CN105441046B - 适用于裂缝及溶洞堵漏的氢键水凝胶 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于裂缝及溶洞堵漏的氢键水凝胶，所述氢键水凝胶的原料按重量份数比计由5～10份的聚乙烯醇、10～30份的多元醇、1～5份的催化剂、15～25份的盐、0～100份的加重剂和100份的水。本发明的凝胶的成胶时间可控，根据不同层位的需要，凝胶的初凝时间在120～240min不等，这个时间区间基本可以满足大部分的施工要求，并且从室温到90℃都可成胶；本发明拥有足够的强度，并且与地层之间有一定的胶结能力，在承受井内流体与地层之间压差时不会被压破或者无法驻留在裂缝中。

Description

适用于裂缝及溶洞堵漏的氢键水凝胶
技术领域
本发明涉及石油钻井工程领域所用的堵漏凝胶，具体地指一种适用于裂缝及溶洞堵漏的氢键水凝胶。
背景技术
页岩气的勘探开发已经在中国逐步兴起，形成了一定的勘探开发规模，进入了快速发展的阶段。涪陵页岩气区块的井漏现象日益严重，有大量裂缝发育，裂缝大小从1mm到8mm左右不等，时常遇到泥浆失返的情况，现场急需根据实际情况设计合适的堵漏方案和堵漏体系。
国内用于堵漏的凝胶主要有交联型与非交联型的，有弱凝胶复合堵漏材料进行堵漏的，以及纯粹的流体性堵漏的凝胶，它们各自有其特点和适用范围。
公开号为CN104563952A的中国发明专利公开了一种非交联特种凝胶堵漏方法”，该方法是以非交联特种凝胶ZND-2与水，以及凝胶纤维堵漏剂和刚性锲入式堵漏剂组成堵漏浆，注入漏层静止4～8小时后堵漏。该体系凝胶主要还是结合堵漏材料利用桥堵方式堵漏，遇到大型裂缝不易成功，用于微裂缝发育的地层效果较好。
申请号为201210373464.8的中国发明专利公开了一种钻井复合超强凝胶堵漏剂，该超强凝胶堵漏剂包括以下组分和重量配比：固化剂20％至40％、激活剂8％至15％、分散剂0.2％至1％、高分子聚合物0.8％至1.2％。本发明的复合超强凝胶堵漏剂触变性强，保证了堵漏浆进入漏层后容易在入口附近停住；良好的抗稀释性能保证了堵漏液不与地层水或泥浆混合而被冲稀，同时还具有堵漏浆固化后抗压强度高的特点，适合于恶性漏失的停钻堵漏。该凝胶的触变性有限，对于形状不规则的裂缝难以进行完整的封堵。
公开号为CN101435317B的中国发明专利公开了一种失返性漏失交联凝胶堵漏工艺，该工艺涉及石油钻井领域，在配浆罐中配制预交联凝胶堵漏浆，预交联凝胶堵漏浆由水、凝胶稠化剂、胶凝强度调节剂和桥塞堵漏支撑剂组成，其中，凝胶稠化剂占总重量的0.8～1％，胶凝强度调节剂占总重量的3～4％，桥塞堵漏支撑剂占总重量的5～7％，其余为水，各组分充分溶解混合后，光钻杆下至漏层底部5～10米，分别将预交联凝胶堵漏浆和凝胶交联剂同时注入井内漏层处，其中，预交联凝胶堵漏浆和凝胶交联剂的体积比是2.5～3.5∶100。该发明通过化学交联和促凝，可使凝胶的整体结构强度真正地得到提高，提高了一次性堵漏成功率，使其超过50％。该凝胶施工过程较为复杂，预交联的凝胶流动状态不够好，不能有效的应付各类裂缝。
上述堵漏凝胶均存在一定的缺点和不足：
1)凝胶时间过长，根据施工时间的要求，凝胶时间过长不仅影响施工进度，同时容易引发井底复杂情况。
2)凝胶结合颗粒桥堵的形式不能封堵大型裂缝，堵漏浆往往会顺着裂缝流走。
3)没有实现纯粹的由液体直接到固体的凝胶过程，在遇到不规则的裂缝时难以完全封堵。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种适用于裂缝及溶洞堵漏的氢键水凝胶，解决页岩气勘探与开发过程中的井漏问题。该凝胶具有一定的强度和弹性，能够有效的封堵裂缝；成胶时间可控；并且流动性能良好，是一套适用于裂缝及溶洞堵漏的氢键水凝胶体系。
为实现上述目的，本发明提供的一种适用于裂缝及溶洞堵漏的氢键水凝胶，所述氢键水凝胶的原料按重量份数比计由5～10份的聚乙烯醇、10～30份的多元醇、1～5份的催化剂、15～25份的盐、0～100份的加重剂和100份的水；其中，所述醇类为二乙二醇、丙三醇、聚乙二醇和聚丙三醇中的任意一种；所述催化剂为硼砂和二乙烯三胺中任意一种，
所述盐为氯化钾、氯化钠、氯化镁、氯化钙、甲酸钾和甲酸钠中的任意一种；所述加重剂为重晶石、石灰石(即碳酸钙)和铁矿粉中任意一种或几种。
进一步地，所述聚乙烯醇的分子量为17～26万，醇解度为88％或99％。
再进一步地，所述氢键水凝胶的原料按重量份数比计由5～10份的聚乙烯醇、10～20份的聚乙二醇、1～3份的二乙烯三胺、15～20份的氯化钾、50～70份的石灰石和100份的淡水。
再进一步地，所述氢键水凝胶的原料按重量份数比计由10份的聚乙烯醇、20份的聚乙二醇、3份的二乙烯三胺、20份的氯化钾、50份的石灰石和100份的水。
再进一步地，所述氢键水凝胶的密度为1.20～1.30g/cm3，所述氢键水凝胶的pH为8～11。
上述原料混合后，得到氢键水凝胶。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明的凝胶的成胶时间可控，根据不同层位的需要，凝胶的初凝时间在120～240min不等，这个时间区间基本可以满足大部分的施工要求，并且从室温到90℃都可成胶；
(2)本发明拥有足够的强度，并且与地层之间有一定的胶结能力，在承受井内流体与地层之间压差时不会被压破或者无法驻留在裂缝中；
(3)本发明的凝胶在均匀压力作用下，表现出很好的弹性，并且不发生破裂。在裂缝中的凝胶受到挤压时，可以不破裂并且向四周膨胀，从而更好的堵塞住裂缝。
(4)本发明凝胶在遇到裂缝较多、较大，且形状不规则，延伸方向较多时，可无差别封堵。不会出现不同凝胶堵漏时遇到的只能封堵部分裂缝的情况。
(5)本发明现场配制方便快捷且适应性强，具有一定的抗现场井浆侵污的能力。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
一种适用于裂缝及溶洞堵漏的氢键水凝胶，所述氢键水凝胶的原料按重量份数比计由5～10份的聚乙烯醇、10～30份的多元醇、1～5份的催化剂、15～25份的盐、0～100份的加重剂和100份的水；其中，所述醇类为二乙二醇、丙三醇、聚乙二醇和聚丙三醇中的任意一种；所述催化剂为硼砂和二乙烯三胺中任意一种，
所述盐为氯化钾、氯化钠、氯化镁、氯化钙、甲酸钾和甲酸钠中的任意一种；所述加重剂为重晶石、石灰石和铁矿粉中任意一种或几种。
再进一步地，所述氢键水凝胶的密度为1.20～1.30g/cm3，所述氢键水凝胶的pH为8～11。所述聚乙烯醇的分子量为17～26万，醇解度为88％或99％。
本发明的理论基础
1、醇类的种类和组份的选择
将不同种类和组份的醇类与10g的聚乙烯醇、3g的二乙烯三胺、20g的氯化钾、50g的石灰石(碳酸钙)和100g的水混合制备的不同的氢键水凝胶样品，并对氢键水凝胶样品的凝胶时间和凝胶强度进行检测，具体如表1所示：
表1多元醇种类及加量对凝胶性能影响
如表1所示，氢键水凝胶的凝胶时间随着多元醇的添加量增加而减小，当多元醇选用聚乙二醇和聚丙三醇时，氢键水凝胶能在温度为90℃条件下反应，使用聚乙二醇时，氢键水凝胶的凝胶强度最好，当选20份的聚乙二醇时，氢键水凝胶能在2.5h完全凝胶，且凝胶强度最好。
2、催化剂的种类和组份的选择
将不同种类和组份的催化剂与10g的聚乙烯醇、20g聚乙二醇、20g的氯化钾、50g的石灰石(碳酸钙)和100g的水混合制备的不同的氢键水凝胶样品，并对氢键水凝胶样品的凝胶时间和凝胶强度进行检测，具体如表2所示：
表2催化剂加量对凝胶性能影响
根据实验筛选，能引起凝胶反应的且保证pH在8～11的有硼砂和二乙烯三胺，由于硼砂反应太快，一般在1min以内，且强度只有3N左右，不能满足于堵漏的要求，则选择二乙烯三胺作为催化剂。由表2可以看出，二乙烯三胺加量为3份时，凝胶时间在要求范围内，且凝胶强度最好，应为最优选择。
3、盐的种类和组份的选择
将不同种类和组份的盐与10g的聚乙烯醇、20g聚乙二醇、3g的二乙烯三胺、50g的石灰石(碳酸钙)和100g的水混合制备的不同的氢键水凝胶样品，并对氢键水凝胶样品的凝胶时间和凝胶强度进行检测，具体如表3所示：
表3盐的种类和加量对凝胶性能的影响
由于施工要求凝胶时间在120～240min，所以由表3得到氯化钾最高能在90℃反应，且凝胶强度最好，当氯化钾的量为18～20份时，凝胶时间能满足要求，凝胶强度也合适，应为最优选择。
上述原料均购于市面，所述聚乙烯醇的分子量为17～26万，醇解度为88％或99％。聚乙烯醇型号有PVA17-88、PVA17-99和PVA26-99。
实施例1
适用于裂缝及溶洞堵漏的氢键水凝胶1的原料由10g的聚乙烯醇PVA17-88、20g的聚乙二醇、3g的二乙烯三胺、20g的氯化钾、50g的石灰石和100g的水，其中，氢键水凝胶1的密度为1.20g/cm3。
实施例2
适用于裂缝及溶洞堵漏的氢键水凝胶2的原料由10g的聚乙烯醇PVA17-99、20g的聚乙二醇、3g的二乙烯三胺、20g的氯化钾、50g的石灰石和100g的水，其中，氢键水凝胶2的密度为1.20g/cm3。
实施例3
适用于裂缝及溶洞堵漏的氢键水凝胶3的原料由10g的聚乙烯醇PVA26-99、20g的聚乙二醇、3g的二乙烯三胺、20g的氯化钾、50g的石灰石和100g的水，其中，氢键水凝胶3的密度为1.20g/cm3。
实施例4
适用于裂缝及溶洞堵漏的氢键水凝胶4的原料由5g的聚乙烯醇PVA17-99、10g的聚丙三醇、1g的硼砂、15g的氯化钠、70g的重晶石和100g的水；其中，氢键水凝胶4的密度为1.30g/cm3。
实施例5
适用于裂缝及溶洞堵漏的氢键水凝胶5的原料由6g的聚乙烯醇PVA17-88、30g的丙三醇、5g的硼砂、25g的氯化钠、50g的铁矿粉和100g的水；其中，氢键水凝胶5的密度为1.30g/cm3。
实施例6
适用于裂缝及溶洞堵漏的氢键水凝胶6的原料由8g的聚乙烯醇PVA17-88、25g的聚乙二醇、4g的二乙二醇、20g的氯化镁、60g的石灰石和100g的水；其中，氢键水凝胶6的密度为1.24g/cm3。
将上述制备的氢键水凝胶1～6进行相关性能检测，检测数据如下表4所示：
表4氢键水凝胶1～6进对凝胶性能影响
如表4所示，其分析表4以上数据表明，实例1～3从反应温度，凝胶时间，凝胶强度上普遍优于实例4～6，其中实例1为最优。
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (5)

1.一种适用于裂缝及溶洞堵漏的氢键水凝胶，其特征在于：所述氢键水凝胶的原料按重量份数比计由5~10份的聚乙烯醇、10~30份的多元醇、2~5份的二乙烯三胺、15~25份的盐、0~100份的加重剂和100份的水组成；其中，所述多元醇为二乙二醇、丙三醇、聚乙二醇和聚丙三醇中的任意一种；所述盐为氯化钾、氯化钠、氯化镁、氯化钙、甲酸钾和甲酸钠中的任意一种；所述加重剂为重晶石、石灰石和铁矿粉中任意一种或几种。
2.根据权利要求1所述适用于裂缝及溶洞堵漏的氢键水凝胶，其特征在于： 所述聚乙烯醇的分子量为17~26万，醇解度为88%或99%。
3.根据权利要求1或2所述适用于裂缝及溶洞堵漏的氢键水凝胶，其特征在于：所述氢键水凝胶的原料按重量份数比计由5~10份的聚乙烯醇、10~20份的聚乙二醇、2~3份的二乙烯三胺、15~20份的氯化钾、50~70份的石灰石和100份的淡水组成。
4.根据权利要求1所述适用于裂缝及溶洞堵漏的氢键水凝胶，其特征在于：所述氢键水凝胶的原料按重量份数比计由10份的聚乙烯醇、20份的聚乙二醇、3份的二乙烯三胺、20份的氯化钾、50份的石灰石和100份的水组成。
5.根据权利要求1或2所述适用于裂缝及溶洞堵漏的氢键水凝胶，其特征在于：所述氢键水凝胶的密度为1.20~1.30g/cm3，所述氢键水凝胶的pH为8~11。
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