CN106398670A - 一种三防阀固结堵漏剂及应用 - Google Patents

一种三防阀固结堵漏剂及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种三防阀固结堵漏剂及其应用，该堵漏剂包括：冻胶和化学固结堵漏浆；所述冻胶溶液与化学固结堵漏浆的体积比为1：2-3；所述冻胶由以下步骤的方法制备：将氢氧化钠水溶液滴加至烯类单体与酰胺类单体溶液中，冷却至常温后，加入交联剂、引发剂，得到待聚合液；将分散剂和有机溶剂混合使所述分散剂充分溶解，然后在惰性气体保护下加入海藻酸盐，通入氮气，升温至70-85℃，滴入待聚合液进行反应；过滤、干燥得到所述冻胶；所述化学固结堵漏浆由矿渣、水泥、膨润土和石膏复配而成。本发明的堵漏剂粘度可达25万mPa·s，抗温达180℃，利于在大裂缝及溶洞中滞留，抗油水压差大于50MPa/100m，气密封强度大于28MPa/100m，固结物强度大于25MPa。

Description

一种三防阀固结堵漏剂及应用
技术领域
本发明涉及石油钻井堵漏剂领域，进一步地说，是涉及一种三防阀固结堵漏剂、制备方法及应用。
背景技术
目前处理井漏的堵漏材料和方法较多，对于中小型孔洞型漏失的堵漏取得了较好效果，但是对于大裂缝、溶洞及漏层中含有活跃油气水的恶性井漏还远未成熟，这类漏层的封堵难点主要体现在：①部分裂缝发育地层应力敏感性极强，易在井筒压力波动下开启与闭合，堵漏材料易被压碎或返吐造成封堵失效，引发重复性漏失；②在桥接堵漏浆配制过程中，高密度、大颗粒桥接材料难以悬浮，容易在配浆罐中发生沉降，堵漏浆性能难以保证；③裂缝与溶洞的漏失通道大、漏速快，堵漏浆滞留难；④很多大尺度裂缝与溶洞中含有活跃的油、气、水等流体，堵漏浆容易与地层流体窜混、被冲释，堵漏浆难以固结，强度无法保证；⑤部分漏层井筒液柱压力与地层孔隙压力形成的压差大，可达15MPa以上，对封堵层有着较高的承压要求；⑥深井裂缝溶洞漏层温度高(120-150℃)，现有的桥接和凝胶类堵漏材料抗温无法满足需要，桥接材料高温下容易炭化，凝胶材料高温下易分解失效。
在实际施工中，所遇到的恶性漏失经常是两种或两种以上的难点共存，使得堵漏工作更加困难。针对恶性漏失，目前80％以上采用桥接堵漏技术，，以核桃壳、云母、锯末为主，抗温小于120℃、抗压小于6MPa，除非大量堵漏材料堆积，否则很难大幅度提高地层的承压能力，同时抗反排能力差，易返吐造成堵漏失效。适应性较差，当颗粒粒径较大时，造成闭门现象，颗粒粒径较小时，难以架桥封堵；尤其对于高温地层，堵漏材料直接炭化，堵漏效果差。其次，采用的水泥堵漏技术，存在密度差、滞留和窜混问题，周期长，存在较大的施工风险。
因此，对于大裂缝、溶洞及漏层中含有活跃油气水的恶性漏失，现用的堵漏技术已远远不能满足恶性漏失的堵漏要求，有必要从裂缝与溶洞地层漏失机理出发，解决堵漏浆中大颗粒材料的悬浮问题，堵漏浆与地层流体的窜混问题，堵漏材料的抗高温、抗高压问题，以及裂缝复漏问题，大幅度提高堵漏浆的抗温性及封堵层的承压能力，最终提高恶性漏失堵漏成功率，降低钻井复杂情况，保障油气勘探开发安全高效进行。
发明内容
为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种三防阀固结堵漏剂及应用。可以解决堵漏材料的抗高温、抗高压问题，以及裂缝复漏问题，大幅度提高堵漏浆的抗温性及封堵层的承压能力，最终提高恶性漏失堵漏成功率。
本发明的目的之一是提供一种三防阀固结堵漏剂。该堵漏剂包括：冻胶溶液和化学固结堵漏浆；所述冻胶溶液与化学固结堵漏浆的体积比为1：2-3，所述冻胶溶液中冻胶单剂的含量为0.5-1wt％；
所述冻胶单剂的制备方法包括以下步骤：
(1)将氢氧化钠水溶液滴加至烯类单体与酰胺类单体溶液中，冷却至常温后，加入交联剂、引发剂，得到待聚合液；
(2)将分散剂和有机溶剂混合使所述分散剂充分溶解，然后在惰性气体保护下加入海藻酸盐，通入氮气，升温至70-85℃，滴入步骤(1)得到的待聚合液进行反应；
(3)过滤、干燥得到所述冻胶单剂；
所述化学固结堵漏浆由矿渣、水泥、膨润土和石膏复配而成。
其中，所述冻胶单剂是在海藻酸盐的基础上，引入烯类与酰胺类单体与之通过接枝、聚合、交联等方式，采用水溶液聚合法，增加分子链刚性，制备了新型冻胶，提高了海藻酸盐的抗温性能。
本发明还提供所述堵漏剂在处理井漏中的应用，其中，以冻胶溶液的重量计，所述堵漏剂中冻胶单剂的用量为0.5-1wt％。
本发明的堵漏剂利用冻胶具备的粘弹特性，驱离漏失通道中的油气水，隔断油气水对堵漏浆性能的影响；并且基于冻胶可反应基团与高价金属离子交联增稠、滞留的原理，优化冻胶及化学固结浆的配比，形成抗高温、强滞留的三防阀固结堵漏配方，解决堵漏浆在裂缝与溶洞中与活跃流体的窜混及被冲稀问题。本发明的堵漏剂粘度可达25万mPa·s，抗温达180℃，利于在大裂缝及溶洞中滞留，抗油水压差大于50MPa/100m，气密封强度大于28MPa/100m，固结物强度大于25MPa。
具体实施方式
本发明提供一种三防阀固结堵漏剂，该堵漏剂包括：冻胶和化学固结堵漏浆；所述冻胶溶液与化学固结堵漏浆的体积比为1：2-3；优选为1：2-2.5；若冻胶溶液和化学固结堵漏浆的体积配比不合适，封堵墙承压效果较差；所述冻胶溶液由冻胶单剂在水中溶解而成，所述冻胶溶液中冻胶单剂的含量为0.5-1wt％；
所述冻胶单剂的制备方法包括以下步骤：
(1)将氢氧化钠水溶液滴加至烯类单体与酰胺类单体溶液中，冷却至常温后，加入交联剂、引发剂，得到待聚合液；
(2)将分散剂和有机溶剂混合使所述分散剂充分溶解，然后在惰性气体保护下加入海藻酸盐，通入氮气，升温至70-85℃，滴入步骤(1)得到的待聚合液进行反应；
(3)过滤、干燥得到所述冻胶单剂；
所述化学固结堵漏浆由矿渣、水泥、膨润土和石膏复配而成。
优选地，所述烯类单体为丙烯酸、丙烯酸乙酯和丙烯腈中的至少一种；所述酰胺类单体为甲基丙稀酰胺、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中的至少一种。
优选地，所述交联剂为过硫酸钾、过氧化苯甲酰和二乙三胺中的至少一种；所述引发剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、异丙苯过氧化氢和偶氮二异丁腈中的至少一种；所述分散剂为失水山梨醇硬脂酸单酯、十八氨基丙胺和硬脂酸单甘油酯中的至少一种；所述有机溶剂为环己烷、1，1-二氯乙烷和3-甲基-1-丁醇中的至少一种。
优选地，以待聚合液的总量为基准，所述氢氧化钠水溶液的用量为0.1-1wt％，所述烯类单体与酰胺类单体溶液的用量为6-10wt％，所述交联剂的用量为0.1-0.2wt％，所述引发剂的用量为1-1.5wt％。
优选地，步骤(1)中，烯类单体与酰胺类单体的用量摩尔比为1：1-2。
优选地，步骤(2)中，所述充分溶解的条件包括：搅拌条件下加热至40-60℃。
优选地，步骤(2)中，所述反应的条件包括：温度为70-85℃，时间为1-5小时。
优选地，步骤(2)中，相对于待聚合液的用量，所述分散剂的用量为0.1-0.2wt％，所述有机溶剂的用量为70-80wt％，所述海藻酸盐的用量为6-10wt％。
优选地，以所述化学固结堵漏浆的总量计，所述矿渣的含量为40-50wt％、所述水泥的含量为20-30wt％、所述膨润土的含量为20-30wt％，所述石膏的含量为10-20wt％。
本发明提供堵漏剂在处理井漏中的应用，其中，以冻胶溶液的重量计，所述堵漏剂中冻胶单剂的用量为0.5-1.0wt％。堵漏液的浓度过低，粘度过低，不利于悬浮堵漏材料和加重材料，浓度过高，粘度过高，配制困难，泵送困难，不利于堵漏施工，且成本增加。
本发明的堵漏剂粘度可达25万mPa·s，抗温达180℃，利于在大裂缝及溶洞中滞留，抗油水压差大于50MPa/100m，气密封强度大于28MPa/100m，固结物强度大于25MPa。下面结合实施例，进一步说明本发明。
本发明中，测试采用以下方法：
1、粘度及抗温采用HAAKERS6000型流变仪测试，采用PZ36转子，实验参数：25～200℃，升温60min；控制应变模式：应变γ＝1，ω＝1rad/s。
2、抗油水压差及气密封强度采用可视化砂床滤失仪进行测试，测试出的数据换算成100m下的强度。
3、固结物强度是在增压养护釜中养护24h后，采用抗压强度试验机进行强度测试，可参照标准GB/T 19139-2012)。
测试例1
通过流变性实验，测定冻胶在不同浓度下的流变性，结果如表1所示。其中，流变性测定方法为本领域的常规方法。由表1可以看出，以冻胶溶液的重量计，当冻胶单剂加入量超过1wt％后，流变性变得很差，无法应用，因此，以冻胶溶液的重量计，冻胶单剂的用量为0.5-1.0wt％。
表1
实施例1
将烯类与酰胺类单体溶液10ml，边搅拌边滴加一定浓度的氢氧化钠水溶液，得到部分烯类与酰胺类单体中和的水溶液，冷却至常温，加入交联剂、引发剂，充分溶解，调节成一定浓度的待聚合液。在装有回流冷凝管、温度计、电动搅拌和N2导管的250ml四口烧瓶中加入失水山梨醇硬脂酸单酯和150mI环已烷作为油相，水浴加热到45℃，搅拌30min使失水山梨醇硬脂酸单酯充分溶解。加入海藻酸盐，通入氮气，升温至反应温度75℃，再用滴液漏斗滴入配好的待聚合液，继续搅拌，在一定的反应温度和搅拌速度下反应三个半小时，得到反应产物。产品经过滤器过滤，回收滤液中的分散介质，然后干燥(80℃下干燥10小时)，得到淡黄色的颗粒状聚合物冻胶。
化学固结堵漏浆由矿渣、水泥、膨润土和石膏复配而成，复配重量比例为45：25：20：10。
将冻胶溶液与化学固结堵漏浆按体积比1:2混合，反应较充分，得到堵漏剂A。
实施例2
将烯类与酰胺类单体溶液10ml，边搅拌边滴加一定浓度的氢氧化钠水溶液，得到部分烯类与酰胺类单体中和的水溶液，冷却至常温，加入交联剂、引发剂，充分溶解，调节成一定浓度的待聚合液。在装有回流冷凝管、温度计、电动搅拌和N2导管的250ml四口烧瓶中加入失水山梨醇硬脂酸单酯和150mI环已烷作为油相，水浴加热到45℃，搅拌30min使失水山梨醇硬脂酸单酯充分溶解。加入海藻酸盐，通入氮气，升温至反应温度75℃，再用滴液漏斗滴入配好的待聚合液，继续搅拌，在一定的反应温度和搅拌速度下反应三个半小时，得到反应产物。产品经过滤器过滤，回收滤液中的分散介质，然后干燥(80℃下干燥10小时)，得到淡黄色的颗粒状聚合物冻胶。
化学固结堵漏浆由矿渣、水泥、膨润土和石膏复配而成，复配重量比例为40：20：20：20。
将冻胶溶液与化学固结堵漏浆按体积比1:2.5混合，反应较充分，得到堵漏剂B。
实施例3
将烯类与酰胺类单体溶液10ml，边搅拌边滴加一定浓度的氢氧化钠水溶液，得到部分烯类与酰胺类单体中和的水溶液，冷却至常温，加入交联剂、引发剂，充分溶解，调节成一定浓度的待聚合液。在装有回流冷凝管、温度计、电动搅拌和N2导管的250ml四口烧瓶中加入失水山梨醇硬脂酸单酯和150mI环已烷作为油相，水浴加热到45℃，搅拌30min使失水山梨醇硬脂酸单酯充分溶解。加入海藻酸盐，通入氮气，升温至反应温度75℃，再用滴液漏斗滴入配好的待聚合液，继续搅拌，在一定的反应温度和搅拌速度下反应三个半小时，得到反应产物。产品经过滤器过滤，回收滤液中的分散介质，然后干燥(80℃下干燥10小时)，得到淡黄色的颗粒状聚合物冻胶。
化学固结堵漏浆由矿渣、水泥、膨润土和石膏复配而成，复配重量比例为40：25：25：10。
将冻胶溶液与化学固结堵漏浆按体积比1:2.2混合，反应较充分，得到堵漏剂C。
实施例4
与实施例1的条件相同，不同的是，将冻胶溶液与化学固结堵漏浆按体积比1:3混合，得到堵漏剂D。
对比例1
与实施例1的条件相同，不同的是，化学固结堵漏浆由矿渣、水泥、膨润土和石膏复配而成，复配重量比例为45：25：20：10。不加入冻胶。制得堵漏剂E。
对比例2
与实施例1条件相同，不同的是，将冻胶与化学固结堵漏浆按体积比2:1混合，发现有部分冻胶溶液未反应，难以制得堵漏剂。
对比例3
与实施例1条件相同，不同的是，将冻胶与化学固结堵漏浆按体积比1:1混合，发现有少许冻胶溶液未反应，难以制得堵漏剂。
测试例3
测定堵漏剂A-D的性能进行测定，结果如表3所示。
性能参数 堵漏剂A 堵漏剂B 堵漏剂C 堵漏剂D 堵漏剂E
粘度(万mPa·S) 26 25.5 25.8 25 15
抗温(℃) 180 185 180 180 150
抗油水压差(MPa/100m) 57 52 55 50 25
气密封强度(MPa/100m) 31 29 30 28 15
固结物强度(MPa) 29 26 28 25 11
由表3数据可以看出，本发明的堵漏剂具有较高的粘度、抗温、抗油水压差、气密封强度和固结物强度。由堵漏剂D的性能参数可以看出，冻胶与化学固结堵漏浆的体积比为1:2-2.5是本发明的优选实施方式。

Claims (10)

1.一种三防阀固结堵漏剂，其特征在于，该堵漏剂包括：冻胶溶液和化学固结堵漏浆；所述冻胶溶液与化学固结堵漏浆的体积比为1：2-3；所述冻胶溶液由冻胶单剂在水中溶解而成，所述冻胶溶液中冻胶单剂的含量为0.5-1wt％；
所述冻胶单剂的制备方法包括以下步骤：
(1)将氢氧化钠水溶液滴加至烯类单体与酰胺类单体溶液中，冷却至常温后，加入交联剂、引发剂，得到待聚合液；
(2)将分散剂和有机溶剂混合使所述分散剂充分溶解，然后在惰性气体保护下加入海藻酸盐，通入氮气，升温至70-85℃，滴入步骤(1)得到的待聚合液进行反应；
(3)过滤、干燥得到所述冻胶单剂；
所述化学固结堵漏浆由矿渣、水泥、膨润土和石膏复配而成。
2.根据权利要求1所述的堵漏剂，其中，所述烯类单体为丙烯酸、丙烯酸乙酯和丙烯腈中的至少一种；所述酰胺类单体为甲基丙稀酰胺、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的堵漏剂，其中，所述交联剂为过硫酸钾、过氧化苯甲酰和二乙三胺中的至少一种；所述引发剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、异丙苯过氧化氢和偶氮二异丁腈中的至少一种；所述分散剂为失水山梨醇硬脂酸单酯、十八氨基丙胺和硬脂酸单甘油酯中的至少一种；所述有机溶剂为环己烷、1，1-二氯乙烷和3-甲基-1-丁醇中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的堵漏剂，其中，以待聚合液的总量为基准，所述氢氧化钠水溶液的用量为0.1-1wt％，所述烯类单体与酰胺类单体溶液的用量为6-10wt％，所述交联剂的用量为0.1-0.2wt％，所述引发剂的用量为1-1.5wt％。
5.根据权利要求1所述的堵漏剂，其中，步骤(1)中，烯类单体与酰胺类单体的用量摩尔比为1：1-2。
6.根据权利要求1所述的堵漏剂，其中，步骤(2)中，所述充分溶解的条件包括：搅拌条件下加热至40-60℃。
7.根据权利要求1所述的堵漏剂，其中，步骤(2)中，所述反应的条件包括：温度为70-85℃，时间为1-5小时。
8.根据权利要求1所述的堵漏剂，其中，步骤(2)中，相对于待聚合液的用量，所述分散剂的用量为0.1-0.2wt％，所述有机溶剂的用量为70-80wt％，所述海藻酸盐的用量为6-10wt％。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的堵漏剂，其中，以所述化学固结堵漏浆的总量计，所述矿渣的含量为40-50wt％、所述水泥的含量为20-30wt％、所述膨润土的含量为20-30wt％，所述石膏的含量为10-20wt％。
10.权利要求1-9中任意一项所述的堵漏剂在处理井漏中的应用，其特征在于，以冻胶溶液的重量计，所述堵漏剂中冻胶单剂的用量为0.5-1.0wt％。
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