CN107151552A - 一种可吸水膨胀堵漏剂 - Google Patents
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Abstract
一种可吸水膨胀堵漏剂,堵漏剂的各组分原料按照重量份数,由如下比重混合而成:单体30~35份;引发剂0.3~0.35份;交联剂0.05~0.07份;膨润土15~20份;中和剂20~40份;中和剂与单体中和,使得单体中和度为70%;反应温度:50~55℃,反应时间:30~60min,原料经混合均匀,于120℃下烘干、粉碎后即得堵漏剂。堵漏剂还包括重量份数为3~20份的惰性材料,惰性材料在堵漏剂合成时添加或合成后添加。堵漏剂还可采用绿色植物胶囊包覆处理。本发明堵漏剂合成及使用过程中考虑了不同裂缝开度下,堵漏剂的不同组成;同时考虑惰性材料的粒度级配和浓度,减少材料浪费;堵漏成功率高,对环境友好。
Description
技术领域
本发明涉及地质钻探及石油钻井堵漏作业领域,具体涉及一种可吸水膨胀堵漏剂。
背景技术
井漏问题是制约石油与地质勘探开发的主要技术难点,目前,国内外最常使用的堵漏技术主要以桥塞堵漏技术为主,但这类堵漏技术主要存在如下的一些缺陷,其一:地层的裂缝开度往往无法准确掌握,在选择材料粒度、浓度时多依靠现场经验,往往容易发生重复漏失,造成人力、物力、财力的巨大损失;其二,堵漏材料自身的膨胀性较差或不具备膨胀性,在外力作用下不易在裂缝内形成稳定的堵塞;其三:堵漏材料的可变形性较差,容易在裂缝面上堵塞,不能深入地层内部堵塞。针对上述这些堵漏缺陷,膨胀堵漏剂获得较大发展空间。
中国专利(ZL201110047689.X)公布了一种可控膨胀堵漏剂及其制备方法,该发明以丙烯酸和丙烯酰胺为单体,将溶液pH调至9-11后加入交联剂和引发剂,在40-60℃下搅拌,反应50-150min得样品,最后采用石蜡包覆,经干燥、碾碎后得产品。该发明重点在于研究膨胀堵漏剂的可控,同时所得堵漏剂具有一定可变形性和强度,但是该堵漏剂采用的化工产品对环境不够友好,且制作成本较高。
申请号201310667534.5的公开文件公布了一种可持续膨胀性堵漏剂,该堵漏剂包含50~70wt%的架桥剂、10~20wt%的填塞剂、1~5wt%的纤维状材料和10~15wt%的延迟膨胀凝胶材料,在一定时间内可持续膨胀,能提高堵漏效果和地层的承压能力,但该发明采用的是延迟膨胀凝胶材料,用量较大(10~15wt%)、成本较高,且架桥剂、填塞剂推荐使用任意比,没有考虑级配和浓度配比问题,容易造成材料浪费和堵漏成功率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,针对现有膨胀堵漏材料存在的上述不足,提供一种可吸水膨胀堵漏剂,在该堵漏剂合成及使用过程中考虑了不同裂缝开度下,堵漏剂的不同组分方式,同时考虑惰性材料的粒度级配和浓度,减少材料浪费;堵漏成功率高,对环境友好。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是:
一种可吸水膨胀堵漏剂,堵漏剂的各组分原料按照重量份数,由如下比重混合而成:
上述堵漏剂的组分在混合时,使用中和剂与单体中和,使得单体中和度为70%;反应温度:50~55℃,反应时间:30~60min,各组分原料经混合均匀、反应完全后干燥,于120℃下烘干、粉碎后即得堵漏剂。
按上述方案,所述堵漏剂还包括重量份数为3~20份的惰性材料,惰性材料在堵漏剂合成时添加或合成后添加。
按上述方案,所述惰性材料为5~50目核桃壳、10~60目云母,以及6~13mm聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维和聚氨酯纤维中的一种或多种。
按上述方案,所述烘干、粉碎后得到的堵漏剂采用绿色植物胶囊包覆处理,绿色植物胶囊为天然海藻植物经弱酸破碎、浸渍、分离后提取的海藻多糖制成,无任何胶质及重金属成分,每20~30g堵漏剂采用0.1g绿色植物胶囊包覆(以满足膨胀时间可控要求)。
按上述方案,所述单体为丙烯酸(AA)与丙烯酰胺(AM),丙烯酸与丙烯酰胺的质量比为3:1。
按上述方案,所述引发剂为过硫酸钾和亚硫酸氢钠溶液。
按上述方案,所述交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺。
按上述方案,所述膨润土为建平钠土和/或潍坊钠土。
按上述方案,所述中和剂为氢氧化钠溶液。
与现有技术相比,本发明具有的有益效果是:
1、该堵漏剂针对不同的裂缝开度,适应性强,对小裂缝(缝宽1~2mm)堵漏剂可采用绿色植物胶囊包覆后直接使用,对较大裂缝(缝宽3~5mm)不需要包覆,但需复配一定粒度级配和浓度的惰性材料使用,此时膨胀堵漏剂加量少、堵漏成功率高,当然也可以根据具体情况包覆处理;
2、堵漏剂采用绿色植物胶囊包覆,该绿色植物胶囊是天然的海藻植物经弱酸破碎、浸渍、分离后提取的海藻多糖制成的,其来源广,相比对比文件ZL201110047689.X采用的石蜡包覆,对环境友好;
3、该堵漏剂合成及使用过程中考虑了惰性材料的级配和浓度,提高了堵漏的科学性,减少了材料浪费;
4、该堵漏剂具有一定的可变形性和强度,吸水倍数80~160,能针对不同裂缝开度,在漏失地层形成稳定可靠的堵塞,提高钻井效率;可提高地层堵漏效果和地层的承压能力,降低井漏的损失。
具体实施方式
为了更好的理解本发明,下面结合多个实施例对本发明的内容作进一步阐述。
性能评价
1、堵漏剂吸水膨胀性能
堵漏剂吸水膨胀性能评价采用如下方法,称取质量为m1的堵漏剂于烧杯中,用自来水或生理盐水浸泡使其完全吸水,达到饱和后过筛,静置1h后进行多次称量保证滤去多余液体,称量吸水凝胶的质量m2,堵漏剂的吸水倍数Q=(m2-m1)/m1。
2、裂缝性漏失堵漏性能
裂缝性漏失堵漏性能实验采用JHB型堵漏材料试验装置,该试验装置含有1~5mm不锈钢缝板,可用来模拟不同的裂缝开度,其测试方法为将配置好的堵漏浆液(堵漏浆液由堵漏剂和基浆组成,基浆为4000mL清水)倒入JHB型堵漏材料试验装置,接通加压管线,测试堵漏浆液的承压封堵性能。
实施例1
本发明可吸水膨胀堵漏剂为钻井作业用的吸水型膨胀堵漏剂,其原料配比按如下重量份数混合而成:
丙烯酸与丙烯酰胺单体为30份,建平土为15份,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为0.06份,过硫酸钾和亚硫酸氢钠溶液为0.30份,氢氧化钠溶液为40份,使用中和剂与单体中和后的单体中和度为70%,反应完全得到产物后,每20~30g反应后的产物采用0.1g(体积约为20mL)绿色植物胶囊包覆,得到最后的堵漏剂。
对实施例1所得堵漏剂进行了实验测试,实验结果表明:上述可吸水膨胀堵漏剂的吸水倍数为120,采用绿色植物胶囊包覆后,常温无搅拌情况下20~30min可破碎,常温搅拌情况下12~15min左右破碎,可满足现场可控要求。在水基钻井液中分散性能良好,裂缝性漏失堵漏性能使用JHB型高温高压堵漏仪评价,表现为:1~1.5%该堵漏剂(堵漏剂的百分比相对于堵漏浆液)对1mm缝板承压能力3MPa、2~3%该堵漏剂对2mm缝板承压能力3.5MPa,堵漏过程中滤失量很小,裂口处胶结致密,能够快速封堵裂缝。
实施例2
丙烯酸与丙烯酰胺单体为35份,潍坊土为20份,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为0.07份,过硫酸钾和亚硫酸氢钠溶液为0.35份,氢氧化钠溶液为40份,使用中和剂与单体中和后的单体中和度为70%,反应完全得到产物后,每20~30g反应后的产物采用0.1g(体积约为20mL)绿色植物胶囊包覆,得到最后的堵漏剂。
对实施例2所得堵漏剂进行了实验测试,实验结果表明:上述可吸水膨胀堵漏剂的吸水倍数为160,采用绿色植物胶囊包覆后,常温无搅拌情况下20~30min可破碎,常温搅拌情况下12~15min左右破碎,可满足现场可控要求。在水基钻井液中分散性能良好,裂缝性漏失堵漏性能使用JHB型高温高压堵漏仪评价,表现为:0.8~1.5%该堵漏剂对1mm缝板承压能力3MPa、1.5~2.5%该堵漏剂对2mm缝板承压能力3MPa,堵漏过程中滤失量很小,裂口处胶结致密,能够快速封堵裂缝。
实施例3
丙烯酸与丙烯酰胺单体为35份,潍坊土为20份,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为0.07份,过硫酸钾和亚硫酸氢钠溶液为0.35份,氢氧化钠溶液为40份,使用中和剂与单体中和后的单体中和度为70%,惰性材料为20份,惰性材料为核桃壳(16~40目,40目与其它目数质量比为3:1)、聚丙烯纤维(13mm),核桃壳与聚丙烯纤维质量比为2:1。反应完全得到产物后,每20~30g反应后的产物采用0.1g(体积约为20mL)绿色植物胶囊包覆,得到最后的堵漏剂。
对实施例3所得堵漏剂进行实验测试,实验结果表明:上述可吸水膨胀堵漏剂的吸水倍数为80,采用绿色植物胶囊包覆后,常温无搅拌情况下20~30min可破碎,常温搅拌情况下12~15min左右破碎,可满足现场可控要求。在水基钻井液中分散性能良好,裂缝性漏失堵漏性能使用JHB型高温高压堵漏仪评价,表现为:0.8~1%该堵漏剂对1~2mm缝板承压能力4MPa、2~2.5%该堵漏剂对2~4mm缝板承压能力3MPa,堵漏过程中滤失量很小,裂口处胶结致密,能够快速封堵裂。
实施例4
丙烯酸与丙烯酰胺单体为30份,建平土为15份,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为0.06份,过硫酸钾和亚硫酸氢钠溶液为0.30份,氢氧化钠溶液为40份,使用中和剂与单体中和后的单体中和度为70%,均匀混合得到产物后,不进行包覆,再复配惰性材料:核桃壳(10~14目,14目与其它目数质量比为3:1)、云母(20~40目,40目与其它目数质量比为3:1),其中惰性材料总加量为基浆的4%,核桃壳与云母质量比为2:2。
上述堵漏剂承压堵漏时,堵漏剂加量少,对实施例4所得堵漏剂进行实验测试,实验结果表明:上述可吸水膨胀堵漏剂的吸水倍数为120,在水基钻井液中分散性能良好,裂缝性漏失堵漏性能使用JHB型高温高压堵漏仪评价,表现为:0.3~0.5%该堵漏剂对3mm缝板承压能力5MPa,堵漏过程中滤失量很小,裂口处胶结致密,能够快速封堵裂缝。
实施例5
丙烯酸与丙烯酰胺单体为30份,建平土为15份,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为0.06份,过硫酸钾和亚硫酸氢钠溶液为0.30份,氢氧化钠溶液为40份,使用中和剂与单体中和后的单体中和度为70%,均匀混合得到产物后,不进行包覆,再复配惰性材料:核桃壳(5~8目,8目与其它目数质量比3:1)、云母(10~40目,40目与其它目数质量比3:1)、聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维和聚氨酯纤维中的一种或多种(6~13mm),其中惰性材料总加量为基浆的3.7%,核桃壳、云母以及聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维和聚氨酯纤维中的一种或多种的质量比为2:1.5:0.2(考虑惰性材料的粒度级配和浓度配比)。
上述堵漏剂承压堵漏时,堵漏剂加量少,对所得堵漏剂进行了实验测试,实验结果表明:上述可吸水膨胀堵漏剂的吸水倍数为120,在水基钻井液中分散性能良好,裂缝性漏失堵漏性能使用JHB型高温高压堵漏仪评价,表现为:0.5~0.8%该堵漏剂对5mm缝板承压5MPa,堵漏过程中滤失量很小,裂口处胶结致密,能够快速封堵裂缝。
实施例1和2用来说明不采用惰性材料时,堵漏剂的堵漏性能。实施例3用来说明堵漏剂合成时考虑了惰性材料的粒度级配和浓度配比。实施例4和5用来说明堵漏剂合成后考虑惰性材料的粒度级配和浓度配比,此时膨胀堵漏剂加量少,成本低,且堵漏成功率高。
以上内容是对本发明所做的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所述技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,上述设计的原理都应当属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种可吸水膨胀堵漏剂,其特征在于,堵漏剂的各组分原料按照重量份数,由如下比重混合而成:
上述堵漏剂的组分在混合时,使用中和剂与单体中和,使得单体中和度为70%;反应温度:50~55℃,反应时间:30~60min,各组分原料经混合均匀、反应完全后干燥,于120℃下烘干、粉碎后即得堵漏剂。
2.根据权利要求1所述的可吸水膨胀堵漏剂,其特征在于,所述堵漏剂还包括重量份数为3~20份的惰性材料,惰性材料在堵漏剂合成时添加或合成后添加。
3.根据权利要求2所述的可吸水膨胀堵漏剂,其特征在于,所述惰性材料为5~50目核桃壳、10~60目云母,以及6~13mm聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维和聚氨酯纤维中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的可吸水膨胀堵漏剂,其特征在于,所述烘干、粉碎后得到的堵漏剂采用绿色植物胶囊包覆处理,绿色植物胶囊为天然海藻植物经弱酸破碎、浸渍、分离后提取的海藻多糖制成,无任何胶质及重金属成分,每20~30g堵漏剂采用0.1g绿色植物胶囊包覆。
5.根据权利要求1所述的可吸水膨胀堵漏剂,其特征在于,所述单体为丙烯酸与丙烯酰胺,丙烯酸与丙烯酰胺的质量比为3:1。
6.根据权利要求1所述的可吸水膨胀堵漏剂,其特征在于,所述引发剂为过硫酸钾和亚硫酸氢钠溶液。
7.根据权利要求1所述的可吸水膨胀堵漏剂,其特征在于,所述交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺。
8.根据权利要求1所述的可吸水膨胀堵漏剂,其特征在于,所述膨润土为建平钠土和/或潍坊钠土。
9.根据权利要求1所述的可吸水膨胀堵漏剂,其特征在于,所述中和剂为氢氧化钠溶液。
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