CN106350041A

CN106350041A - 丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系及其用作水泥浆承托液的用途

Info

Publication number: CN106350041A
Application number: CN201610727085.2A
Authority: CN
Inventors: 程智; 仇盛南; 郝惠军; 贾东民; 赵福祥; 左凤江; 张洪伟; 郭明红; 曹靖瑜; 徐兴军; 巩建军
Original assignee: CNPC Bohai Drilling Engineering Co Ltd
Current assignee: CNPC Bohai Drilling Engineering Co Ltd
Priority date: 2016-08-25
Filing date: 2016-08-25
Publication date: 2017-01-25

Abstract

本发明公开了一种丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系，采用分子量为4.0×10⁶～1.0×10⁷的丙烯酰胺类聚合物和油基液体复配而成，其中，丙烯酰胺类聚合物通过丙烯酰胺、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸和丙烯酸采用反相乳液聚合方式实现丙烯酰胺类聚合物的聚合以及与油基液体的复配；且该体系用作水泥浆承托液遇水增稠且增稠具有可控性和很强的抗稀释性；在150℃条件下，老化72h，表观粘度无明显下降，具有良好的抗温性能；此外，该承托液与水泥浆相容性良好，充分混合后不会出现水泥浆闪凝现象，混浆的常温流动性能与高温流动性能都具有可泵送的特点，能满足现场施工要求。

Description

丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系及其用作水泥浆承托液的用途

技术领域

本发明涉及油气井水泥浆堵漏工程作业技术领域，特别涉及一种丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系及其用作水泥浆承托液的用途。

背景技术

油气井钻井过程中的漏失现象，尤其是大溶洞、大裂缝引起的失返性漏失，严重影响了钻井时效。针对大溶洞、大裂缝引起的失返性漏，一般采用水泥浆进行堵漏作业。在将水泥浆注入溶洞前，需要在井下注入起承托作用的高粘度承托液。该承托液主要承受来自水泥浆与钻井液的液柱压力，保证水泥浆在溶洞开口处停留并凝结，水泥浆凝结后能够产生足够高的强度，在漏洞口筑起一道阻挡墙，封堵洞口，从而实现堵漏目的。

但现场施工中，高粘度承托液主要以高浓度的膨润土浆，或者滴流的钻井液为主，这两种承托液极易被地层水冲稀，达不到承托堵漏水泥浆的作用，导致水泥浆延大溶洞，大裂缝漏失，造成堵漏失败。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够遇水迅速增稠的丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系及其用于水泥浆承托液的用途。

本发明的另一目的使提供一种制备上述丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系的制备方法。

为此，本发明技术方案如下：

一种丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系，丙烯酰胺类聚合物的分子量为4.0×10⁶～1.0×10⁷；与丙烯酰胺类聚合物复配的油基液体为甲基硅油、白油或9-烯基-12-羟基十八酸。

优选，上述丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系包括下述重量份原料：

优选，所述丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系还包括2～4重量份的稳定剂；所述稳定剂为二氧化硅、硅酸钙、氧化镁中至少一种。

该丙烯酰胺类聚合物为一种亲水型链状高分子化合物，其在油包水液体中由于分子链无法完全伸展，直观表现为产品在油基液体中粘度低，现场施工中具有可泵送，流变性好等优点。该产品与水基液体混合时，随着水基液体混入量的增加，亲水型高分子化合物分子链充分伸展，分子链之间形成网状结构，直观表现为产品与水基液体混合后，粘切呈指数级上升，因此可以满足大溶洞大裂缝堵漏时承托水泥浆的要求。

一种丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系的制备方法，包括下述步骤：

将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸三种单体按一定比例称量并溶于水中，调节PH至8～9，配制成水溶液I；将引发单体聚合的引发剂溶于水中配成水溶液II；将溶液I加入油基液体中，搅拌条件下加入乳化剂，同时充氮气排氧；继续搅拌混合溶液并水浴加热至80～90℃后，向混合溶液中缓慢滴加溶液II，继续通氮气并搅拌3.5～4h，停止反应，冷却到室温，所得到白色粘稠状液体即为丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系。

优选，上述制备方法，包括下述具体步骤：

S1、将8～10重量份丙烯酰胺、3～5重量份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和5～8重量份丙烯酸溶解在水中，滴加1～1.5wt％氢氧化钠溶液调节溶液PH至8～9，得到水溶液I；

S2、将0.5～1重量份的过硫酸钾溶于水中配成水溶液II；

S3、在四口烧瓶中加入80～85重量份油基液体，并将溶液I加入四口烧瓶中，加入3～5重量份乳化剂边搅拌边充氮气；水浴加热至80～90℃后，向四口烧瓶内缓慢滴加溶液II，继续通氮气并搅拌3.5～4h后停止反应，溶液冷却到室温，所得到白色粘稠状液体即为丙烯酰胺类聚合物。

优选，在经步骤S3得到的丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系中添加2～4重量份的稳定剂，并搅拌混合均匀。

优选，所述引发剂为过硫酸钾。

优选，所述乳化剂为SP-80，又称为司盘80、山梨醇酐单油酸酯。

根据上述配方和/或制备方法制得的的丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系用于水泥浆承托液的用途

与现有技术相比，该丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系采用反相乳液聚合的方式合成，通过与油基复配制得粘度可调，能满足现场施工需要的水泥浆承托液；并该丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系其作为水泥浆承托液遇水增稠且增稠具有可控性和很强的抗稀释性；在150℃条件下，老化72h，表观粘度无明显下降，具有良好的抗温性能；此外，该承托液与水泥浆相容性良好，充分混合后不会出现水泥浆闪凝现象，混浆的常温流动性能与高温流动性能都具有可泵送的特点，能满足现场施工要求。

附图说明

图1为承托液与水基钻井液以不同比例混合后的表观粘度变化图；

图2为承托液与与氯化钾聚磺钻井液混合后表观粘度随温度升高的变化图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

实施例1

将8g丙烯酰胺、3g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和5g丙烯酸溶解在50mL水中，滴加1wt％的氢氧化钠溶液调节溶液PH至9，得到水溶液I；将1g过硫酸钾溶于20ml水中配成水溶液II；在四口烧瓶中加入100mL白油，并将溶液I加入至四口烧瓶中，搅拌条件下加入3g SP-80并充氮气排氧；将混合溶液水浴加热至80℃后，向四口烧瓶内缓慢滴加溶液II，继续通氮气并搅拌4h后停止反应，溶液冷却到室温，所得到白色粘稠状液体即为丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系。

该丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系的表观粘度为112mPa.s，满足现场施工泵送要求，流变性能好。

实施例2

将10g丙烯酰胺、5g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和8g丙烯酸溶解在80mL水中，滴加1.5wt％的氢氧化钠溶液调节溶液PH至9，得到水溶液I；将0.5g过硫酸钾溶于20g水中配成水溶液II；在四口烧瓶中加入110mL白油，并将溶液I加入至四口烧瓶中，搅拌条件下加入3gSP-80并充氮气排氧；将混合溶液水浴加热至90℃后，向四口烧瓶内缓慢滴加溶液II，继续通氮气并搅拌4h后停止反应，溶液冷却到室温，所得到白色粘稠状液体即为丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系。

该丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系的表观粘度为105mPa.s，满足现场施工泵送要求，流变性能好。

实施例3

将9g丙烯酰胺、4g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和6g丙烯酸溶解在80mL水中，滴加1wt％的氢氧化钠溶液调节溶液PH至8，得到水溶液I；将0.5g过硫酸钾溶于20g水中配成水溶液II；在四口烧瓶中加入100mL白油，并将溶液I加入至四口烧瓶中，搅拌条件下加入3gSP-80并充氮气排氧；将混合溶液水浴加热至90℃后，向四口烧瓶内缓慢滴加溶液II，继续通氮气并搅拌3.5h后停止反应，溶液冷却到室温，所得到白色粘稠状液体即为丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系。

该丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系的表观粘度为110mPa.s，满足现场施工泵送要求，流变性能好。

性能测试：

(1)承托液与清水复配实验：

将实施例1～3制得的丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系作为水泥浆承托液与不同加入量的清水混合，并采用具有大粘度量程的NDJ-1型粘度计测定混合后承托液的表观粘度；其中，测试条件：2号转子，转速：100r/min；测试结果如下表1所示。

表1：

从表1中可以看出，清水与承托液体积比越大，即与承托液混合的清水含量越大，表观粘度越大，当清水与承托液体积比为8:1时，表观粘度仍高达113mPa.s，具有很强的抗稀释性。此外，从表1中还可以看出该丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系作为承托液不仅能够遇水增稠难以控，且承托液遇水增稠后的切力可调。

(2)承托液与水基钻井液相容性实验

承托液与地层水、钻井液等水基液体接触，接触后有不同程度增稠现象，增稠后液相粘切的大小，是关系到水泥能否停留在洞口的关键，粘切越高，堵漏成功率越高。

以实施例1制得的丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系作为水泥浆承托液进行与水基钻井液的相容性实验；水基钻井液分别选用选取清水、6％膨润土钻井液、氯化钾聚磺钻井液以及复合盐钻井液(复合盐配方：清水+7％氯化钾+50％甲酸钾+3％白沥青+3％聚合醇+0.5％黄原胶)，测试承托液与常规钻井液混合后的相容性与表观粘度。测试结果参见图1。

如图1所示，随着承托液与清水或水基钻井液混合比例的增加，承托液粘度呈指数级增长，承托液混入量在100％左右时，承托液初切达到峰值。随着水基钻井液的混入量上升，承托液粘度缓慢下降，水基钻井液混入量在800％时，承托液表观粘度仍然达到100mPa.s左右。

(3)承托液高温稳定性测试：

承托液抗温性能关系到溶洞堵漏施工成败的关键。在高温条件下，承托液一旦丧失粘切，便无法起到承托水泥浆的作用，导致堵漏失败，因此，将实施例1制备的丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系作为承托剂与氯化钾聚磺钻井液按照体积比1:2混合，并测试其在60℃、90℃、120℃、150℃、200℃下表观粘度的变化，其变化趋势参照图2。

从图2中可以看出，承托液与200％氯化钾聚磺钻井液混合后，混合液体的表观粘度高达326mPa.s。在60℃、90℃、120℃条件下老化72小时混合液体表观粘度并无明显下降。老化温度为200℃时，承托液粘度下降明显，表明YSZC-1抗温能力为150℃。

(4)承托液与水泥浆相容性评价

水泥浆溶洞堵漏施工过程中，承托液也会与水泥浆直接接触，为保证施工质量，避免“插旗杆”等复杂情况的出现，因此将实施例1制备的丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系作为承托剂与水泥浆混合后对其流变性、稠化时间、强度等性能进行测试，测试结果如下表2所示。

测试条件：试验温度为100℃，40MPa；水泥浆配方为：800g水泥+352g清水+0.5％分散剂+0.2％缓凝剂+1.3％降失水剂。

表2：

由表2可以看出，随着承托液混入量增加，水泥浆稠化时间曲线呈先降低后升高现象。将70％水泥浆与30％承托液混合后，水泥浆稠化时间缩短为53min，但不会造成水泥浆“闪凝”影响施工安全，且混浆的常温流动性能与高温流动性能都具有可泵送的特点，能满足现场施工要求。

Claims

1.一种丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系，其特征在于，丙烯酰胺类聚合物的分子量为4.0×10⁶～1.0×10⁷；与丙烯酰胺类聚合物复配的油基液体为甲基硅油、白油或9-烯基-12-羟基十八酸。

2.根据权利要求1所述的丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系，其特征在于，包括下述重量份原料：

3.根据权利要求2所述的丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系，其特征在于，还包括2～4重量份的稳定剂；所述稳定剂为二氧化硅、硅酸钙、氧化镁中至少一种。

4.根据权利要求2所述的丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系，其特征在于，所述引发剂为过硫酸钾。

5.一种如权利要求2～4任一项所述的丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：将丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸三种单体按一定比例称量并溶于水中，调节PH至8～9，配制成水溶液I；将引发单体聚合的引发剂溶于水中配成水溶液II；将溶液I加入油基液体中，搅拌条件下加入乳化剂，同时充氮气排氧；继续搅拌混合溶液并水浴加热至80～90℃后，向混合溶液中缓慢滴加溶液II，继续通氮气并搅拌3.5～4h，停止反应，冷却到室温，所得到白色粘稠状液体即为丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系。

6.根据权利要求5所述的丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系的制备方法，其特征在于，包括下述具体步骤：

S1、按8～10重量份丙烯酰胺、3～5重量份2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和5～8重量份丙烯酸溶解在水中，滴加1～1.5wt％的氢氧化钠溶液调节溶液PH至8～9，得到水溶液I；

S2、将0.5～1重量份的过硫酸钾溶于水中配成水溶液II；

S3、在四口烧瓶中加入80～85重量份的油基液体，并将溶液I加入四口烧瓶中，加入3～5重量份的乳化剂边搅拌边充氮气；水浴加热至80～90℃后，向四口烧瓶内缓慢滴加溶液II，继续通氮气并搅拌3.5～4h后停止反应，溶液冷却到室温，所得到白色粘稠状液体即为丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系。

7.根据权利要求6所述的丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系的制备方法，其特征在于，在经步骤S3得到的丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系中添加2～4重量份的稳定剂，并搅拌混合均匀。

8.根据权利要求6所述的丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系的制备方法，其特征在于，所述乳化剂为SP-80。

9.根据权利要求1～8任一项制备出的丙烯酰胺类聚合物与油基复配体系用于水泥浆承托液的用途。