一种油基钻井液用封堵材料及制备方法
技术领域
本发明属于石油化工领域。特别是涉及石油工业中的油基钻井液用封堵材料及制备方法。
技术背景
在油田开发钻探过程中,由于地层破碎、断层多、裂缝孔隙发育、产层多、同一裸眼井段压力系数相差悬殊等原因,井漏十分频繁,并一直未得到很好的解决。特别是近年来,随着国内页岩气井、水平井、大位移井的发展,油基钻井液使用率逐年增加,油基钻井液井漏处理难度更大、持续时间长,而油基钻井液价格昂贵,漏失会造成巨大的经济损失,严重制约着钻井勘探开发的发展,严重影响到钻井工程的安全和速度,而对于钻井液损害大的储层,往往会出现产能极低甚至无产能的现象。目前,处理油基钻井液井漏普遍的做法是在油基钻井液种加入封堵材料来处理,常见的封堵材料有如:桥堵材料,化学凝胶堵剂,吸水膨胀聚合物等,但基本只适用于水基钻井液,不适用于油基钻井液堵漏。油基钻井液需要的是亲油、悬浮性好的封堵材料,常规的封堵材料均不具备这些性能。
CN101492600A公开了一种钻井液用屏蔽暂堵剂,其由中分子凝胶材料和降滤失性材料组成。该发明无毒无害,具有无荧光干扰性和润滑性,不起泡沫,具有变形性、可塑性和缓冲压力性,能有效封堵钻井种的不同渗透性底层以及较大面积的裂缝、裂隙以及中小溶洞,防止井漏发生,减小储层损害。但是该暂堵剂主要应用于水基钻井液,亲油性差。
中国期刊《研究.开发》杂志第5期第34-39页发表了一篇“丙烯酸酯系共聚物高吸油树脂的合成及性能研究”,以及中国期刊《精细石油化工》杂志第26卷第1期发表了一篇“丙烯酸酯系高吸油树脂的合成及性能”,这两篇文献中的产品吸油率很大,吸油后强度很低,不适合做封堵材料。
发明内容
针对钻井过程中不同程度的井漏造成的一系列问题:井漏频繁并且处理难度大,持续时间长;油基钻井液价格昂贵,漏失造成损失巨大;严重影响到钻井工程的安全和速度,延长了钻井及建井周期,本发明旨在提供一种性能优良的适合油基钻井液的亲油型封堵材料。首先要求能稳定的悬浮并分散在油基钻井液中,其次要对油基钻井液的性能影响小,而且能有效的封堵地层裂缝,达到堵漏的目的。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种油基钻井液用封堵材料,其以分散剂、丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类、致孔剂和有机单体为原料聚合制备而成。所述油基钻井液用封堵材料的制备方法包含以下步骤:
(1) 将分散剂溶于蒸馏水;
(2)将丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类和有机单体加入(1)中,搅拌形成分散体系;
(3)向在步骤(2)中得到的分散体系中加入致孔剂、交联剂和引发剂并搅拌;
(4)将在步骤(3)中所得到的液体进行通氮气保护,然后水浴加热得到初产物;
(5)将初产物用水洗涤;
(6) 将步骤(5)中得到的洗涤后的产物烘干即可得到有机钻井液用封堵材料。
优选的是,如上所述的分散剂为十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙二醇中的任意一种或几种。
在上述任一方案中优选的是,所述的丙烯酸酯类为丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸十八酯中的任意一种或几种。
在上述任一方案中优选的是,所述的甲基丙烯酸酯类为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸十八酯的任意一种或几种。
在上述任一方案中优选的是,所述的有机单体为苯乙烯、二苯乙烯,丙烯腈,丁二烯中的任意一种或几种。
在上述任一方案中优选的是,所述的致孔剂为乙酸乙酯、甲苯、石蜡中的任意一种或几种。
在上述任一方案中优选的是,所述的交联剂为二乙苯烯、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、有机硅交联剂WD-20,有机硅交联剂WD-50,有机硅交联剂WD-70中的任意一种或几种。
在上述任一方案中优选的是,所述的引发剂为过硫化钾,偶氮二异庚腈,过氧化苯甲酰,叔丁基过氧化氢中的任意一种或几种。
在上述任一方案中优选的是,所述的油基钻井液用封堵材料的制备方法中,丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类和有机单体的质量比为:3-5:1-2:0.5-2。
在上述任一方案中优选的是,所述的油基钻井液用封堵材料的制备方法中,分散剂、蒸馏水、丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类、有机单体、致孔剂、交联剂、引发剂的质量比为:0.18-0.27:18-30:3-5:1-2:0.5-2:0.3-0.5:0.01-0.02:0.01-0.02。
在上述任一方案中优选的是,所述的油基钻井液用封堵材料的制备方法中,步骤(1)至步骤(3)过程在80℃条件下进行。
在上述任一方案中优选的是,所述的油基钻井液用封堵材料的制备方法中,步骤(2)中的搅拌速度为3000-5000r/min。
在上述任一方案中优选的是,所述的油基钻井液用封堵材料的制备方法中,步骤(4)的水浴加热温度为75-85℃。
在上述任一方案中优选的是,所述的油基钻井液用封堵材料的制备方法中,步骤(4)反应时间为6-8小时。
在上述任一方案中优选的是,所述的油基钻井液用封堵材料的制备方法中,步骤(5)中初产物用70-80℃的水洗涤。
在上述任一方案中优选的是,一种油基钻井液用封堵材料,其制备方法为:
(1)在80℃条件下,将1.8-2.7g分散剂溶于180-300ml蒸馏水;
(2) 将30-50g丙烯酸酯类、10-20g甲基丙烯酸酯类和5-20g有机单体加入步骤(1)中,在3000-5000r/min条件下搅拌形成分散体系;
(3)向步骤(2)的分散体系中加入3-5g致孔剂、0.1-0.2g交联剂和0.1-0.2g引发剂并搅拌,使之充分溶解;
(4)将步骤(3)所得到的液体进行通氮气保护,然后在75-85℃水浴中加热,反应6-8小时得到初产物;
(5)将步骤(4)得到的初产物用70-80℃的水洗涤;
(6)将步骤(5)中得到的洗涤后的产物烘干,然后研磨成颗粒,即可得到有机钻井液用封堵材料。
一种油基钻井液用封堵材料,其采用如上所述的任一制备方法制备得到。
按照本发明的制备方法得到的油基钻井液用封堵材料,亲油性好、密度小,有良好的悬浮稳定性;吸油前后强度高、对岩石具有一定黏性,可以有效的封堵地层裂缝,达到封堵的目的。此外,封堵材料对油基钻井液的性能影响不大,且有利于降低钻井液滤失量,并且有良好的热稳定性。封堵材料能有效的封堵裂缝,突破压力可达15MPa以上。
对于原料的选择:短链甲基丙烯酸酯单体是硬单体,长链丙烯酸酯单体和丙烯酸酯单体为软单体,在合适的比例下,软硬单体结合,通过分散剂分散在水溶液中,采用悬浮聚合法,合成适合作封堵材料的丙烯酸类共聚物。
具体实施方式
实施例性能评价方法
1、封堵材料的基本性能评价方法
采用白油对本发明的封堵材料进行基本性能评价:
(1)白油在封堵材料表面的接触角
将一滴白油滴在平整的封堵材料表面上,用JC2000C接触角仪测定白油在封堵材料表面的接触角,并观察白油在封堵材料表面的润湿性。
(2)密度
取一小块封堵材料(大约为1cm×1cm×1cm),用电子天平精确称量其质量,然后用排液法测定其体积,计算其密度。将封堵材料放置于白油中7天,用相同的方法测定其吸油饱和后的密度
(3)吸油膨胀倍数
封堵材料的吸油膨胀倍数为吸油饱和后的质量与吸油前的质量比百分数。
(4)抗拉强度
用橡胶拉力试验机测定吸油前后封堵材料的抗拉强度。
2、 封堵材料对油基钻井液性能的影响
(1) 油基钻井液基浆的配制
配制白油基钻井液基浆(油水比90:10+4% SPAN80+2% ABS +5%HFGEL有机土(生产公司:浙江丰虹)+ 6%CaO + 1%提切剂(生产公司:广东开平联技化工)+1% CaCl2)。具体方法如下:
a.10g CaCl2溶于100ml水,然后与20g ABS混合,搅匀;
b.向上述溶液分别加入900ml白油、40ml SPAN80,在3000r/min下高速搅拌20min,配制成白油乳状液;
c.加入50g有机土、60gCaO,10g提切剂,在3000r/min下高速搅拌2h,得到油基钻井液基浆,密封保存,待用。
(2) 封堵材料对钻井液性能的影响
用六速粘度计测定以上配制的油基钻井液基浆的流变性能,然后往油基钻井液中加入不同比例的细碎封堵材料,高速搅拌1h后,再次测定带封堵材料的钻井液的流变性能。为了评价封堵材料的抗温性能,测定老化后钻井液的性能。
3、封堵材料封堵性能评价
采用岩心流动仪测定封堵材料的突破压力,进而描述其封堵性能,实验基本原理是加压使带封堵材料的钻井液通过裂缝岩心。具体实验步骤如下:
(1)将一天然岩心沿轴向劈开,然后用密封膜包绕起来放入岩心流动仪的岩心加持器中;
(2)连接好仪器,选择恒流的模式,用恒流泵驱动带封堵材料的钻井液流经带裂缝的岩心,随时加围压保持围压比泵压大0.5~1.0 MPa,保证钻井液不会从岩心周围窜出;
(3)实验开始以2ml/min的驱替速度进行加压,当泵压大于1MPa后,驱替速度改为1ml/min;
(4)观察岩心末端是否有钻井液流出,记录钻井液流出时的泵压,钻井液持续流出时的泵压即为突破压力。
表1为按照本发明的优选实施例的封堵材料的基本性能;
表2为按照本发明的优选实施例的封堵材料对钻井液性能的影响;
表3为按照本发明的优选实施例的封堵材料的突破压力测试结果。
实施例1
一种油基钻井液用封堵材料的制备方法:
(1) 在80℃条件下,将1.8g分散剂聚乙烯醇溶于180ml蒸馏水;
(2) 将15g丙烯酸丁酯、15g丙烯酸十八酯和15g甲基丙烯酸丁酯,7g苯乙烯、8g丙烯腈加入(1)中,3000r/min高速搅拌,形成均匀稳定的分散体系;
(3) 向(2)中所得分散体系中加入3g致孔剂乙酸乙酯, 0.1g交联剂二乙苯烯,0.1g引发剂过氧化苯甲酰,用搅拌机搅拌上述混合液10min,使之充分溶于体系中;
(4) 将上述液体放入500ml广口三角烧瓶中,通氮气保护,放入80±5℃水浴加热,反应8小时得到初步产品;
(5) 产品的洗涤:用70-80℃的水洗涤所得物,洗去多余的杂质;
(6) 产品50℃条件下烘干后,在白油中将产品用胶体磨粉成合适大小颗粒,即为油基钻井液封堵材料。
实施例2:
一种油基钻井液用封堵材料的制备方法:
(1) 在80℃条件下,将0.9g十二烷基硫酸钠和0.9g聚乙二醇溶于180ml蒸馏水;
(2) 将20g丙烯酸乙酯、20g丙烯酸十八酯、5g甲基丙烯酸甲酯,5g甲基丙烯酸十八酯,10g二苯乙烯加入(1)中,3000r/min高速搅拌,形成均匀稳定的分散体系;
(3) 向(2)中所得分散体系中加入3g致孔剂甲苯, 0.1g交联剂二乙苯烯,0.1g偶氮二异庚腈,用搅拌机搅拌上述混合液10min,使之充分溶于体系中;
(4) 将上述液体放入500ml广口三角烧瓶中,通氮气保护,放入80±5℃水浴加热,反应8小时得到初步产品;
(5) 产品的洗涤:用70-80℃的水洗涤所得物,洗去多余的杂质;
(6) 产品50℃条件下烘干后,在白油中将产品用胶体磨粉成合适大小颗粒,即为油基钻井液封堵材料。
实施例3:
一种油基钻井液用封堵材料的制备方法:
(1) 在80℃条件下,将0.9g聚丙烯酰胺和0.9g聚乙烯醇溶于180ml蒸馏水;
(2) 将30g丙烯酸甲酯,10g丙烯酸十八酯、10g甲基丙烯酸乙酯、5g甲基丙烯酸丁酯,2g二苯乙烯和3g丁二烯加入(1)中,3000r/min高速搅拌,形成均匀稳定的分散体系;
(3) 向(2)中所得分散体系中加入3g石蜡, 0.1g交联剂有机硅交联剂WD-20,0.02g过硫化钾和0.08g叔丁基过氧化氢,用搅拌机搅拌上述混合液10min,使之充分溶于体系中;
(4) 将上述液体放入500ml广口三角烧瓶中,通氮气保护,放入80±5℃水浴加热,反应8小时得到初步产品;
(5) 产品的洗涤:用70-80℃的水洗涤所得物,洗去多余的杂质;
(6) 产品50℃条件下烘干后,在白油中将产品用胶体磨粉成合适大小颗粒,即为油基钻井液封堵材料。
实施例4
一种油基钻井液用封堵材料的制备方法:
(1) 在80℃条件下,将0.9g聚丙烯酰胺和0.9g聚乙烯醇溶于180ml蒸馏水;
(2) 将20g丙烯酸甲酯,20g丙烯酸十八酯、10g甲基丙烯酸乙酯、5g甲基丙烯酸丁酯,2g二苯乙烯和3g丁二烯加入(1)中,3000r/min高速搅拌,形成均匀稳定的分散体系;
(3) 向(2)中所得分散体系中加入3g石蜡, 0.1g交联剂有机硅交联剂WD-50, 0.1g叔丁基过氧化氢,用搅拌机搅拌上述混合液10min,使之充分溶于体系中;
(4) 将上述液体放入500ml广口三角烧瓶中,通氮气保护,放入80±5℃水浴加热,反应8小时得到初步产品;
(5) 产品的洗涤:用70-80℃的水洗涤所得物,洗去多余的杂质;
(6) 产品50℃条件下烘干后,在白油中将产品用胶体磨粉成合适大小颗粒,即为油基钻井液封堵材料。
实施例5
一种油基钻井液用封堵材料的制备方法:
(1) 在80℃条件下,将1.8g聚乙烯醇溶于180ml蒸馏水;
(2) 将20g丙烯酸乙酯、20g丙烯酸十八酯、5g甲基丙烯酸甲酯,5g甲基丙烯酸十八酯,10g二苯乙烯加入(1)中,3000r/min高速搅拌,形成均匀稳定的分散体系;
(3) 向(2)中所得分散体系中加入3g致孔剂甲苯, 0.1g交联剂WD-70,0.1g过氧化苯甲酰,用搅拌机搅拌上述混合液10min,使之充分溶于体系中;
(4) 将上述液体放入500ml广口三角烧瓶中,通氮气保护,放入80±5℃水浴加热,反应8小时得到初步产品;
(5) 产品的洗涤:用70-80℃的水洗涤所得物,洗去多余的杂质;
(6) 产品50℃条件下烘干后,在白油中将产品用胶体磨粉成合适大小颗粒,即为油基钻井液封堵材料。
实施例6
一种油基钻井液用封堵材料的制备方法:
(1) 在80℃条件下,将1.8g分散剂聚乙烯醇溶于180ml蒸馏水;
(2) 将15g丙烯酸丁酯、15g丙烯酸十八酯和15g甲基丙烯酸丁酯,10g苯乙烯、5g丙烯腈加入(1)中,3000r/min高速搅拌,形成均匀稳定的分散体系;
(3) 向(2)中所得分散体系中加入3g致孔剂乙酸乙酯, 0.1g交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺,0.1g引发剂过氧化苯甲酰,用搅拌机搅拌上述混合液10min,使之充分溶于体系中;
(4) 将上述液体放入500ml广口三角烧瓶中,通氮气保护,放入80±5℃水浴加热,反应8小时得到初步产品;
(5) 产品的洗涤:用热水洗涤所得物,洗去多余的杂质;
(6) 产品50℃条件下烘干后,在白油中将产品用胶体磨粉成合适大小颗粒,即为油基钻井液封堵材料。
实施例7
一种油基钻井液用封堵材料的制备方法:
(1) 在80℃条件下,将1.8g分散剂聚丙烯酰胺溶于200ml蒸馏水;
(2) 将15g丙烯酸丁酯、15g丙烯酸十八酯和10g甲基丙烯酸丁酯,5g苯乙烯、5g丙烯腈加入(1)中,3000r/min高速搅拌,形成均匀稳定的分散体系;
(3) 向(2)中所得分散体系中加入3g致孔剂乙酸乙酯, 0.1g交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺,0.1g引发剂过氧化苯甲酰,用搅拌机搅拌上述混合液10min,使之充分溶于体系中;
(4) 将上述液体放入500ml广口三角烧瓶中,通氮气保护,放入80±5℃水浴加热,反应8小时得到初步产品;
(5) 产品的洗涤:用热水洗涤所得物,洗去多余的杂质;
(6) 产品50℃条件下烘干后,在白油中将产品用胶体磨粉成合适大小颗粒,即为油基钻井液封堵材料。
实施例8
一种油基钻井液用封堵材料的制备方法:
(1) 在80℃条件下,将2g分散剂十二烷基硫酸钠溶于150ml蒸馏水。
(2) 将35g丙烯酸甲酯、15g丙烯酸十八酯和20g甲基丙烯乙丁酯,10g苯乙烯、10g丁二烯加入(1)中,3000r/min高速搅拌,形成均匀稳定的分散体系;
(3) 向(2)中所得分散体系中加入3.5g致孔剂乙酸乙酯, 0.15g交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺,0.12g引发剂过氧化苯甲酰,用搅拌机搅拌上述混合液10min,使之充分溶于体系中;
(4) 将上述液体放入500ml广口三角烧瓶中,通氮气保护,放入80±5℃水浴加热,反应8小时得到初步产品;
(5) 产品的洗涤:用70-80℃的水洗涤所得物,洗去多余的杂质;
(6) 产品50℃条件下烘干后,在白油中将产品用胶体磨粉成合适大小颗粒,即为油基钻井液封堵材料。
实施例9
一种油基钻井液用封堵材料的制备方法:
(1)在80℃条件下,将1.8g分散剂聚乙二醇溶于150ml蒸馏水。
(2)将15g丙烯酸丁酯、20g丙烯酸十八酯和5g甲基丙烯酸丁酯、5g甲基丙烯酸乙酯、7g丙烯酸十八酯,10g苯乙烯、4g丁二烯加入(1)中,3000r/min高速搅拌,形成均匀稳定的分散体系;
(3)向(2)中所得分散体系中加入4g致孔剂乙酸乙酯, 0.2g交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺,0.14g引发剂过硫化钾,用搅拌机搅拌上述混合液10min,使之充分溶于体系中;
(4)将上述液体放入500ml广口三角烧瓶中,通氮气保护,放入80±5℃水浴加热,反应8小时得到初步产品;
(5)产品的洗涤:用热水洗涤所得物,洗去多余的杂质;
(6)产品50℃条件下烘干后,在白油中将产品用胶体磨粉成合适大小颗粒,即为油基钻井液封堵材料。
实施例10
一种油基钻井液用封堵材料的制备方法:
(1)在80℃条件下,将2.7g分散剂聚乙烯醇溶于200ml蒸馏水。
(2)将20g丙烯酸丁酯、25g丙烯酸十八酯和13g甲基丙烯酸十八酯,6g二苯乙烯、6g丁二烯加入(1)中,3000r/min高速搅拌,形成均匀稳定的分散体系;
(3)向(2)中所得分散体系中加入5g致孔剂乙酸乙酯, 0.2g交联剂有机硅交联剂WD-50,0.2g引发剂叔丁基过氧化氢,用搅拌机搅拌上述混合液10min,使之充分溶于体系中;
(4)将上述液体放入500ml广口三角烧瓶中,通氮气保护,放入80±5℃水浴加热,反应8小时得到初步产品;
(5)产品的洗涤:用热水洗涤所得物,洗去多余的杂质;
(6)产品50℃条件下烘干后,在白油中将产品用胶体磨粉成合适大小颗粒,即为油基钻井液封堵材料。
实施例11一种油基钻井液用封堵材料的制备方法:
(1)在80℃条件下,将2.2g分散剂聚丙烯酰胺溶于200ml蒸馏水。
(2)将38g丙烯酸丁酯和19g甲基丙烯酸丁酯,10g苯乙烯、7g丙烯腈加入(1)中,3000r/min高速搅拌,形成均匀稳定的分散体系;
(3)向(2)中所得分散体系中加入4g致孔剂石蜡, 0.15g交联剂有机硅交联剂WD-70,0.17g引发剂偶氮二异庚腈,用搅拌机搅拌上述混合液10min,使之充分溶于体系中;
(4)将上述液体放入500ml广口三角烧瓶中,通氮气保护,放入80±5℃水浴加热,反应8小时得到初步产品;
(5)产品的洗涤:用热水洗涤所得物,洗去多余的杂质;
(6)产品50℃条件下烘干后,在白油中将产品用胶体磨粉成合适大小颗粒,即为油基钻井液封堵材料。
表1
注:当接触角小于10°时,接触角很难精确测出。
表2
表3
注:泵压最大为15MPa,固突破压力最大只能测到15MPa。
本领域技术人员可以理解,按照本发明的油基钻井液用封堵材料及其制备方法包括了上述各部分的任意组合。以上所述仅为本发明的的优选实施例,并不能限定本发明,可以肯定的是凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均在本发明的保护范围之内。