CN103160261B - 井下智能胶塞的制备及其使用方法 - Google Patents
井下智能胶塞的制备及其使用方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种井下智能胶塞的制备及其使用方法,即以丙烯酰胺和丙烯酸钠为原料,加入引发剂亚硫酸钠合成胶状物,再配置基液,与交联剂交联形成性能稳定的、且能在设定的时间自动破胶的胶塞。本发明的井下智能胶塞成胶前为液体状,利用地面泵将其泵送至井筒预定位置,胶塞成胶后能密封井筒,防止地层油气向上运移,保证井筒作业安全,同时能避免压井液进入地层造成储层伤害,影响油井产能,作业结束后能自动降解,确保井筒畅通。
Description
技术领域
本发明涉及一种井下智能胶塞的制备及其使用方法,属于油气井工程技术领域。
背景技术
油气井在进行作业前,为平衡地层压力,必须采用高密度的压井液在井筒中循环压井,确保地层中的油气不进入井筒,避免井涌、井喷等事故发生。但是,在压井状况下,压井液易进入地层,引起储层敏感性伤害,堵塞油气通道,影响油井产能。为改变这种状况,可采用带压作业来替代压井液压井,即通过井口设备控制井筒压力,既能确保井口作业安全,又能避免压井液给储层带来的伤害。但是,带压作业存在作业费用高、周期长等问题,同时一些特殊井作业还不能采用带压作业。为此,发明人拟采用一段胶塞来封隔井筒,这样既能实现安全作业,又能保护储层,作业结束后胶塞自动降解,保持井筒畅通。
我国油田用凝胶的研制始于20世纪60年代末。80年代,凝胶技术得到更大的发展,聚丙烯酰胺交联凝胶体系的研究和应用取得很大的进步。聚丙烯酰胺类包括聚丙烯酰胺、部分水解聚丙烯酰胺和阳离子聚丙烯酰胺,由于丙烯酰胺均聚物在使用性能上的局限性,使得丙烯酰胺多元共聚物有了大的发展,该类共聚物在油田开发中有广泛的市场,是20世纪80年代发展起来的一类重要的油田处理剂,主要应用在钻井液、驱油、酸化压裂、堵水调剖等领域中。
目前,国内常见交联体系有柠檬酸铝交联体系、铬交联体系、有机酚醛交联体系等。这些常规凝胶的强度小,粘附性差,且不能实现自动破胶,此外,钢管表面的铁锈对其降解破坏作用明显,因此无法满足封隔井筒的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种井下智能胶塞的制备及其使用方法,即在井筒内形成一种智能胶塞,用来封隔井筒,确保油气井井口实现安全作业,并有效保护储层免受伤害。
本发明的具体技术内容如下:
井下智能胶塞的制备方法:
1.合成胶塞原料:以丙烯酰胺和丙烯酸钠为原料,在去离子水介质中,用氢氧化钠调节溶液PH值,通氮气除氧后,加入引发剂和金属遮蔽剂,在30℃下进行反应1-5小时,然后加入可溶性淀粉,升温至30-90℃反应1-4小时,冷却出料。
2.配置胶塞溶液:将合成的胶状物配置溶液,加入纳米二氧化硅,搅拌至完全溶解。再加入一定比例的交联剂,在不同温度下,交联成性能稳定1-15天的凝胶。
3.本发明胶塞的使用方法:采用水泥车将溶液泵送至井筒预定位置,成胶后即可在井口进行作业,作业结束后,胶塞实现自动破胶液化,然后采用制氮车氮气返排。
本发明的井下智能胶塞成胶前为液体状,利用地面泵将其泵送至井筒预定位置,成胶后能密封井筒,防止地层油气向上运移,保证井筒作业安全,同时能避免压井液进入地层造成储层伤害,影响油井产能,作业结束后能自动降解,确保井筒畅通。
附图说明
附图为本发明智能胶塞在井筒内的工作示意图。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施例进行说明。
在井下智能胶塞工作示意图中,1为井筒,2为井下智能胶塞,3为储层,4为气体。
实施例1:
本发明井下智能胶塞的制备方法如下:
1.合成胶塞原料:以30%的丙烯酰胺和3%的丙烯酸钠为原料,在去离子水介质中,用20%氢氧化钠溶液调节溶液的PH值为10-11,通氮气除氧,加入0.1%过硫酸铵、0.1%的亚硝酸钠和0.2%的乙二胺四乙酸二钠,在30℃下反应2小时,然后加入35%的可溶性淀粉溶液,升温至55℃反应3h,冷却出料。
2.配置胶塞溶液:将合成的胶状物配置成5%的溶液,加入0.5%的纳米二氧化硅,搅拌至完全溶解。在溶液中加入0.3%的醋酸铬,在80℃下,交联成性能稳定15天的凝胶。
所加入的引发剂是过硫酸钾和亚硫酸钠、亚硫酸氢钠的混合物,该引发体系可以在较低温度下产生自由基。金属遮蔽剂是乙二胺四乙酸二钠,乙二胺四乙酸二钠可以与金属离子发生络合反应,从而避免或减少金属离子对胶塞产生的不利影响。
初始反应温度放在30℃是因为引发温度过高时,引发体系会加速分解,产生自由基速率加快,进而导致聚合反应速率加快,使聚合产物分子量降低。通氮气的目的是为了除氧,氧和容易与引发剂分解产生的自由基结合而导致阻聚。
以水为介质,以丙烯酰胺、丙烯酸钠和淀粉为原料进行的聚合反应,是在反应初期,丙烯酰胺与丙烯酸钠先聚合,之后在其支链上引入淀粉;聚合反应过程主要由链引发、链增长、链中止3个基元反应组成,引发过程首先引发剂受热分解生成初始自由基,得到骨架自由基,然后再引发单体接枝与淀粉接枝的共聚反应。
纳米二氧化硅本身具有增稠作用,同时与聚合物产生化学键增加凝胶强度,以纳米尺寸分散于凝胶中形成“纳米效应“,使二氧化硅与凝胶界面间的界面作用更强;另外其三维结构与聚合物基体起到的交联作用,导致凝胶三维结构更稳定,分子链运动受到二氧化硅的限制,使原来自由的分子链受到一定的制约,从而达到增强的作用。
以本发明方法合成的凝胶性能:
基液粘度(20℃):80-280mPa.s
胶塞粘度:5×104-29×104mPa.s
弹性模量:20-1000Pa
胶塞抗压能力:2-3.15MPa/100m。
3.本发明胶塞2的使用方法:如图所示,采用水泥车将溶液泵送至井筒1预定位置,胶塞2成胶后即可在井口进行作业,作业结束后,胶塞实现自动破胶液化,然后采用制氮车氮气返排。
实施例2:
井下智能胶塞在玉门油田鸭940井的试用:
1.首先利用反应炉合成胶塞原料:以12%的丙烯酰胺和3%的丙烯酸钠为原料,在去离子水介质中,用15%氢氧化钠溶液调节溶液的PH值为10-11,通氮气除氧,加入0.2%过硫酸铵、0.3%的亚硝酸钠和0.2%的乙二胺四乙酸二钠,在30℃下反应5小时,然后加入16%的可溶性淀粉溶液,升温至55℃反应3h,冷却出料。
2.配置胶塞溶液:将合成的胶状物配置成5%的溶液,加入0.5%的纳米二氧化硅,搅拌至完全溶解。在溶液中加入0.5%的醋酸铬,一起注入井筒内设计位置在80℃下,施工要求交联性能稳定5天的凝胶。
鸭940井钻遇目的层后有显著的油气显示,在使用冻胶塞后进行的起钻作业过程中,出口始终点火不着,充分说明在作业过程中地层中的油、气被冻胶塞封死,证明冻胶塞在井内起到了有效的“塞封”作用。该井完井后产量效果明显,是邻井产量的2-4倍。
实施例3:
井下智能胶塞在吐哈油田柯21-2井的试用:
1.首先利用反应炉合成胶塞原料:以10%的丙烯酰胺和5%的丙烯酸钠为原料,在去离子水介质中,用15%氢氧化钠溶液调节溶液的PH值为6-8,通氮气除氧,加入0.3%过硫酸铵、0.4%的亚硝酸钠和0.2%的乙二胺四乙酸二钠,在30℃下反应2小时,然后加入10%的可溶性淀粉溶液,升温至80℃反应2h,冷却出料。
2.配置胶塞溶液:将合成的胶状物配置成5%的溶液,加入0.8%的纳米二氧化硅,搅拌至完全溶解。在溶液中加入0.6%的醋酸铬,一起注入井筒内设计位置在80℃下,施工要求交联形成稳定4天的凝胶。
柯21-2井实施井下智能胶塞后,在起钻杆时观察井口套压始终为0,后续进行了下筛管、更换井口、下生产油管等工序,井口套压始终为0,说明此时井下智能胶塞已经起到密封油气的作用。
实施例4:
井下智能胶塞在新疆油田克拉美丽气田滴西HW141井的试用:
1.首先利用反应炉合成胶塞原料:以12%的丙烯酰胺和5%的丙烯酸钠为原料,在去离子水介质中,用10%氢氧化钠溶液调节溶液的PH值为6-7,通氮气除氧,加入0.6%过硫酸铵、0.5%的亚硝酸钠和0.7%的乙二胺四乙酸二钠,在30℃下反应1小时,然后加入8%的可溶性淀粉溶液,升温至60℃反应1h,冷却出料。
2.配置胶塞溶液:将合成的胶状物配置成8%的溶液,加入2%的纳米二氧化硅,搅拌至完全溶解。在溶液中加入1%的醋酸铬,一起注入井筒内设计位置在80℃下,施工要求交联形成稳定15天凝胶。
滴西HW141井实施井下智能胶塞后,在起钻杆时观察井口套压始终为0,后续进行了下筛管、更换井口、下生产油管等工序,井口套压始终为0。说明此时井下智能胶塞已经起到密封油气的作用,且密封性长达15天。
Claims (5)
1.一种井下智能胶塞的制备方法,其特征在于:该制备方法包括以下步骤:
合成胶塞原料:以30%的丙烯酰胺和3%的丙烯酸钠为原料,在去离子水介质中,20%的氢氧化钠溶液的pH值至(10-11),通氮气除氧后,加入引发剂和金属遮蔽剂,在30℃下反应1-5小时,然后加入35%的可溶性淀粉,搅拌均匀,升温至30-90℃,反应1-4小时,冷却出料;
配置胶塞溶液:将合成的胶状物配置成5%的溶液,加入0.5%的纳米二氧化硅,搅拌至完全溶解,再加入0.3%的交联剂,在80℃下,交联成性能稳定15天的凝胶;
胶塞的使用方法:采用水泥车将溶液泵送至井筒预定位置,成胶后即可在井口进行作业,作业结束后,胶塞实现自动破胶液化,然后采用制氮车氮气返排;
或者
合成胶塞原料:以12%的丙烯酰胺和3%的丙烯酸钠为原料,在去离子水介质中,用15%的氢氧化钠溶液的pH值至(10-11),通氮气除氧后,加入引发剂和金属遮蔽剂,在30℃下反应1-5小时,然后加入16%的可溶性淀粉,搅拌均匀,升温至30-90℃,反应1-4小时,冷却出料;
配置胶塞溶液:将合成的胶状物配置成5%的溶液,加入0.5%的纳米二氧化硅,搅拌至完全溶解,再加入0.5%的交联剂,在80℃下,交联成性能稳定5天的凝胶;
胶塞的使用方法:采用水泥车将溶液泵送至井筒预定位置,成胶后即可在井口进行作业,作业结束后,胶塞实现自动破胶液化,然后采用制氮车氮气返排;
或者
合成胶塞原料:以10%的丙烯酰胺和5%的丙烯酸钠为原料,在去离子水介质中,用15%的氢氧化钠溶液的pH值至(6-8),通氮气除氧后,加入引发剂和金属遮蔽剂,在30℃下反应1-5小时,然后加入10%的可溶性淀粉,搅拌均匀,升温至30-90℃,反应1-4小时,冷却出料;
配置胶塞溶液:将合成的胶状物配置成5%的溶液,加入0.8%的纳米二氧化硅,搅拌至完全溶解,再加入0.6%的交联剂,在80℃下,交联成性能稳定4天的凝胶;
胶塞的使用方法:采用水泥车将溶液泵送至井筒预定位置,成胶后即可在井口进行作业,作业结束后,胶塞实现自动破胶液化,然后采用制氮车氮气返排;
或者
合成胶塞原料:以12%的丙烯酰胺和5%的丙烯酸钠为原料,在去离子水介质中,用10%的氢氧化钠溶液的pH值至(6-7),通氮气除氧后,加入引发剂和金属遮蔽剂,在30℃下反应1-5小时,然后加入8%的可溶性淀粉,搅拌均匀,升温至30-90℃,反应1-4小时,冷却出料;
配置胶塞溶液:将合成的胶状物配置成8%的溶液,加2%的纳米二氧化硅,搅拌至完全溶解,再加入1%的交联剂,在80℃下,交联成性能稳定15天的凝胶;
胶塞的使用方法:采用水泥车将溶液泵送至井筒预定位置,成胶后即可在井口进行作业,作业结束后,胶塞实现自动破胶液化,然后采用制氮车氮气返排。
2.如权利要求1所述的井下智能胶塞的制备方法,其特征在于:
合成胶塞原料:以30%的丙烯酰胺和3%的丙烯酸钠为原料,在去离子水介质中,用20%氢氧化钠溶液调节溶液的pH值为10,通氮气除氧,加入0.1%过硫酸铵、0.1%的亚硝酸钠和0.2%的乙二胺四乙酸二钠,在30℃下反应2小时,然后加入35%的可溶性淀粉溶液,升温至55℃反应3h,冷却出料;
配置胶塞溶液:将合成的胶状物配置成5%的溶液,加入0.5%的纳米二氧化硅,搅拌至完全溶解;在溶液中加入0.3%的醋酸铬,在80℃下,交联成性能稳定15天的凝胶。
3.如权利要求1所述的井下智能胶塞的制备方法,其特征在于:
首先利用反应炉合成胶塞原料:以12%的丙烯酰胺和3%的丙烯酸钠为原料,在去离子水介质中,用15%氢氧化钠溶液调节溶液的pH值为11,通氮气除氧,加入0.2%过硫酸铵、0.3%的亚硝酸钠和0.2%的乙二胺四乙酸二钠,在30℃下反应5小时,然后加入16%的可溶性淀粉溶液,升温至55℃反应3h,冷却出料;
配置胶塞溶液:将合成的胶状物配置成5%的溶液,加入0.5%的纳米二氧化硅,搅拌至完全溶解;在溶液中加入0.5%的醋酸铬,一起注入井筒内设计位置在80℃下,交联性能稳定5天的凝胶。
4.如权利要求1所述的井下智能胶塞的制备方法,其特征在于:
首先利用反应炉合成胶塞原料:以10%的丙烯酰胺和5%的丙烯酸钠为原料,在去离子水介质中,用15%氢氧化钠溶液调节溶液的pH值为6-8,通氮气除氧,加入0.3%过硫酸铵、0.4%的亚硝酸钠和0.2%的乙二胺四乙酸二钠,在30℃下反应2小时,然后加入10%的可溶性淀粉溶液,升温至80℃反应2h,冷却出料;
配置胶塞溶液:将合成的胶状物配置成5%的溶液,加入0.8%的纳米二氧化硅,搅拌至完全溶解;在溶液中加入0.6%的醋酸铬,一起注入井筒内设计位置在80℃下,交联形成稳定4天的凝胶。
5.如权利要求1所述的井下智能胶塞的制备方法,其特征在于:
a.首先利用反应炉合成胶塞原料:以12%的丙烯酰胺和5%的丙烯酸钠为原料,在去离子水介质中,用10%氢氧化钠溶液调节溶液的pH值为6,通氮气除氧,加入0.6%过硫酸铵、0.5%的亚硝酸钠和0.7%的乙二胺四乙酸二钠,在30℃下反应1小时,然后加入8%的可溶性淀粉溶液,升温至60℃反应1h,冷却出料;
b.配置胶塞溶液:将合成的胶状物配置成8%的溶液,加入2%的纳米二氧化硅,搅拌至完全溶解;在溶液中加入1%的醋酸铬,一起注入井筒内设计位置在80℃下,交联形成稳定15天的凝胶。
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