴中搅拌至完全溶解，通N2保护；待温度降至5℃左右时，缓慢滴加10g引发剂亚硫酸钠溶液(亚硫酸钠0.015g)； 滴完后，继续搅拌20min，停止搅拌，缓慢升温至50℃，静态反应2h，得到弹性凝胶体；将其取出、70℃真空干燥、剪切得吸水膨胀树脂；称取5g该树脂放入反应器中，依次加入20g正辛醇、0.025g固体酸催化剂，在150℃下反应3h，过滤、干燥，得到可控延时膨胀堵漏剂2号产品。
实施例3
先称取5g钠基膨润土、30g丙烯酸、18g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、0.05gN,N-亚甲基双丙烯酰胺及0.02g引发剂过硫酸铵放入反应器中，加入200g蒸馏水，冰水浴中搅拌至完全溶解，通N2保护；待温度降至5℃左右时，缓慢滴加10g引发剂亚硫酸钠溶液(亚硫酸钠0.02g)；滴完后，继续搅拌20min，停止搅拌，缓慢升温至50℃，静态反应3h，得到弹性凝胶体；将其取出、70℃真空干燥、剪切得吸水膨胀树脂；称取5g该树脂放入反应器中，依次加入15g十二醇、0.02g固体酸催化剂，在150℃下反应4h，过滤、干燥，得到可控延时膨胀堵漏剂3号产品。
将上述三个产品进行吸水膨胀性能检测，检测分析结果见表1，表1 产品吸水膨胀性能检测分析结果
由表1可知，与常规膨胀堵漏剂相比，本发明堵漏剂在吸水初期几乎不膨胀，可顺利注入地层，随着地层温度的升高，吸水膨胀速度增快，当到达漏失层位时，可短时间内迅速膨胀，增强了堵漏剂的实际的堵漏效果。

Claims (10)

1.一种可控延时膨胀堵漏剂，其特征在于组成如下：各组分按重量份数包括：吸水膨胀树脂5份至10份，醇类改性剂15份至80份，固体酸催化剂0.05份至0.4份。
2.根据权利要求1所述的可控延时膨胀堵漏剂，其特征在于所述吸水膨胀树脂包括以下组分，各组分按重量份数计：蒸馏水 60份至90份，丙烯酸5份至28份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸1份至10份，交联剂0.01份至0.5份，引发剂0.01份至0.3份，增强剂2份至5份。
3.根据权利要求2所述的可控延时膨胀堵漏剂，其特征在于所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。
4.根据权利要求2所述的可控延时膨胀堵漏剂，其特征在于所述引发剂为过硫酸铵、无水亚硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸钠中的任意两种，混合配比为1:1。
5.根据权利要求2所述的可控延时膨胀堵漏剂，其特征在于所述增强剂为钠基膨润土或高岭土，目数为100-400目。
6.根据权利要求1-5任一所述的可控延时膨胀堵漏剂，其特征在于所述吸水膨胀树脂的制备方法如下：先取水放入反应器中搅拌，依次加入增强剂、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、N,N-亚甲基双丙烯酰胺及交联剂放入反应器中，通N2保护，冰水浴中搅拌至完全溶解，待温度降至0-10℃时，缓慢滴加引发剂溶液，滴完后，继续搅拌10-30min，停止搅拌，缓慢升温至30-70℃，静态反应2-5h，得到弹性凝胶体，取出、60-90℃真空干燥、剪切，得到该吸水膨胀树脂。
7.根据权利要求1所述的可控延时膨胀堵漏剂，其特征在于醇类改性剂为正丁醇、戊醇、辛醇、十二醇中的任意一种。
8.根据权利要求1所述可控延时膨胀堵漏剂的制备方法，其特征是：称取吸水膨胀树脂，放入醇类改性剂中，加入固体酸催化剂，在60-150℃下反应2-8h，过滤、烘干，得可控延时膨胀堵漏剂。
9.根据权利要求8所述可控延时膨胀堵漏剂的制备方法，其特征在于反应温度为120-150℃。
10.根据权利要求8所述可控延时膨胀堵漏剂的制备方法，其特征在于反应时间为3-5h。
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