CN107189772A - 一种可吸水膨胀堵漏剂 - Google Patents

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段隆臣
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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

一种可吸水膨胀堵漏剂
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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