钻井堵漏用可反应聚合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚合物,具体是一种油气田钻井堵漏用的可反应聚合物,以及该聚合物的制备方法。
背景技术
井漏是钻井作业中存在的复杂问题,它使钻井液从井眼漏入漏失通道,不仅耗费大量的泥浆和堵漏材料,而且可能造成井塌、卡钻、井喷,甚至导致井眼报废等重大事故,造成巨大的经济损失。因而,堵漏材料是钻井作业的防漏、堵漏过程中必不可少的物质,其性能将直接影响堵漏施工的成功率。
国内在20世纪60年代就开始应用堵漏材料处理井漏,并开展了一些基础研究工作。20世纪70年代以前的整个时期,主要采用高粘切钻井液加桥堵材料(锯末、云母、稻草、泥球、砖块等)和打水泥塞等方法,堵漏材料和方法单一,往往造成井漏处理的失败。20世纪80年代,桥接堵漏材料的研究应用拉开了这个发展阶段的序幕,各种化学堵剂、高失水堵剂、混合堵漏稠浆等新型堵剂应运而生,为对付各种类型的井漏、提高处理井漏的成功率提供了手段。另一方面,人们更加注重井漏的预防,防漏、堵漏剂大范围应用于现场,减少了井漏发生率;单一的桥接堵漏材料转化成了复合堵漏剂,提高了堵漏效率;注重了油气层的保护,开发出了酸溶性高失水暂堵剂、单向压力封堵剂、酸溶性固化材料、膨胀堵漏剂等一系列的堵漏剂。然而,现有的这些堵漏材料在严重漏失井况下,它们通常存在各组分相互分离、无法提供协同作用、膨胀堵漏剂吸水膨胀量小、在外部作用力下堵漏剂不易稳定滞留在漏层中等技术问题,从而易造成堵漏效果不佳和堵漏后发生重复性漏失的现象。
综上所述,行之有效的新型堵漏材料仍是目前研究的重点领域,也是钻井防漏、堵漏工作的重要一环,对于推动钻井安全作业具有现实意义。
发明内容
本发明的发明目的在于:针对上述现有技术的状况和行业发展方向,提供一种能使堵漏材料有效适应于各种复杂井漏,且能够稳定、可靠地提高堵漏材料性能的钻井堵漏用可反应聚合物,以及该聚合物的制备方法。
本发明所采用的技术方案是,一种钻井堵漏用可反应聚合物,所述聚合物主要由下列质量百分比的原料聚合而成:
所述第一原料为丙烯酰胺、丙烯酸和丙烯酸钠中的一种或两种以上的混合物;
所述第二原料为醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酸羟乙酯中的一种或两种以上的混合物。
所述引发剂为氧化剂,所述氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠。
所述还原剂为亚硫酸钠或亚硫酸氢钠。
上述钻井堵漏用可反应聚合物的制备方法,包括下述步骤:
步骤1.按配方量准备各原料和溶解水,并准备反应器具;
步骤2.将第一原料加入到溶解水中,配制成水溶液,待第一原料溶解后,加入第二原料,混合,形成混合液;
步骤3.在混合液温度为0~10℃的条件下,向混合液中加入引发剂,持续向混合液中通入氮气,以除去混合液中的氧气,保持30~60分钟;
步骤4.在氮气氛围和混合液温度为0~10℃的条件下,加入还原剂,待还原剂加入完毕后,将混合液温度升至20~40℃,在此条件下,使混合液进行聚合反应1~6小时,得胶状物;
步骤5.将胶状物进行干燥处理,粉碎得聚合物。
步骤1中的聚合物配方量与溶解水的质量比为1:2~5。
步骤4中的还原剂以缓慢滴加的方式加入混合液中,在25~35分钟滴加完。
步骤5中的干燥处理是将胶状物先造粒处理,得粒径为7~12mm的颗粒,再将颗粒胶状物置于真空干燥箱内,在30~80℃的条件下干燥24小时。
本发明的有益效果是:
1.本发明在钻井作业中,通常配合膨润土浆使用,当它溶解于膨润土浆后便形成堵漏浆,第一原料能给本发明带来良好的水溶性和可反应的羧基基团,第二原料能给本发明带来活性羟基功能基团,从而使堵漏浆反应形成交联网络,这尤其在合适交联剂的协同下更为明显,进而使堵漏浆的宏观表现为凝胶化,由流动状态变为凝胶,在漏失通道中形成堵塞体,达到堵漏的目的;由此可见,基于本发明的堵漏浆能够有效适应于各种复杂井漏,且能够稳定、可靠地提高堵漏材料的性能;
2.本发明的制备过程中为氧化-还原引发体系,它针对配方材料的特殊性,设计了具有针对性的工艺条件,从而来控制体系的反应速度和所得聚合物的分子量,避免爆聚和凝胶化,针对性强。
具体实施方式
本发明为油气田钻井堵漏用的可反应聚合物,为了能够更好的理解本发明的内容,下面以实验数据、结合多个实施例对本发明的内容作进一步的说明。
实施例1
本发明的总重量为100g,它主要由下列质量百分比的原料聚合而成:
第一原料为62%,即62g;该第一原料为丙烯酰胺;
第二原料为37.5%,即37.5g;该第二原料为甲基丙烯酸羟乙酯;
引发剂为0.25%,即0.25g;引发剂为氧化剂,具体为过硫酸钠;
还原剂为0.25%,即0.25g;该还原剂为亚硫酸氢钠。
本发明的制备方法包括下述步骤:
步骤1.按聚合物配方量准备各原料,并准备溶解水,聚合物配方量与溶解水的质量比为1:2.5,即水为250g;准备反应器具;
步骤2.将第一原料加入到溶解水中,配制成水溶液,搅拌,待其充分溶解后,加入第二原料,搅拌,混合均匀,使其形成混合液;
步骤3.在混合液温度为5℃的条件下,向混合液中加入引发剂,持续向混合液中通入惰性的氮气,以除去混合液中的氧气,保持40分钟;
步骤4.在氮气氛围和混合液温度为5℃的条件下,以缓慢滴加的方式加入还原剂,还原剂在30分钟滴加完毕,待还原剂滴加完毕后,将混合液温度升至40℃,在此条件下,使混合液进行聚合反应5小时,得胶状物;
步骤5.将胶状物进行造粒处理,得粒径约为8mm的颗粒,将颗粒胶状物置于真空干燥箱内,在35℃的条件下干燥24小时,粉碎得聚合物。
实施例2
本发明的总重量为100g,它主要由下列质量百分比的原料聚合而成:
第一原料为67.5%,即67.5g;该第一原料为丙烯酰胺和丙烯酸钠的混合物,二者的质量比为2:1;
第二原料为32%,即32g;该第二原料为丙烯酸羟乙酯;
引发剂为0.35%,即0.35g;引发剂为氧化剂,具体为过硫酸铵;
还原剂为0.15%,即0.15g;该还原剂为亚硫酸钠。
本发明的制备方法包括下述步骤:
步骤1.按聚合物配方量准备各原料,并准备溶解水,聚合物配方量与溶解水的质量比为1:3,即水为300g;准备反应器具;
步骤2.将第一原料加入到溶解水中,配制成水溶液,搅拌,待其充分溶解后,加入第二原料,搅拌,混合均匀,使其形成混合液;
步骤3.在混合液温度为8℃的条件下,向混合液中加入引发剂,持续向混合液中通入惰性的氮气,以除去混合液中的氧气,保持45分钟;
步骤4.在氮气氛围和混合液温度为8℃的条件下,以缓慢滴加的方式加入还原剂,还原剂在33分钟滴加完毕,待还原剂滴加完毕后,将混合液温度升至25℃,在此条件下,使混合液进行聚合反应2小时,得胶状物;
步骤5.将胶状物进行造粒处理,得粒径约为10mm的颗粒,将颗粒胶状物置于真空干燥箱内,在80℃的条件下干燥24小时,粉碎得聚合物。
实施例3
本发明的总重量为100g,它主要由下列质量百分比的原料聚合而成:
第一原料为80%,即80g;该第一原料为丙烯酰胺、丙烯酸和丙烯酸钠的混合物,三者的混合质量比为1:1:1;
第二原料为19%,即19g;该第二原料为丙烯酸羟乙酯、醋酸乙烯酯和甲基丙烯酸羟乙酯的混合物,三者的混合质量比为1:1:1;
引发剂为0.5%,即0.5g;引发剂为氧化剂,具体为过硫酸铵;
还原剂为0.5%,即0.5g;该还原剂为亚硫酸氢钠。
本发明的制备方法包括下述步骤:
步骤1.按聚合物配方量准备各原料,并准备溶解水,聚合物配方量与溶解水的质量比为1:3,即水为300g;准备反应器具;
步骤2.将第一原料加入到溶解水中,配制成水溶液,搅拌,待其充分溶解后,加入第二原料,搅拌,混合均匀,使其形成混合液;
步骤3.在混合液温度为2℃的条件下,向混合液中加入引发剂,持续向混合液中通入惰性的氮气,以除去混合液中的氧气,保持60分钟;
步骤4.在氮气氛围和混合液温度为2℃的条件下,以缓慢滴加的方式加入还原剂,还原剂在35分钟滴加完毕,待还原剂滴加完毕后,将混合液温度升至30℃,在此条件下,使混合液进行聚合反应4小时,得胶状物;
步骤5.将胶状物进行造粒处理,得粒径约为12mm的颗粒,将颗粒胶状物置于真空干燥箱内,在60℃的条件下干燥24小时,粉碎得聚合物。
实施例4
本发明的总重量为100g,它主要由下列质量百分比的原料聚合而成:
第一原料为64.45%,即64.45g;该第一原料为丙烯酸;
第二原料为35.5%,即35.5g;该第二原料为醋酸乙烯酯;
引发剂为0.025%,即0.025g;引发剂为氧化剂,具体为过硫酸钠;
还原剂为0.025%,即0.025g;该还原剂为亚硫酸钠。
本发明的制备方法包括下述步骤:
步骤1.按聚合物配方量准备各原料,并准备溶解水,聚合物配方量与溶解水的质量比为1:2,即水为200g;准备反应器具;
步骤2.将第一原料加入到溶解水中,配制成水溶液,搅拌,待其充分溶解后,加入第二原料,搅拌,混合均匀,使其形成混合液;
步骤3.在混合液温度为0℃的条件下,向混合液中加入引发剂,持续向混合液中通入惰性的氮气,以除去混合液中的氧气,保持60分钟;
步骤4.在氮气氛围和混合液温度为0℃的条件下,以缓慢滴加的方式加入还原剂,还原剂在27分钟滴加完毕,待还原剂滴加完毕后,将混合液温度升至35℃,在此条件下,使混合液进行聚合反应6小时,得胶状物;
步骤5.将胶状物进行造粒处理,得粒径约为7mm的颗粒,将颗粒胶状物置于真空干燥箱内,在50℃的条件下干燥24小时,粉碎得聚合物。
实施例5
本发明的总重量为100g,它主要由下列质量百分比的原料聚合而成:
第一原料为83.5%,即83.5g;该第一原料为丙烯酸钠和丙烯酸的混合物,二者的混合质量比为1:1;
第二原料为16.3%,即16.3g;该第二原料为甲基丙烯酸羟乙酯;
引发剂为0.1%,即0.1g;引发剂为氧化剂,具体为过硫酸钠;
还原剂为0.1%,即0.1g;该还原剂为亚硫酸氢钠。
本发明的制备方法包括下述步骤:
步骤1.按聚合物配方量准备各原料,并准备溶解水,聚合物配方量与溶解水的质量比为1:4,即水为400g;准备反应器具;
步骤2.将第一原料加入到溶解水中,配制成水溶液,搅拌,待其充分溶解后,加入第二原料,搅拌,混合均匀,使其形成混合液;
步骤3.在混合液温度为10℃的条件下,向混合液中加入引发剂,持续向混合液中通入惰性的氮气,以除去混合液中的氧气,保持30分钟;
步骤4.在氮气氛围和混合液温度为10℃的条件下,以缓慢滴加的方式加入还原剂,还原剂在25分钟滴加完毕,待还原剂滴加完毕后,将混合液温度升至40℃,在此条件下,使混合液进行聚合反应3小时,得胶状物;
步骤5.将胶状物进行造粒处理,得粒径约为9mm的颗粒,将颗粒胶状物置于真空干燥箱内,在40℃的条件下干燥24小时,粉碎得聚合物。
实施例6
本发明的总重量为100g,它主要由下列质量百分比的原料聚合而成:
第一原料为75%,即75g;该第一原料为丙烯酸钠;
第二原料为24.4%,即24.4g;该第二原料为丙烯酸羟乙酯和醋酸乙烯酯的混合物,二者的混合质量比为1:1;
引发剂为0.3%,即0.3g;引发剂为氧化剂,具体为过硫酸钾;
还原剂为0.3%,即0.3g;该还原剂为亚硫酸钠。
本发明的制备方法包括下述步骤:
步骤1.按聚合物配方量准备各原料,并准备溶解水,聚合物配方量与溶解水的质量比为1:3.5,即水为350g;准备反应器具;
步骤2.将第一原料加入到溶解水中,配制成水溶液,搅拌,待其充分溶解后,加入第二原料,搅拌,混合均匀,使其形成混合液;
步骤3.在混合液温度为7℃的条件下,向混合液中加入引发剂,持续向混合液中通入惰性的氮气,以除去混合液中的氧气,保持50分钟;
步骤4.在氮气氛围和混合液温度为7℃的条件下,以缓慢滴加的方式加入还原剂,还原剂在30分钟滴加完毕,待还原剂滴加完毕后,将混合液温度升至35℃,在此条件下,使混合液进行聚合反应4小时,得胶状物;
步骤5.将胶状物进行造粒处理,得粒径约为8mm的颗粒,将颗粒胶状物置于真空干燥箱内,在45℃的条件下干燥24小时,粉碎得聚合物。
本发明的实施例1、2、3所制得的样品,分别在堵漏浆中进行了应用试验,并分别测得它们的凝胶情况,现将试验过程和条件说明如下。
堵漏浆配制:取实验室评价用钠土,配制为5.0%的土浆300.0g,搅拌均匀后老化24h,形成基浆;往基浆中加入0.5~2.0%质量浓度的上述聚合物,搅拌溶解,形成可流动的堵漏浆。
堵漏浆的凝胶化:取100.0g堵漏浆,根据可反应聚合物的结构不同,选择不同交联剂,在一定条件下反应凝胶化,性能结果见表1所示。
表1本发明三个实施例在堵漏浆中应用试验的性能检测
通过表1可见,本发明在合适交联剂的协同下,使堵漏浆的宏观表现为凝胶化,由流动状态变为凝胶。
以上各实施例仅用以说明本发明,而非对其限制;尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:本发明依然可以对上述各实施例进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,例如,第一原料可以为丙烯酰胺、丙烯酸或丙烯酸钠,亦可以为丙烯酰胺和丙烯酸的混合物、丙烯酰胺和丙烯酸钠的混合物或者为丙烯酸和丙烯酸钠的混合物,还可以为丙烯酰胺、丙烯酸和丙烯酸钠的混合物;第二原料为醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸羟乙酯或丙烯酸羟乙酯,亦可以为醋酸乙烯酯和甲基丙烯酸羟乙酯的混合物、甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酸羟乙酯的混合物或者为醋酸乙烯酯和丙烯酸羟乙酯的混合物,还可以为醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸羟乙酯和丙烯酸羟乙酯的混合物;作为引发剂的氧化剂可以为过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠;还原剂为亚硫酸钠或亚硫酸氢钠。而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。