CN109372468B - 一种用于井下管柱堵漏的密封剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于井下管柱堵漏的密封剂及其制备方法。所述密封剂由下述质量份的原料制成：胶乳基液95～105份；失稳剂2～4份；亚稳态剂18～22份；分散剂2.7～3.5份；增强剂0.2～2.4份；胶乳基液为胶乳与水的混合物。本发明通过胶乳基液、失稳剂、亚稳态剂、分散剂和增强剂的协同作用，提高了密封剂的封堵效果，对泄漏面积大于2mm2的孔，有很好的封堵作用，最高可以封堵面积5mm2的孔眼。本发明提供的密封剂对常见的井下管柱丝扣泄露、封隔器失效、循环阀失效、腐蚀穿孔等漏失工况有良好的封堵效果，尤其对腐蚀穿孔类型且外部无支撑的情况有良好的封堵效果，封堵后最高可承压14MPa。本发明提供的密封剂的制备方法，操作简单，安全性高，适宜工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于井下管柱堵漏的密封剂及其制备方法，属于油气井工程技术领域。
背景技术
在油气田长期开发过程中，通常会发生井下管柱的漏失，主要的漏失情况有腐蚀穿孔、丝扣泄露、封隔器失效、循环阀失效等，物理方法进行修补或者更换配件较为复杂，成本也较高，相关研究人员一直致力于开发高效的化学堵漏剂。
目前国内为了解决油气井套管破漏的问题，主要采用常规无机胶凝材料堵漏和一般热固性树脂堵漏的等方法。如专利公开号为CN103864389B的申请文件公开了一种油田油水井堵炮眼、套管堵漏用的封堵剂，该封堵剂由堵剂和缓凝剂构成，其中堵剂由60重量份的硫铝酸盐熟料或氟铝酸盐熟料、12重量份的硬石膏、25重量份的微硅粉和8重量份的无水硫酸钠制成；缓凝剂由3重量份的酒石酸、7重量份的柠檬酸、7重量份的硼酸和85重量份的水构成；该封堵剂适用的温度为30～90℃，抗压强度最高20MPa。专利公开号为CN106479462A的申请文件公开了一种堵剂及其制备方法及油井套管堵漏封窜方法，该堵剂的原料包括干剂和水，干剂和水的质量比为0.8～1.6：0.8～1.2；干剂由如下质量百分含量的物质组成：超细微粉30～50％，结构形成剂30～50％，固化剂4～16％，填充剂2～8％，调节剂2～8％。该堵剂适用温度20～150℃，抗压强度10～30MPa，其界面胶结力很强，能提高封堵成功率。上述封堵方法能起到较好的封堵作用，但是存在以下不足：
(1)施工需要钻塞，存在一定风险；
(2)对腐蚀穿孔且外部无支撑的情况不能很好的解决。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于井下管柱堵漏的密封剂，所述密封剂现场施工无需钻塞，且堵漏覆盖面广、承压能力高，该密封剂能解决各种井下管柱的漏失工况，尤其对腐蚀穿孔类型且外部无支撑的情况有良好的封堵效果。
本发明所提供的用于井下管柱堵漏的密封剂，由下述质量份的原料制成：
胶乳基液95～105份；
失稳剂2～4份；
亚稳态剂18～22份；
分散剂2.7～3.5份；
增强剂0.2～2.4份。
上述密封剂中，所述胶乳基液指的是胶乳与水的混合物，所述胶乳基液中所述胶乳的质量含量不低于30％，若所述胶乳的含量太少，则所述胶乳基液和失稳剂反应生成的颗粒物质较少，影响密封剂的堵漏效果。
上述密封剂中，所述胶乳可为丁腈胶乳、羧基丁腈胶乳、三元乙丙胶乳、天然胶乳、苯丙胶乳、硅橡胶胶乳、聚丙烯酸酯胶乳、丁基胶乳、氯丁胶乳、氟橡胶胶乳、聚丁二烯胶乳和丁苯胶乳中的一种或多种，优选羧基丁腈胶乳。
上述密封剂中，所述失稳剂可为乙醇、三氯甲烷、盐酸、柠檬酸、氯化钾、氯化钠、甲酸钾、甲酸钠、氯化镁、硝酸镁、氯化钙、乙酸钙、硝酸钙和氯化铝中的一种或多种，优选氯化钾。
上述密封剂中，所述亚稳态剂在一定的压力作用下会失去亚稳态的状态，迅速发生反应，使密封剂在漏点处形成封堵；
所述亚稳态剂可为表面活性剂；
所述表面活性剂可为阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和阳离子表面活性剂中的至少一种；
具体如：阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和阳离子表面活性剂中的任一种、阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂的复配物或阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂的复配物；
所述阴离子表面活性剂可为聚丙烯酰胺或十二烷基苯磺酸钠；
所述非离子表面活性剂可为OP-10、OP-40、司班-80或司班-60，优选OP-10；
所述阳离子表面活性剂可为Gemini1231、Gemini1631或Gemini1831。
上述密封剂中，所述分散剂可以使所述胶乳基液中的所述胶乳分散得更加均匀，增大所述胶乳与所述失稳剂的接触面积，从而促进所述胶乳和所述失稳剂反应的更加完全；
所述分散剂可为黄原胶和玉米淀粉的混合物；
所述黄原胶与所述玉米淀粉的质量比为1：3～5，在该用量比范围内，得到的所述分散剂与所述增强剂交联的结构更致密，强度更高。
上述密封剂中，所述增强剂与所述分散剂会形成稳定的交联糊料，使制备的密封剂在使用时结构致密，强化密封剂本体强度和界面胶结强度；
所述增强剂可为碳酸钙颗粒、聚酯纤维、石棉纤维、石墨纤维、竹纤维和矿物纤维中的一种或多种，优选石棉纤维和/或碳酸钙颗粒。
本发明所述密封剂的原料还包括0.8～1.2质量份的促进剂；
所述促进剂可为硫磺、2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚、环氧树脂、酚醛树脂、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、二乙基甲苯二胺、乙二胺、二乙基二硫代氨基甲酸锌、过氧化二异丙苯中的一种或多种，优选过氧化二异丙苯。
具体地，制备所述密封剂的原料的质量份组成如下1)-6)：
1)胶乳基液100份；失稳剂4份；亚稳态剂20份；分散剂3份；增强剂0.2～2.4份；
2)胶乳基液100份；失稳剂4份；亚稳态剂20份；分散剂3份；增强剂0.2～0.4份；
3)胶乳基液100份；失稳剂4份；亚稳态剂20份；分散剂3份；增强剂0.4～2.4份；
4)胶乳基液100份；失稳剂4份；亚稳态剂20份；分散剂3份；增强剂0.2份；
5)胶乳基液100份；失稳剂4份；亚稳态剂20份；分散剂3份；增强剂0.4份；
6)胶乳基液100份；失稳剂4份；亚稳态剂20份；分散剂3份；增强剂2.4份；促进剂1份。
本发明还进一步地提供了所述密封剂的制备方法，包括如下步骤：
1)向所述胶乳或胶乳基液中加入所述失稳剂，得到第一混合液；
2)向所述第一混合液中加入下述a)或b)即得所述密封剂；
a)依次为所述分散剂、所述亚稳态剂和所述增强剂；
b)依次为所述分散剂、所述亚稳态剂、所述增强剂和所述促进剂。
上述的制备方法中，步骤1)中，于80～90℃的条件下将所述胶乳或所述胶乳基液搅拌均匀，搅拌速度可为1500r/min；
在搅拌且恒温的条件下，加入所述失稳剂，搅拌均匀(60～90min)后冷却至常温；
步骤2)中，在搅拌的条件下依次加入所述分散剂、所述亚稳态剂、所述增强剂或所述分散剂、所述亚稳态剂、所述增强剂和所述促进剂；
具体可采用如下步骤：
边搅拌边将所述分散剂加入至所述第一混合液中，控制搅拌速度为1000r/min，搅拌均匀后，保持搅拌速度不变，再加入所述亚稳态剂，搅拌均匀后，再向上述混合液中加入所述增强剂，搅拌均匀，得成品；若包括促进剂，则在加入所述增强剂后搅拌混合均匀，保持搅拌速度不变，将混合液升温至60℃并加入所述促进剂，搅拌90～120min，得成品。
本发明提供的密封剂能够用于井下管柱堵漏。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明通过胶乳基液、失稳剂、亚稳态剂、分散剂和增强剂的协同作用，提高了密封剂的封堵效果，对泄漏面积大于2mm2的孔，有很好的封堵作用，最高可以封堵面积5mm2的孔眼。本发明提供的密封剂对常见的井下管柱丝扣泄露、封隔器失效、循环阀失效、腐蚀穿孔等漏失工况有良好的封堵效果，尤其对腐蚀穿孔类型且外部无支撑的情况有良好的封堵效果，封堵后最高可承压14MPa。
2、本发明所提供的密封剂有较好的抗温性，在150℃下能保持稳定大于48h。
3、本发明所提供的密封剂流动性能良好，施工后无需钻塞，井筒安全性高，施工工艺简单。
4、本发明提供的密封剂的制备方法，操作简单，安全性高，适宜工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施例1-4和比较例1-4封堵后的承压曲线图。
图2为丝扣泄露封堵时的示意图。
图3为腐蚀穿孔泄露封堵时的示意图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、用于井下管柱堵漏的密封剂
原料为(重量份)：羧基丁腈胶乳30份、氯化钾4份、OP-10 20份、黄原胶0.5份、玉米淀粉2.5份和石棉纤维0.2份。
按照下述步骤进行制备：
(1)在温度为90℃时，边搅拌边将羧基丁腈胶乳加入70g淡水中(得到胶乳含量为30％的胶乳基液)，控制搅拌速度1500r/min，搅拌10min后，再在相同的温度和搅拌速度下，边搅拌边向羧基丁腈胶乳基液中加入氯化钾，搅拌90min后，冷却至常温，得到第一混合液；
(2)边搅拌边将黄原胶和玉米淀粉加入步骤(1)的第一混合液中，控制搅拌速度为1000r/min，搅拌30min后，保持搅拌速度不变，再加入OP-10，搅拌30min后，再向上述混合液中加入石棉纤维，搅拌30min，得到密封剂。
实施例2、用于井下管柱堵漏的密封剂
原料为(重量份)：羧基丁腈胶乳30份、氯化钾4份、OP-10 20份、黄原胶0.5份、玉米淀粉2.5份和石棉纤维0.4份。
按照下述步骤进行制备：
(1)在温度为90℃时，边搅拌边将羧基丁腈胶乳加入70g淡水中(得到胶乳含量为30％的胶乳基液)，控制搅拌速度1500r/min，搅拌10min后，再在相同的温度和搅拌速度下，边搅拌边向羧基丁腈胶乳基液中加入氯化钾，搅拌90min后，冷却至常温，得到第一混合液；
(2)边搅拌边将黄原胶和玉米淀粉加入步骤(1)的第一混合液中，控制搅拌速度为1000r/min，搅拌30min后，保持搅拌速度不变，再加入OP-10，搅拌30min后，再向上述混合液中加入石棉纤维，搅拌30min，得到密封剂。
实施例3、用于井下管柱堵漏的密封剂
原料为(重量份)：羧基丁腈胶乳30份、氯化钾4份、OP-10 20份、黄原胶0.5份、玉米淀粉2.5份、石棉纤维2.4份和过氧化二异丙苯1份。
按照下述步骤进行制备：
(1)在温度为90℃时，边搅拌边将羧基丁腈胶乳加入70g淡水中(得到胶乳含量为30％的胶乳基液)，控制搅拌速度1500r/min，搅拌10min后，再在相同的温度和搅拌速度下，边搅拌边向羧基丁腈胶乳基液中加入氯化钾，搅拌90min后，冷却至常温，得到第一混合液；
(2)边搅拌边将黄原胶和玉米淀粉加入步骤(1)的第一混合液中，控制搅拌速度为1000r/min，搅拌30min后，保持搅拌速度不变，再加入OP-10，搅拌30min后，再向上述混合液中加入石棉纤维，搅拌30min，得第二混合液，保持搅拌速度不变，将第二混合液升温至60℃并加入过氧化二异丙苯，搅拌90min，得密封剂。
实施例4、用于井下管柱堵漏的密封剂
原料为(重量份)：羧基丁腈胶乳30份、氯化钾4份、OP-10 20份、黄原胶0.5份、玉米淀粉2.5份、石棉纤维0.4份、碳酸钙颗粒2份和过氧化二异丙苯1份。
按照下述步骤进行制备：
(1)在温度为90℃时，边搅拌边将羧基丁腈胶乳加入70g淡水中(得到胶乳含量为30％的胶乳基液)，控制搅拌速度1500r/min，搅拌10min后，再在相同的温度和搅拌速度下，边搅拌边向羧基丁腈胶乳基液中加入氯化钾，搅拌90min后，冷却至常温，得到第一混合液；
(2)边搅拌边将黄原胶和玉米淀粉加入步骤(2)的第一混合液中，控制搅拌速度为1000r/min，搅拌30min后，保持搅拌速度不变，再加入OP-10，搅拌30min后，再向上述混合液中加入石棉纤维和碳酸钙，搅拌30min，得第二混合液，保持搅拌速度不变，将第二混合液升温至60℃并加入过氧化二异丙苯，搅拌120min，得密封剂。
比较例1、
原料为(重量份)：羧基丁腈胶乳70份和氯化钾2份。
按照下述步骤进行制备：
(1)在温度为90℃时，边搅拌边将羧基丁腈胶乳加入30g淡水中，控制搅拌速度1500r/min，搅拌10min后，再在相同的温度和搅拌速度下，边搅拌边向羧基丁腈胶乳基液中加入氯化钾，搅拌60min后，冷却至常温，得密封剂。
比较例2、
原料为(重量份)：羧基丁腈胶乳70份、氯化钾2份和OP-10 20份。
按照下述步骤进行制备：
(1)在温度为90℃时，边搅拌边将羧基丁腈胶乳加入30g淡水中，控制搅拌速度1500r/min，搅拌10min后，再在相同的温度和搅拌速度下，边搅拌边向羧基丁腈胶乳基液中加入氯化钾，搅拌60min后，冷却至常温，得到第一混合液；
(2)在搅拌下将OP-10加入步骤(2)的第一混合液中，控制搅拌速度为1000r/min，搅拌30min后，得到密封剂。
比较例3、
原料为(重量份)：羧基丁腈胶乳70份、氯化钾2份、OP-10 20份和石棉纤维0.1份。
按照下述步骤进行制备：
(1)在温度为90℃时，边搅拌边将羧基丁腈胶乳加入30g淡水中，控制搅拌速度1500r/min，搅拌10min后，再在相同的温度和搅拌速度下，边搅拌边向羧基丁腈胶乳基液中加入氯化钾，搅拌60min后，冷却至常温，得到第一混合液；
(2)在搅拌下将OP-10加入步骤(1)的第一混合液中，控制搅拌速度为1000r/min，搅拌30min后，搅拌均匀后，再向上述混合液中加入石棉纤维，搅拌30min后，得到密封剂。
比较例4、
原料为(重量份)：羧基丁腈胶乳30份、氯化钾4份、OP-10 20份、黄原胶0.5份和玉米淀粉2.5份。
按照下述步骤进行制备：
(1)在温度为90℃时，边搅拌边将羧基丁腈胶乳加入70g淡水中，控制搅拌速度1500r/min，搅拌10min后，再在相同的温度和搅拌速度下，边搅拌边向羧基丁腈胶乳基液中加入氯化钾，搅拌90min后，冷却至常温，得到第一混合液；
(2)边搅拌边将黄原胶和玉米淀粉加入步骤(2)的第一混合液中，控制搅拌速度为1000r/min，搅拌30min后，得到密封剂。
测试实施例1～4和比较例1～4中制得的用于井下管柱堵漏的密封剂的性能，测定结果见表1。
表1不同密封剂的性能参数
由表1中的数据可以看出，实施例1～4以及比较例3和4可以封堵泄漏面积为1mm2的孔，比较例2只能封堵泄漏面积0.5mm2的孔，无法封堵泄漏面积为1mm2的孔；而实施例1～4对泄漏面积大于2mm2的孔，均具有很好的封堵作用，且实施例4可以封堵面积5mm2的孔眼，而比较例2～4未能成功封堵2mm2的孔。
上述结果表明，本发明通过胶乳基液、失稳剂、亚稳态剂、分散剂和增强剂的协同作用，提高了密封剂的封堵效果，对泄漏面积大于2mm2的孔，有很好的封堵作用，最高可以封堵面积5mm2的孔眼。
本发明提供的密封剂对常见的井下管柱丝扣泄露、封隔器失效、循环阀失效、腐蚀穿孔等漏失工况有良好的封堵效果(图2和图3分别为丝扣泄露封堵时的示意图和腐蚀穿孔泄露封堵时的示意图)，尤其对腐蚀穿孔类型且外部无支撑的情况有良好的封堵效果。
图1为本发明实施例1-4和比较例1-4封堵后的承压曲线图，由该图可以看出，本发明实施例4制备的密封剂，其不仅对1mm2以下的腐蚀穿孔能有效封堵，对2～5mm2的腐蚀穿孔也具有较好的封堵效果。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种用于井下管柱堵漏的密封剂，由下述质量份的原料制成：
胶乳基液95～105份；
失稳剂2～4份；
亚稳态剂18～22份；
分散剂2.7～3.5份；
增强剂0.2～2.4份；
所述胶乳基液为胶乳与水的混合物；
所述胶乳为丁腈胶乳、羧基丁腈胶乳、三元乙丙胶乳、天然胶乳、苯丙胶乳、硅橡胶胶乳、聚丙烯酸酯胶乳、丁基胶乳、氯丁胶乳、氟橡胶胶乳、聚丁二烯胶乳和丁苯胶乳中的一种或多种；
所述失稳剂为氯化钾或氯化铝；
所述亚稳态剂为OP-10或OP-40；
所述分散剂为黄原胶和玉米淀粉的混合物；
所述黄原胶与所述玉米淀粉的质量比为1：3～5；
所述增强剂为碳酸钙颗粒、聚酯纤维、石棉纤维、石墨纤维、竹纤维和矿物纤维中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的密封剂，其特征在于：所述原料还包括0.8～1.2质量份的促进剂；
所述促进剂为硫磺、2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚、环氧树脂、酚醛树脂、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、二乙基甲苯二胺、乙二胺、二乙基二硫代氨基甲酸锌、过氧化二异丙苯中的一种或多种。
3.权利要求1或2所述密封剂的制备方法，包括如下步骤：
1)向所述胶乳或所述胶乳基液中加入所述失稳剂，得到第一混合液；
2)向所述第一混合液中加入下述a)或b)即得所述密封剂；
a)依次为所述分散剂、所述亚稳态剂和所述增强剂；
b)依次为所述分散剂、所述亚稳态剂、所述增强剂和促进剂。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中，于80～90℃的条件下将所述胶乳或所述胶乳基液搅拌均匀；
在搅拌且恒温的条件下，加入所述失稳剂，搅拌均匀后冷却至常温；
步骤2)中，在搅拌的条件下依次加入所述分散剂、所述亚稳态剂、所述增强剂或依次加入所述分散剂、所述亚稳态剂、所述增强剂和所述促进剂。
5.权利要求1或2所述密封剂在井下管柱堵漏中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：所述井下管柱的漏失工况包括井下管柱丝扣泄露、封隔器失效、循环阀失效和腐蚀穿孔。
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