CN102911649A - 高强度自降解封隔材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度自降解封隔材料及其制备方法，涉及高含水水平井的化学堵水。该材料由下述组份按质量份数制备而成：丙烯酸盐5-30份；丙烯酰胺0-30份；胍胶1-30份；强度调节剂0.001-2.0份；过氧化物0.001-2.0份；β-甘露聚糖酶0.3-10份；水50-75份。各组分按一定比例和顺序混合搅拌均匀，将适量以上混合液注入水平井预定水平段中，4-12小时后可实现对水平段的分隔。该材料强度高、吸水性强，克服了常规凝胶材料在水平井水平段环空封堵不严的现象；96小时后可完全自降解，解决了常规堵水材料对生产水平段的污染问题。因此可作为一种水平井堵水、封堵用环空封隔材料。

Description

高强度自降解封隔材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种水平井堵水、封堵用环空封隔材料，适用于分段封堵筛管(或割缝衬管)完井水平井的水平段出水、注水开发区块的注入水沿高渗透层带窜入生产水平井、以及裂缝性地层等造成水平井高含水。

背景技术

目前，水平井(大斜度井)存在低含水采油期短、含水上升速度快，开发中后期高含水问题较为突出，产量下降迅速，严重影响了水平井的产能。我国东部油田水平井完井基本多采用套管+筛管或精密滤砂筛管，管外没有裸眼封隔器分割层段的完井方式。筛管完井方式决定了水平井堵水技术的特殊性：封隔筛管和岩石壁面之间的环空。机械封隔方法仅能实现筛管内部空间的封隔，不能实现环空的封隔，导致堵水作业失败。

90年代中期，国外提出了环空化学封隔(Annular Chemical Packer，ACP)技术，为筛管完井水平井堵水提供了新思路，ACP技术是在筛管与井壁之间的环空放置可形成化学封隔层的可固化液，形成不渗透的高强度段塞，以隔离环空区域，然后配合管内封隔器实现堵剂的分段注入。1997年起，ACP技术在国外Nigeria、Prudhoe等矿场得到应用，证实其工艺的可行性，但从其工业应用的规模及矿场应用效果分析，筛管完井水平井堵水技术的研究仍处于发展阶段。国内外ACP封隔材料的开发主要局限在常规凝胶材料和触变水泥上。一方面，常规凝胶材料本身强度较低，在环空容易造成“重力坍落”和“回吐”；无机触变水泥材料密度大重力作用强，容易未完全填充整个环空，工艺安全性仍无法满足要求。另一方面，常规凝胶材料和触变水泥不能自行降解，均对生产水平段带来污染，不能使地层恢复原来的物性，严重影响生产产能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种高强度自降解封隔材料，即一种新型的水平井堵水用ACP封隔材料，其能够对水平井的生产水平段暂堵保护，后续堵水作业结束后又能够自行降解，使生产水平段恢复原来的地层物性，从而达到保护生产目的层的目的。

与此相应，本发明另一个解决的技术问题是提供一种制备该高强度自降解封隔材料的方法。该材料不受地层水矿化度影响。对生产水平段起到化学封隔器的作用，避免后续堵剂对生产水平段的污染和伤害，等堵水施工作业结束后该材料自行降解，从而恢复生产水平段的地层渗透率和开采。

本发明采用的技术方案是：一种高强度自降解封隔材料由下述组份按质量份数制备而成：丙烯酸盐5～30份；丙烯酰胺0～30份；胍胶1～30份；强度调节剂0.001～2.0份；过氧化物0.001～2.0份；β-甘露聚糖酶0.3～10份；水50～75份。

所述丙烯酸盐为丙烯酸钠或丙烯酸钾。所述胍胶为胍胶粉(又名胍尔胶、瓜尔胶)或胍胶衍生物。所述过氧化物为过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾。所述强度调节剂为交联剂N，N′-亚甲基双丙烯酰胺。所述水为自来水或油田采出水。

本发明的制备方法，包括下述步骤：

a.将水放入搅拌罐中，将胍胶加入搅拌罐中搅拌，得到均匀分散胶体溶液；

b.加入丙烯酸盐和丙烯酰胺搅拌均匀；

c.加入强度调节剂搅拌均匀；

d.加入适当浓度的β-甘露聚糖酶，搅拌均匀；

e.最后加入过氧化物搅拌均匀；

f.将适量以上混合液注入水平井预定水平段中，可实现对水平段的分隔；实验室试验时可放于恒温箱中50～60℃下反应12小时。

本发明的技术原理是：

(1)本发明材料的聚合工艺是丙烯酸盐和丙烯酰胺与胍胶接枝共聚交联形成强凝胶，强凝胶遇水即膨胀，填充充满于筛管和岩石壁面之间的环空区域。胍胶作为接枝体构成封隔材料的“骨架”，提高了材料的本体强度。此外，通过调节强度调节剂加量可使材料具备一系列不同的强度和持压能力。

(2)β-甘露聚糖酶能够使胍胶很快降解成低聚糖小分子，低聚糖本身也具有生物降解性。所形成的封隔材料在一定浓度强氧化剂和β-甘露聚糖酶作用下降解成相对分子量更小的低聚物。在微生物的作用下该材料最终可以完全降解，从而恢复地层渗透率。

本发明的优点：

(1)本材料吸水膨胀体积倍数在5-100倍，很强的吸水性使材料填充并充满于环空区域，保证了封隔效果，克服了常规凝胶材料在水平井水平段环空封堵不严的现象。

(2)本材料强度高。采用水膨体抗剪切强度检测仪(ZL2005 1 0103288.6)测试凝胶的抗剪切强度可达到750～850N。

(3)本材料本身具有更好地自降解性，96小时后可完全降解，解决了常规堵水材料对生产水平段的污染问题。用胍胶粉和β-甘露聚糖酶等作为封隔材料，突破了常规凝胶材料如淀粉-丙烯酸体系等、以及触变水泥作为ACP封隔材料的研究局限。该发明生成的凝胶是一种类似橡胶的粘弹性固体，其强度12h内几乎不降低，随后才开始降解，72h内强度降低95％，最终能够完全降解。填砂管物模实验测试表明岩心渗透率恢复率大于90％。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例1

向66.699份自来水中缓慢加入1份胍胶粉，搅拌溶解；加入30份丙烯酸钠溶液；再依次加入0.001份强度调节剂、2.0份过氧化物，最后加入0.3份β-甘露聚糖酶，搅拌均匀，放于60℃恒温箱中反应12h。

该材料为高弹性固体，聚合成胶时间在1h，抗剪切强度最大值为500N，12h后强度开始降低，96h后降解为深褐色液体，液体粘度小于5.0MPa·S。采用填砂管物模实验测试突破压力梯度和岩心渗透率恢复率，分别为38MPa/m、95％。

实施例2

向50份自来水中缓慢加入30份胍胶粉，搅拌溶解；加入5份丙烯酸钾溶液和5份丙烯酰胺溶液；依次加入0.009份强度调节剂、0.001份过氧化物，最后加入9.99份β-甘露聚糖酶，搅拌均匀，放于60℃恒温箱中反应12h。

该材料为高弹性固体，聚合成胶时间在3h，抗剪切强度最大值为800N，12h后强度开始降低，96h后降解为深褐色液体，液体粘度小于5.0MPa·S。采用填砂管物模实验测试突破压力梯度和岩心渗透率恢复率，分别为40MPa/m、92％。

实施例3

向50.5份自来水中缓慢加入15份胍胶粉，搅拌溶解；加入30份丙烯酰胺溶液；再依次加入2份强度调节剂、1份过氧化物，最后加入1.5份β-甘露聚糖酶，搅拌均匀，放于50℃恒温箱中反应12h。

该材料为粘弹性固体，聚合成胶时间在1.5h，抗剪切强度最大值为850N，12h后强度开始降低，96h后降解为浅褐色液体，液体粘度小于5.0MPa.s。采用填砂管物模实验测试突破压力梯度和岩心渗透率恢复率，分别为43MPa/m、90％。

Claims (7)

1.高强度自降解封隔材料，其特征是：该材料由下述组份按质量份数制备而成：丙烯酸盐5-30份；丙烯酰胺0-30份；胍胶1-30份；强度调节剂0.001-2.0份；过氧化物0.001-2.0份；β-甘露聚糖酶0.3-10份；水50-75份。

2.根据权利要求1所述的高强度自降解封隔材料，其特征是：所述丙烯酸盐为丙烯酸钠或丙烯酸钾。

3.根据权利要求1所述的高强度自降解封隔材料，其特征是：所述胍胶为胍胶粉或胍胶衍生物。

4.根据权利要求1所述的高强度自降解封隔材料，其特征是：所述过氧化物为过硫酸铵、过硫酸钠或过硫酸钾。

5.根据权利要求1所述的高强度自降解封隔材料，其特征是：所述强度调节剂为交联剂N，N′-亚甲基双丙烯酰胺。

6.根据权利要求1所述的高强度自降解封隔材料，其特征是：所述水为自来水或油田采出水。

7.一种制备权利要求1所述的高强度自降解封隔材料的方法，其特征是：包括下述步骤：

a.将水倒入搅拌罐中，将胍胶加入搅拌罐中搅拌，得到均匀分散胶体溶液；

b.加入丙烯酸盐和丙烯酰胺搅拌均匀；

c.加入强度调节剂搅拌均匀；

d.加入适当浓度的β-甘露聚糖酶，搅拌均匀；

e.最后加入过氧化物搅拌均匀；

f.50～60℃下反应12小时即可聚合。