CN104726078A - 一种凝胶堵漏剂及其制备方法 - Google Patents

一种凝胶堵漏剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种凝胶堵漏剂，由以下重量百分比的原料制成：聚丙烯酸钠4％～8％，棉丝15％～25％，过硫酸铵0.05％～0.1％，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵1％～5％，木粉15％～25％，余量为丙烯酰胺。另外，本发明还公开了该凝胶堵漏剂的制备方法。本发明的凝胶堵漏剂在使用时先与水混合形成堵漏浆液，在受压的情况下，堵漏浆液易进入裂缝或岩石孔隙的漏层内，滞留并产生堵塞，堵漏浆液中的棉丝迅速抱团，聚丙烯酸钠迅速膨胀，二者快速形成架桥，使堵漏浆液在缝隙及岩石孔隙内慢慢停止流动，随后丙烯酰胺发生连锁聚合反应并凝结成坚硬的固体物，与漏层岩石胶结合在一起，增强了堵漏效果，提高了漏失地层的强度。

Description

一种凝胶堵漏剂及其制备方法
技术领域
本发明属于井筒堵漏技术领域，具体涉及一种凝胶堵漏剂及其制备方法。
背景技术
井漏是钻井工程中，工作流体漏失到地层中的一种井下复杂情况，是钻井作业中最普遍，最常遇到的复杂难题之一。钻井作业中，一旦发生漏失，不止延误钻井时间，损失钻井液，破坏油气层，影响地质录井工作的正常进行，而且还可能造成井壁失稳从而引发井塌、卡钻、井喷等一系列复杂情况与事故，处理不当的话还会导致井眼报废。
在钻井工程防漏堵漏过程中，堵漏材料是不可缺少的物质材料。目前，国内外的堵漏材料有很多种，根据其不同的作用机理，主要分为暂堵材料、桥接堵漏材料、高失水堵漏材料、软(硬)塞堵漏材料、无机凝胶堵漏材料等。然而，现有的堵漏材料存在以下缺陷：1、堵漏过程中堵漏剂自身的可变性较大，稍微大于漏层孔隙或裂缝，与裂缝形状不匹配的材料颗粒不宜进入，就会在漏层切面口形成堆积，无法完全进入到漏层内或裂隙内；2、堵漏的材料不具有理想中的膨胀性和产生的膨胀量较小，容易造成堵漏效果不明显和发生重复性漏失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种凝胶堵漏剂。该凝胶堵漏剂具有较高的吸水和保水功能，遇水膨胀具有一定的粘度和膨胀性，并形成具有一定强度的弹性凝胶，具有良好的抗温性、抗盐性和稳定性，对钻井液性能无任何影响。凝胶堵漏剂使用时先与水混合形成堵漏浆液，在受压的情况下，堵漏浆液易进入裂缝或岩石孔隙的漏层内，滞留并产生堵塞，堵漏浆液中的棉丝迅速抱团，聚丙烯酸钠迅速膨胀，二者快速形成架桥，使堵漏浆液在缝隙及岩石孔隙内慢慢停止流动，随后丙烯酰胺在引发剂过硫酸铵的作用下，发生连锁聚合反应，并在交联剂甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的作用下凝结成坚硬的固体物，与漏层岩石胶结合在一起，增强了堵漏效果，提高了漏失地层的强度。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种凝胶堵漏剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：聚丙烯酸钠4％～8％，棉丝15％～25％，过硫酸铵0.05％～0.1％，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵1％～5％，木粉15％～25％，余量为丙烯酰胺。
上述的一种凝胶堵漏剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：聚丙烯酸钠5％～7％，棉丝18％～22％，过硫酸铵0.07％～0.1％，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵2％～4％，木粉18％～22％，余量为丙烯酰胺。
上述的一种凝胶堵漏剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：聚丙烯酸钠6％，棉丝20％，过硫酸铵0.08％，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵3％，木粉20％，余量为丙烯酰胺。
上述的一种凝胶堵漏剂，其特征在于，所述棉丝的长度不大于3mm。
上述的一种凝胶堵漏剂，其特征在于，所述木粉的粒度为20目～100目。
另外，本发明还公开了一种制备上述凝胶堵漏剂的方法，其特征在于，该方法包括：将木粉和棉丝加入混料机中搅拌5min～15min，然后向所述混料机中加入甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，搅拌均匀后再加入聚丙烯酸钠、丙烯酰胺和过硫酸铵，在20℃～30℃下搅拌15min～20min，得到凝胶堵漏剂。
使用本发明凝胶堵漏剂时，先将凝胶堵漏剂与水按照(1～1.5):1的质量比混合均匀得到堵漏浆液，然后将堵漏浆液注入漏层。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的凝胶堵漏剂具有较高的吸水和保水功能，遇水膨胀具有一定的粘度和膨胀性，并形成具有一定强度的弹性凝胶，具有良好的抗温性、抗盐性和稳定性，对钻井液性能无任何影响。
2、本发明的凝胶堵漏剂使用时先与水混合形成堵漏浆液，在受压的情况下，堵漏浆液易进入裂缝或岩石孔隙的漏层内，滞留并产生堵塞，堵漏浆液中的棉丝迅速抱团，聚丙烯酸钠迅速膨胀，二者快速形成架桥，使堵漏浆液在缝隙及岩石孔隙内慢慢停止流动，随后丙烯酰胺在引发剂过硫酸铵的作用下，发生连锁聚合反应，并在交联剂甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的作用下凝结成坚硬的固体物，与漏层岩石胶结合在一起，增强了堵漏效果，提高了漏失地层的强度。
3、与传统的堵漏材料相比，本发明的凝胶堵漏剂的化学剂量用量少，施工简单方便，具有很好的堵漏能力。
4、本发明的凝胶堵漏剂具有可控膨胀性能力，满足了堵漏剂的使用要求，同时实现了强度大，抗温抗盐性好的功效。
5、本发明的凝胶堵漏剂制备方法简单，先将木粉和棉丝加入混料机中搅拌，然后向混料机中加入甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵搅拌，搅拌过程中甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵发挥交联剂的作用，稳定保持木粉和棉丝之间的孔隙，使两者之间保持可控的距离。
下面通过实施例，对本发明技术方案做进一步的详细说明。
具体实施方式
实施例1
本实施例凝胶堵漏剂，由以下重量百分比的原料制成：聚丙烯酸钠6％，棉丝20％，过硫酸铵0.08％，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵3％，木粉20％，余量为丙烯酰胺；所述棉丝的长度不大于3mm；所述木粉的粒度为20目～80目。
本实施例凝胶堵漏剂的制备方法包括：将木粉和棉丝加入混料机中搅拌10min，然后向所述混料机中加入甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，搅拌均匀后再加入聚丙烯酸钠、丙烯酰胺和过硫酸铵，在25℃下搅拌18min，得到凝胶堵漏剂。
使用本实施例凝胶堵漏剂时，先将凝胶堵漏剂与水按照(1～1.5):1的质量比混合均匀得到堵漏浆液，然后按照常规注浆工艺将堵漏浆液注入漏层。
对某天然气探井漏层进行堵漏：
天然气探井：设计井深3310米，现井深1520米，漏层位置1510米，漏失量>30m3/h；泥浆性能：比重1.15，漏斗粘度122秒，失水量8mL/30min。
已采取的堵漏方法：该井漏历时27天，把目前市场上所有堵漏材料和技术都用遍了，堵漏材料花费45万，但均未堵住。
原堵漏失败原因：裂隙太大，所有堵漏剂在漏层中都不能静止下来，而是随着泥浆流入地层深处。
采用本实施例凝胶堵漏剂对该天然气探井进行堵漏，具体过程如下：
1、清洗泥浆罐，在泥浆罐内加30m3水；
2、向井内下钻(不下钻头)，同时向装有水的泥浆罐内加30吨凝胶堵漏剂，配成堵漏浆液；
3、向井内注入堵漏浆液，注完后再注入8m3水冲洗注浆管路；
4、注完水后起钻700米，关上封井器，再用泥浆泵蹩进10吨泥浆，蹩压让堵漏浆液尽可能多的进入漏层，承压能达5兆帕；
5、随后起钻，静止堵漏20小时后下钻钻进，井口泥浆返浆恢复正常；
6、该井直到完钻，仍未发生漏失，堵漏成功。
本实施例凝胶堵漏剂堵漏成功原因剖析：
1、调低堵漏剂胶结时间，由原来的12小时降到9小时；
2、堵漏浆液在向裂隙流动时变稠，继而失去流动性，接着形成强度大于水泥的固体，与裂隙牢固的胶结在一起，从而阻止了泥浆在裂隙漏失。
实施例2
本实施例凝胶堵漏剂，由以下重量百分比的原料制成：聚丙烯酸钠8％，棉丝15％，过硫酸铵0.1％，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵1％，木粉15％，余量为丙烯酰胺；所述棉丝的长度不大于3mm；所述木粉的粒度为80目～100目。
本实施例凝胶堵漏剂的制备方法包括：将木粉和棉丝加入混料机中搅拌15min，然后向所述混料机中加入甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，搅拌均匀后再加入聚丙烯酸钠、丙烯酰胺和过硫酸铵，在20℃下搅拌20min，得到凝胶堵漏剂。
使用本实施例凝胶堵漏剂时，先将凝胶堵漏剂与水按照(1～1.5):1的质量比混合均匀得到堵漏浆液，然后按照常规注浆工艺将堵漏浆液注入漏层。
对某石油水平井漏层进行堵漏：
石油水平井：设计井深3200米，现井深2100米，漏层位置2100米，全漏；泥浆性能：比重1.08，漏斗粘度35秒，失水量12mL/30min；发生井漏后，又带漏钻进了19米，然后起钻用本实施例凝胶堵漏剂堵漏。
采用本实施例凝胶堵漏剂对该石油水平井进行堵漏，具体过程如下：
1、清洗泥浆罐，在泥浆罐内加20m3水；
2、向井内下钻(不下钻头)，同时向装有水的泥浆罐内加20吨凝胶堵漏剂，配成堵漏浆液；
3、向井内注入堵漏浆液，注完后再注入10m3水冲洗注浆管路；
4、注完水后起钻500米，关上封井器，再用泥浆泵蹩进5吨泥浆，蹩压让堵漏浆液尽可能多的进入漏层，承压能达5兆帕；
5、随后起钻，静止堵漏20小时后下钻钻进，井口泥浆返浆恢复正常；
6、该井直到完钻，仍未发生漏失，堵漏成功。
实施例3
本实施例凝胶堵漏剂，由以下重量百分比的原料制成：聚丙烯酸钠4％，棉丝25％，过硫酸铵0.05％，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵5％，木粉25％，余量为丙烯酰胺；所述棉丝的长度不大于3mm；所述木粉的粒度为20目～100目。
本实施例凝胶堵漏剂的制备方法包括：将木粉和棉丝加入混料机中搅拌5min，然后向所述混料机中加入甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，搅拌均匀后再加入聚丙烯酸钠、丙烯酰胺和过硫酸铵，在30℃下搅拌15min，得到凝胶堵漏剂。
使用本实施例凝胶堵漏剂时，先将凝胶堵漏剂与水按照(1～1.5):1的质量比混合均匀得到堵漏浆液，然后按照常规注浆工艺将堵漏浆液注入漏层。
对某煤层气探井漏层进行堵漏：
煤层气探井：设计井深1721米，现井深655米，漏层位置655米，全漏，井底无泥浆；泥浆性能：比重1.09，漏斗粘度46秒，失水量7mL/30min。
采用本实施例凝胶堵漏剂对该煤层气探井进行堵漏，具体过程如下：
1、清洗泥浆罐，在泥浆罐内加10m3水；
2、向井内下钻(不下钻头)，同时向装有水的泥浆罐内加15吨凝胶堵漏剂，配成堵漏浆液；
3、向井内注入堵漏浆液，注完后起钻，静止堵漏20小时后下钻钻进，井口泥浆返浆恢复正常；
4、该井直到完钻，仍未发生漏失，堵漏成功。
实施例4
本实施例凝胶堵漏剂，由以下重量百分比的原料制成：聚丙烯酸钠5％，棉丝18％，过硫酸铵0.07％，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵2％，木粉22％，余量为丙烯酰胺；所述棉丝的长度不大于3mm；所述木粉的粒度为20目～100目。
本实施例凝胶堵漏剂的制备方法包括：将木粉和棉丝加入混料机中搅拌15min，然后向所述混料机中加入甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，搅拌均匀后再加入聚丙烯酸钠、丙烯酰胺和过硫酸铵，在20℃下搅拌15min，得到凝胶堵漏剂。
使用本实施例凝胶堵漏剂时，先将凝胶堵漏剂与水按照(1～1.5):1的质量比混合均匀得到堵漏浆液，然后按照常规注浆工艺将堵漏浆液注入漏层。
对某天然气探井漏层进行堵漏：
天然气探井：设计井深3050米，现井深2610米，漏层位置2610米，全漏；泥浆性能：比重1.12，漏斗粘度51秒，失水量10mL/30min。
采用本实施例凝胶堵漏剂对该天然气探井进行堵漏，具体过程如下：
1、清洗泥浆罐，在泥浆罐内加30m3水；
2、向井内下钻(不下钻头)，同时向装有水的泥浆罐内加30吨凝胶堵漏剂，配成堵漏浆液；
3、向井内注入堵漏浆液，注完后再注入20m3水冲洗注浆管路；
4、注完水后起钻600米，关上封井器，再用泥浆泵蹩进10吨泥浆，蹩压让堵漏浆液尽可能多的进入漏层，承压能达5兆帕；
5、随后起钻，静止堵漏20小时后下钻钻进，井口泥浆返浆恢复正常，随后将比重提到1.23，漏斗粘度80秒；
6、该井直到完钻，仍未发生漏失，堵漏成功。
实施例5
本实施例凝胶堵漏剂，由以下重量百分比的原料制成：聚丙烯酸钠7％，棉丝22％，过硫酸铵0.1％，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵4％，木粉18％，余量为丙烯酰胺；所述棉丝的长度不大于3mm；所述木粉的粒度为20目～60目。
本实施例凝胶堵漏剂的制备方法包括：将木粉和棉丝加入混料机中搅拌5min，然后向所述混料机中加入甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，搅拌均匀后再加入聚丙烯酸钠、丙烯酰胺和过硫酸铵，在30℃下搅拌15min，得到凝胶堵漏剂。
使用本实施例凝胶堵漏剂时，先将凝胶堵漏剂与水按照(1～1.5):1的质量比混合均匀得到堵漏浆液，然后按照常规注浆工艺将堵漏浆液注入漏层。
对某天然气探井漏层进行堵漏：
天然气探井：设计井深2950米，现井深2600米，漏层位置2350米和2600米，漏失量≥37m3/h；泥浆性能：比重1.12，漏斗粘度49秒，失水量9mL/30min。
采用本实施例凝胶堵漏剂对该天然气探井进行堵漏，具体过程如下：
1、清洗泥浆罐，在泥浆罐内加20m3水；
2、向井内下钻(不下钻头)，同时向装有水的泥浆罐内加20吨凝胶堵漏剂，配成堵漏浆液；
3、向井内注入堵漏浆液，注完后再注入10m3水冲洗注浆管路；
4、注完水后起钻500米，关上封井器，再用泥浆泵蹩进10吨泥浆，蹩压让堵漏浆液尽可能多的进入漏层，承压能达5兆帕；
5、随后起钻，静止堵漏20小时后下钻钻进，井口泥浆返浆恢复正常，随后将比重提到1.2，漏斗粘度75秒；
6、该井直到完钻，仍未发生漏失，堵漏成功。
实施例6
本实施例凝胶堵漏剂，由以下重量百分比的原料制成：聚丙烯酸钠6％，棉丝18％，过硫酸铵0.1％，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵3％，木粉20％，余量为丙烯酰胺；所述棉丝的长度不大于3mm；所述木粉的粒度为20目～100目。
本实施例凝胶堵漏剂的制备方法包括：将木粉和棉丝加入混料机中搅拌10min，然后向所述混料机中加入甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，搅拌均匀后再加入聚丙烯酸钠、丙烯酰胺和过硫酸铵，在25℃下搅拌20min，得到凝胶堵漏剂。
使用本实施例凝胶堵漏剂时，先将凝胶堵漏剂与水按照(1～1.5):1的质量比混合均匀得到堵漏浆液，然后按照常规注浆工艺将堵漏浆液注入漏层。
对某天然气水平井漏层进行堵漏：
天然气水平井：设计井深4707米，现井深2906米，漏层位置2895米，漏失量>15m3/h；泥浆性能：比重1.20，漏斗粘度91秒，失水量7mL/30min。
已采取的堵漏办法：①循环堵漏：3小时内向泥浆罐里加5吨常规复合堵漏剂、3吨常规单向压力封闭剂和3吨石棉，结果是漏失量未减少；②承压堵漏：配比重1.20，漏斗粘度70秒的基浆30m3，然后在基浆中加2吨常规复合堵漏剂、1吨常规单向压力封闭剂和0.1吨聚丙烯酰胺，送入井底，起钻600米，关闭封井器，向井内蹩进12m3泥浆，承压增加1.5兆帕，5小时后下钻钻进，结果钻进8米，又开始漏失，漏失量又恢复到15m3/h。
原堵漏失败的原因：所有堵漏材料在漏失裂隙中都不能形成固定桥塞，泥浆在其液柱压力下，仍通过裂隙向地层更远处流动。
采用本实施例凝胶堵漏剂对该天然气水平井进行堵漏，具体过程如下：
1、清洗泥浆罐，在泥浆罐内加30m3水；
2、向井内下钻(不下钻头)，同时向装有水的泥浆罐内加30吨凝胶堵漏剂，配成堵漏浆液；
3、向井内注入堵漏浆液，注完后再注入22m3水冲洗注浆管路；
4、注完水后起钻700米，关上封井器，再用泥浆泵蹩进10吨泥浆，蹩压让堵漏浆液尽可能多的进入漏层，承压能达5兆帕；
5、随后起钻，静止堵漏20小时后下钻钻进，井口泥浆返浆恢复正常；
6、正常钻进30米后，加石灰石粉，把泥浆整体比重提高至1.35，仍未发生漏失，堵漏成功。
本实施例凝胶堵漏剂堵漏成功原因剖析：
1、堵漏浆液能全部进入漏层，而不是在井壁表面形成一层表皮；
2、堵漏浆液在向漏层更深处流动时，堵漏剂中的棉丝会抱团，聚丙烯酸钠会膨胀，继而形成桥塞，堵漏浆液慢慢停止流动，随后在交联剂的作用下，形成与漏层岩石相胶结的固体胶，彻底堵住漏层。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种凝胶堵漏剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：聚丙烯酸钠4％～8％，棉丝15％～25％，过硫酸铵0.05％～0.1％，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵1％～5％，木粉15％～25％，余量为丙烯酰胺。
2.根据权利要求1所述的一种凝胶堵漏剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：聚丙烯酸钠5％～7％，棉丝18％～22％，过硫酸铵0.07％～0.1％，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵2％～4％，木粉18％～22％，余量为丙烯酰胺。
3.根据权利要求2所述的一种凝胶堵漏剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：聚丙烯酸钠6％，棉丝20％，过硫酸铵0.08％，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵3％，木粉20％，余量为丙烯酰胺。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种凝胶堵漏剂，其特征在于，所述棉丝的长度不大于3mm。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种凝胶堵漏剂，其特征在于，所述木粉的粒度为20目～100目。
6.一种制备如权利要求1、2或3所述凝胶堵漏剂的方法，其特征在于，该方法包括：将木粉和棉丝加入混料机中搅拌5min～15min，然后向所述混料机中加入甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，搅拌均匀后再加入聚丙烯酸钠、丙烯酰胺和过硫酸铵，在20℃～30℃下搅拌15min～20min，得到凝胶堵漏剂。
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