CN109796941B - 一种膨胀堵漏剂及其制备方法和微胶囊型堵漏剂以及水基钻井液及其应用 - Google Patents

一种膨胀堵漏剂及其制备方法和微胶囊型堵漏剂以及水基钻井液及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及钻井液处理剂领域，公开了一种膨胀堵漏剂及其制备方法和微胶囊型堵漏剂以及水基钻井液及其应用。其中，该膨胀堵漏剂为将丙烯酰胺、强度提升材料、丙烯酸盐和糊化胶体进行聚合反应而得到的，丙烯酸盐为酸度中和剂和丙烯酸进行中和反应而得到的，糊化胶体为将淀粉加入去离子水中进行糊化反应而得到的。采用本发明制得的钻井液用膨胀堵漏剂结构稳定，强度高，黏弹性好，在井底高温高压环境下不容易变性，堵漏效果好。

Description

一种膨胀堵漏剂及其制备方法和微胶囊型堵漏剂以及水基钻 井液及其应用
技术领域
本发明涉及钻井液处理剂领域，具体涉及一种膨胀堵漏剂及其制备方法和微胶囊型堵漏剂以及水基钻井液及其应用。
背景技术
井漏是钻井工程中，工作流体漏失到地层中的一种井下复杂情况，是钻井作业中最普遍、最常遇到的复杂难题之一。由于井漏引发的井下复杂情况对钻井、完井施工危害十分严重，因此井漏一直是国内外石油工程界十分关注的问题。钻井作业中，一旦发生漏失，不止延误钻井时间，损失钻井液，破坏油气层，影响地质录井工作的正常进行，而且还可能造成井壁失稳从而引发井塌、卡钻、井喷等一系列复杂情况与事故，如若处理不当的话，还会导致井眼报废，使得经济产生重大损失。及时的处理井漏、维持正常钻进是十分重要的工作。因此，研发新的堵漏剂非常必要。
在钻井工程防漏堵漏过程中，堵漏材料是不可缺少的物质材料。
其中，应用最为广泛的吸水性聚合物是聚丙烯酰胺(HPAM)，但其吸水速度过快，应用于堵漏作业时，容易造成泵送困难，并且会影响钻井液性能，一些堵漏剂由于颗粒过大无法进入漏层，从而削弱堵漏效果。在对一些大裂缝、高渗透地层，吸水树脂的强度达不到堵漏要求，因此单独使用聚合物凝胶体系进行堵漏作业，效果并不理想。
其中，化学堵漏材料主要是指以聚合物为主体的井漏处理剂，化学堵漏材料大致可分为凝胶类、树脂类、膨胀聚合物，其中，膨胀聚合物类主要有SYZ膨胀性堵漏剂、聚胺脂泡沫膨体堵漏剂和TP-9010，该三类膨胀聚合物类均是当将其进入漏层后，吸水膨胀，即可堵住漏层，但是，该三类膨胀聚合物类在吸水的同时，对烃类也进行吸收。
因此，研究和开发吸水抗烃类聚合物来进行堵漏具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在钻井过程中常发生的井漏问题尤其是恶性漏失问题，以及堵漏效果不理想的问题，而提供一种膨胀堵漏剂及其制备方法和微胶囊型堵漏剂以及水基钻井液及其应用。采用本发明制得的钻井液用膨胀堵漏剂结构稳定，强度高，黏弹性好，在井底高温高压环境下不容易变性，堵漏效果好。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种钻井液用膨胀堵漏剂，其中，该膨胀堵漏剂为在交联剂和引发剂存在的条件下，将第一丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸盐、强度提升材料和糊化胶体进行聚合反应而得到的粘弹性凝胶体，其中，所述丙烯酸盐为酸度中和剂和丙烯酸进行中和反应而得到的，所述糊化胶体为将淀粉加入去离子水中进行糊化反应得到的。
本发明第二方面提供了一种前述所述的膨胀堵漏剂的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：
(1)将淀粉加入去离子水中进行糊化反应得到糊化胶体；
(2)将酸度中和剂与丙烯酸进行中和反应得到丙烯酸盐；
(3)在交联剂和引发剂存在的条件下，将第一丙烯酸、丙烯酰胺、所述丙烯酸盐、强度提升材料和所述糊化胶体进行聚合反应。
本发明第三方面提供了一种钻井液用微胶囊型堵漏剂，其中，该微胶囊型堵漏剂包括囊内材料和包覆于所述囊内材料外的囊壳材料，其中，所述囊内材料为前述所述的膨胀堵漏剂或者由前述所述的方法制备得到的所述的膨胀堵漏剂，所述囊壳材料为石蜡、硬脂酸、蜂蜡、日本蜡、长链醇、数均分子量低于5000g/mol的聚乙烯、固化油和变形树脂中的一种或多种，优选为石蜡；优选地，所述囊壳材料与所述囊内材料的用量比为(2-5)：1。
本发明第四方面提供了一种水基钻井液，其中，该水基钻井液含有前述所述膨胀堵漏剂或者由前述所述的方法制备得到的所述膨胀堵漏剂以及前述所述的微胶囊型堵漏剂；优选地，以100mL的所述水基钻井液的总重量为基准，所述膨胀堵漏剂的含量为10-12重量％或者所述微胶囊型堵漏剂的含量为6-8重量％。
本发明第五方面提供了前述所述膨胀堵漏剂或者由前述所述的方法制备得到的所述膨胀堵漏剂以及前述所述的微胶囊型堵漏剂在油气田钻井过程中的应用。
通过上述技术方案，本发明膨胀堵漏剂是利用丙烯酸、丙烯酰胺和丙烯酸盐合成的吸水树脂的基础上，同时，引入成本低廉的淀粉，使得最终合成得到的膨胀堵漏剂具有良好的可降解性，另外，向其体系中加入强度提升材料，使其均匀分散在凝胶中，起到骨架支撑作用，用于提高凝胶的强度和稳定性，另外，在本发明中，采用囊壳材料，以喷涂、冷凝或溶涂等方式，将膨胀堵漏剂加工成胶囊粒径制备成微胶囊型堵漏剂，将其计入到泥浆中并泵至漏层位置，一定时间后，在井下温度条件下，其囊壳材料溶解或熔化而放出膨胀堵漏剂，使其吸收地层或井内泥浆中的水，体积迅速膨胀，通过和堵漏体系中各组分的复合存在协同作用，从而可以大幅度地提高堵漏体系的堵漏效果。
另外，使用本发明的膨胀堵漏剂和/或微胶囊型堵漏剂成本低，方法简单，不需要停钻处理，大幅度降低了油气井漏的处理时间和费用，为提高漏失地层的钻井速度和降低钻井成本具有重大意义。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供了一种钻井液用膨胀堵漏剂，其中，该膨胀堵漏剂为在交联剂和引发剂存在的条件下，将第一丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸盐、强度提升材料和糊化胶体进行聚合反应而得到的粘弹性凝胶体，其中，所述丙烯酸盐为酸度中和剂和第二丙烯酸进行中和反应而得到的，所述糊化胶体为将淀粉加入去离子水中进行糊化反应得到的。
根据本发明，需要说明的是，所述第一丙烯酸和所述第二丙烯酸其成分均是丙烯酸，都可以通过商购获得，在本发明中，将其定义为“第一丙烯酸”和“第二丙烯酸”，其目的在于区分：“第一丙烯酸”作为一种组分，主要参与与丙烯酰胺以及丙烯酸盐的反应，而“第二丙烯酸”其主要参与与酸度中和剂进行中和反应进而制备丙烯酸盐。
根据本发明，淀粉糊化后的糊化胶体的表观粘度的值可以为20-50毫帕秒。以及在本发明中，所述淀粉可以为玉米淀粉。
根据本发明，以100重量份的去离子水为基准，所述第一丙烯酸与丙烯酰胺的总量为1-15重量份，所述淀粉为1-10重量份，所述酸度中和剂为0.5-5重量份，所述交联剂为0.1-0.8重量份，所述引发剂为1-9重量份，所述强度提升材料为20-70重量份。
根据本发明，尽管通过严格控制各个组分的含量，使得各个组分之间得以相互作用使得所制备的膨胀堵漏剂在堵漏过程中能够发挥出了最佳的功效，进而使所制得的钻井液用膨胀堵漏剂结构稳定，强度高，黏弹性好，在井底高温高压环境下不容易变性，堵漏效果好；但是，以100重量份的去离子水为基准，所述第一丙烯酸与丙烯酰胺的总量为6-8重量份，所述淀粉为4-6重量份，所述酸度中和剂为2-3重量份，所述交联剂为0.3-0.5重量份，所述引发剂为4-5重量份，所述强度提升材料为50-60重量份时，效果更好。
根据本发明，本发明的发明人发现：单独的使用丙烯酸(AA)进行聚合反应，合成出的膨胀堵漏剂的吸水倍数和吸水速率都不尽理想，不易达到实际应用中的要求，并且合成出的产品在盐溶液中吸水倍率很小，抗盐性较差，因此，引入另一种单体和丙烯酸(AA)以及丙烯酸盐进行共聚，通过改变聚合物内部结构来提高其各项性能，使其能够更为广泛的应用到各个领域，同时，引入成本低廉的淀粉，使得最终合成得到的膨胀堵漏剂具有良好的可降解性。在本发明中，将淀粉加入去离子水中进行糊化反应得到的糊化胶体，以及通过引入非离子单体丙烯酰胺(AM)，使其与第一丙烯酸、丙烯酸盐、强度提升材料和所述糊化胶体进行聚合反应而得到的粘弹性凝胶体，所合成的膨胀堵漏剂不仅在吸水倍率和吸水速率上有所改进，膨胀堵漏剂的抗盐性也有所提高，同时其良好的可降解性使得现场应用时无需后续处理工作。
根据本发明，随着AM的比例的增大，膨胀堵漏剂的吸水率也随之增加，这是因为AA与AM共聚合成的聚合物，其分子链上-CONH2和-COOH两种亲水基团，这两种基团与-COONa和/或-COOCa交互作用，明显比单一的基团作用要好，聚合物分子链能够较好的伸展，AM加量越多，体系中所含有的-CONH2越多，从而可以提高吸水率，并且增强了其抗盐性。但是随着AM加量的进一步增加，聚合物的吸水率呈现下降趋势，这是因为过多的-CONH2基团，会增加膨胀堵漏剂的交联密度，使得聚合物三维网状结构中微孔变小，分子链呈现卷曲状态，从而吸水率下降。因此，在本发明中，经过本发明的发明人的科学研究发现：将所述第一丙烯酸与丙烯酰胺的质量比限定为(0.4-0.8)：1，优选为(0.4-0.7)：1，更优选为(0.6-0.67)：1时，效果较好，即，在本发明中，通过严格控制所述第一丙烯酸与丙烯酰胺的含量，能够使得所制备的膨胀堵漏剂的结构稳定，强度高，黏弹性好，在井底高温高压环境下不容易变性，堵漏效果好。
根据本发明，淀粉主要在聚合过程中提供支架和可被引发剂引发的活性点，使之与AA-AM反应，进而形成交联网状结构。当淀粉加量过少时，活性点过少，多余的第一丙烯酸与丙烯酰胺发生均聚，影响产物网状结构的形成，使得产物吸水后的凝胶强度变低，同时影响产物的降解效率；当淀粉加量过多时，多余的淀粉未能参加反应，使得产物接枝率降低，同样影响产物吸水后的凝胶强度。因此，在本发明所限定的淀粉的含量的条件下，效果最好。
根据本发明，优选情况下，所述酸度中和剂可以为氢氧化钠和/或氧化钙；更优选地，所述酸度中和剂为氢氧化钠。
根据本发明，所述交联剂可以为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺和双丙酮丙烯酰胺中的一种或多种；更优选地，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。在本发明中，当交联剂加量过少，无法形成合适的三维网状结构，聚合物中可溶成分增加，吸水率和保水能力均会有所下降；但是如果交联剂加量过多，形成的三维网状结构较为密集，网络空间太小，被吸液体难以进入聚合物内部，从而导致吸水率下降，并且吸水后的聚合物弹性变差。因此，在本发明所限定的交联剂以及交联剂的含量的条件下，效果最好。
根据本发明，所述引发剂可以为过硫酸铵与亚硫酸钠的混合物；更优选地，所述过硫酸铵与亚硫酸钠的质量比为(0.4-0.8)：1；在本发明中，不仅需要控制引发剂的含量，还需要控制过硫酸铵与亚硫酸钠的含量的质量比，这是因为引发剂的加入不仅会影响聚合反应速度，同样会影响聚合物分子网状结构；当引发剂加量过少时，反应体系中的自由基数量过低，从而交联密度低，不离于形成三维网状结构，合成的聚合物分子量偏小，表现为吸水率偏低。当引发剂加量偏多时，虽然会加快聚合反应速度，但过多的引发剂易产生爆聚现象，使得分子量下降，交联密度偏高，同样不利于形成三维网状结构，引起吸水率降低。因此，在本发明所限定的引发剂以及引发剂的含量的条件下，效果最好。
根据本发明，所述强度提升材料为碳酸钙和/或核桃壳；
优选地，所述碳酸钙包括碳酸钙A和碳酸钙B，且所述碳酸钙A的平均粒径为8-12μm，所述碳酸钙B的平均粒径为4-6μm；
优选地，所述核桃壳的平均粒径为18-22μm；
优选地，所述碳酸钙A、碳酸钙B和核桃壳的质量比为(0.4-0.6)：(0.4-0.6)：1。
根据本发明，所述膨胀堵漏剂的吸水倍数为150-180倍，相对分子量为5×105至8×105，弹性模量为150000-180000N/cm2，抗张强度为4500-5000N/cm2。
本发明第二方面提供了一种前述所述的膨胀堵漏剂的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：
(1)将淀粉加入去离子水中进行糊化反应得到糊化胶体；
(2)将酸度中和剂与丙烯酸进行中和反应得到丙烯酸盐；
(3)在交联剂和引发剂存在的条件下，将丙烯酰胺、强度提升材料、所述糊化胶体和所述丙烯酸盐进行聚合反应。
其中，在步骤(1)中，所述糊化反应的条件包括：水浴加热，温度为75-95℃，pH值为7.8-8.6，搅拌速率为1000-2000转/分钟，时间为30-45分钟。
其中，在步骤(2)中，所述丙烯酸盐为酸度中和剂和第二丙烯酸进行中和反应而得到的；在本发明中，优选情况下，所述酸度中和剂的浓度可以为38-42wt％(例如，可以为38wt％、39wt％、40wt％、41wt％、42wt％或上述数值之间的任意值)，根据所述第二丙烯酸的用量计量好所述酸度中和剂的用量进行中和反应；在本发明中，更优选情况下，将所述酸度中和剂滴加至第二丙烯酸中，其中，所述的滴加速率可以为1-3ml/s；更优选情况下，在将所述酸度中和剂滴加至第二丙烯酸的过程中，并用玻璃棒不停搅拌，其中，搅拌速率可以为1000-2000转/分钟，优选为1400-1500转/分钟。
根据本发明，所述中和反应在冰水浴的条件下进行，温度为10-15℃；搅拌速率为1000-2000转/分钟。
根据本发明，以100重量份的去离子水为基准，第一丙烯酸与丙烯酰胺的总用量为1-15重量份，所述淀粉的用量为1-10重量份，所述酸度中和剂的用量为0.5-5重量份，所述交联剂的用量为0.1-0.8重量份，所述引发剂的用量为1-9重量份，所述强度提升材料的用量为20-70重量份。
根据本发明，在步骤(3)中，在交联剂和引发剂存在的条件下，将第一丙烯酸、丙烯酰胺和强度提升材料与糊化胶体和丙烯酸盐进行聚合反应，其中，该聚合反应可以在油浴锅中进行，以及在油浴锅中进行所述聚合反应的条件包括：反应温度为40-60℃，反应时间为6-7h；优选情况下，该聚合反应在搅拌的条件下进行，例如，搅拌速率可以为1200-1600转/分钟，优选为1400-1500转/分钟，并且，随时观察反应现象，当聚会体系发生聚合反应形成粘弹性凝胶体时，停止搅拌。
根据本发明，该方法还包括待聚合产物冷却后，可以采用剪刀或刀具等将合成产物细致地剪或切成小颗粒，放入恒温烘箱，在50-70℃下连续烘干至恒重，即可得到合成的颗粒状的吸水膨胀堵漏剂。
本发明第三方面提供了一种钻井液用微胶囊型堵漏剂，其中，该微胶囊型堵漏剂包括囊内材料和包覆于所述囊内材料外的囊壳材料，其中，所述囊内材料为前述所述的膨胀堵漏剂或者由前述所述的方法制备得到的所述的膨胀堵漏剂，所述囊壳材料为石蜡、硬脂酸、蜂蜡、日本蜡、长链醇、分子量低于5000的聚乙烯、固化油和变形树脂中的一种或多种，优选为石蜡；
优选地，所述囊壳材料与所述囊内材料的用量比为(2-5)：1。
根据本发明，微胶囊型堵漏剂的直径可有在2-1000μm，优选为500-700μm；所述囊壳材料的厚度可以在0.2-200μm，优选为45-65μm。
本发明第四方面提供了一种水基钻井液，其中，该水基钻井液含有前述所述膨胀堵漏剂或者由前述所述的方法制备得到的所述膨胀堵漏剂以及前述所述的微胶囊型堵漏剂；
优选地，以100mL的所述水基钻井液的总重量为基准，所述膨胀堵漏剂的用量为10-12重量％或者所述微胶囊型堵漏剂的用量为6-8重量％。
另外，该水基钻井液可以含有水、膨润土、降滤失剂、流型调节剂和润滑剂中的一种或多种。
根据本发明，其中，以100mL的水基钻井液的总重量为基准，所述膨润土的含量为3-5重量份，所述降滤失剂的含量为5-8重量份，所述流型调节剂的含量为2-6重量份，所述润滑剂的含量为1-5重量份。
本发明第五方面提供了前述所述膨胀堵漏剂或者由前述所述的方法制备得到的所述膨胀堵漏剂以及前述所述的微胶囊型堵漏剂在油气田钻井过程中的应用。例如，具体地，可以在油田钻井过程中的堵漏作业中的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
在以下实施例和对比例中：
丙烯酸(AA)(等级，分析纯)、丙烯酰胺(AM)(等级，分析纯)、淀粉(等级，分析纯)、氢氧化钠(NaOH)(等级，分析纯)、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(等级，分析纯)、过硫酸铵(等级，分析纯)、亚硫酸钠(等级，分析纯)、超细碳酸钙(等级，工业品)均购自成都市科龙化工试剂厂。
电子天平，精度0.0001g，购自上海天平仪器厂。
可控恒温烘箱，型号GZX-9240，购自上海博讯实业有限公司。
恒温油浴锅，型号HH-S1，购自常州澳华仪器有限公司。
电动搅拌器，型号JB50-D，购自上海标本模型厂。
合成装置一套，购自成都市科龙化工试剂厂。
性能测试：
1、吸水率
吸水率是评价吸水性堵漏剂性能的重要参数，表明其吸水能力的强弱，通过吸水倍率来度量，具体指1克堵漏剂所能吸收的水量，单位为g/g，公式为：
Q(g/g)＝(m2-m1)/m1， (1)
式中Q为吸水率，m1为溶胀前膨胀堵漏剂的质量，m2为溶胀后膨胀堵漏剂的质量。
2、堵漏剂强度
堵漏剂强度大小决定了堵漏剂强度在漏失地层中的停留能力。
堵漏剂的凝胶强度可以通过弹性模量表示出来，弹性模量是描述物质弹性的一个物理量，其数值为材料在弹性变形阶段，其应力和应变的比例系数。
在本发明中，弹性模量的测试方法如下：
(1)将一定量的体积形状规整的膨胀堵漏剂放入蒸馏水中，待其吸水饱和后取出静置；
(2)将膨胀堵漏剂置于一塑料小盒(长、宽、高为a、b、c)中，并测量膨胀堵漏剂的初始高度L0；
(3)将一质量为m的砝码小心置放于膨胀堵漏剂顶部，测量加上砝码后膨胀堵漏剂的高度L，从而得到：
变形量：△L＝L0–L (2)
弹性模量：E＝(mgL0)/a×b(L0–L) (3)
3、吸液速度
吸液速度通常被定义为：在单位时间内，单位质量的膨胀堵漏剂吸收液体的质量。吸液速度是膨胀堵漏剂的重要性能指标之一。测定吸液速度的方法有很多，有凝胶体积膨胀测定法、凝胶质量测定法、毛细管法等。
4、保液能力
保液能力是吸收液体后的膨胀堵漏剂保持其水溶液不离析状态的能力。保液能力包括：自然条件保液能力、热保液能力、加压保液能力、真空保液能力等。一般用热保液能力作为评价指标。
保液率是在一定时间，蒸发后凝胶保持水的质量与未蒸发时的膨胀堵漏剂的质量的比值：
Ηp＝(mp2/mp1)×100％ (4)
式中，Ηp为保液率，mp2为蒸发时的膨胀堵漏剂质量，mp1为蒸发后的质量。
5、抗盐性
抗盐性是在油田矿化水或不同浓度的NaCl和CaCl2盐水中，测定膨胀堵漏剂的吸液能力，一般认为吸液能力达到30倍及以上，就具有较好的抗盐能力。
平均粒径采用激光粒度分析仪进行测试，该激光粒度分析仪的型号为Mastrsizer2000，购自英国马尔文仪器公司。
实施例1
本实施例在于说明本发明的膨胀堵漏剂及其制备方法
(1)将100克去离子水注入烧杯中，在1500转/分钟速率搅拌环境下加入氢氧化钠，配制成浓度为40wt％的氢氧化钠溶液；以及将所得氢氧化钠溶液与适量的第二丙烯酸中进行中和反应；
(2)将100克去离子水注入烧杯中，在1500转/分钟速率搅拌环境下加入5克淀粉，待完全溶解均匀后在1500转/分钟速率搅拌环境下搅拌30分钟，使其成为糊状胶体，糊化胶体的表观粘度的值为20毫帕秒；
(3)在1500转/分钟速率搅拌环境下将2.3克第一丙烯酸和4.7克丙烯酰胺加入至步骤(2)所得糊状胶体中，待完全溶解均匀后在1500转/分钟速率搅拌环境下将步骤(1)所得丙烯酸钠以2ml/分钟的滴加速率滴加至其中进行反应；
(4)将0.4克N,N-亚甲基双丙烯酰胺、1.7克过硫酸铵、2.8克亚硫酸钠、14克碳酸钙A、14克碳酸钙B、27克核桃壳依次加入步骤(3)所得混合物溶液中，在搅拌环境下，在60℃温度条件下反应6小时进行聚合反应；其中，碳酸钙A的平均粒径为8μm，碳酸钙B的平均粒径为4μm，核壳的平均粒径为18μm；
(5)待步骤(4)所得黏弹性胶体冷却后，将其剪切成小颗粒后放入恒温烘箱中在60℃环境下烘干。
所制得膨胀堵漏剂S1的性能见表1所示。
实施例2
本实施例在于说明本发明的膨胀堵漏剂及其制备方法
(1)将100克去离子水注入烧杯中，在1400转/分钟速率搅拌环境下加入氢氧化钠，配制成浓度为38wt％的氢氧化钠溶液；以及将所得氢氧化钠溶液与适量的第二丙烯酸中进行中和反应；
(2)将100克去离子水注入烧杯中，在1500转/分钟速率搅拌环境下加入4克淀粉，待完全溶解均匀后在1500转/分钟速率搅拌环境下搅拌40分钟，使其成为糊状胶体，糊化胶体的表观粘度的值为30毫帕秒；
(3)在1400转/分钟速率搅拌环境下将3克第一丙烯酸和4.2克丙烯酰胺加入至步骤(2)所得糊状胶体中，待完全溶解均匀后在1400转/分钟速率搅拌环境下将步骤(1)所得丙烯酸钠以2ml/分钟的滴加速率滴加至其中进行反应；
(4)将0.3克N,N-亚甲基双丙烯酰胺、1克过硫酸铵、2.5克亚硫酸钠、15克碳酸钙A、15克碳酸钙B、37.5克核桃壳依次加入步骤(3)所得混合物溶液中，在搅拌环境下，在40℃温度条件下反应7小时进行聚合反应；其中，碳酸钙A的平均粒径为12μm，碳酸钙B的平均粒径为6μm，核壳的平均粒径为22μm；
(5)待步骤(4)所得黏弹性胶体冷却后，将其剪切成小颗粒后放入恒温烘箱中在60℃环境下烘干。
所制得膨胀堵漏剂S2的性能见表1所示。
实施例3
本实施例在于说明本发明的膨胀堵漏剂及其制备方法
(1)将100克去离子水注入烧杯中，在1450转/分钟速率搅拌环境下加入氢氧化钠，配制成浓度为42wt％的氢氧化钠溶液；以及将所得氢氧化钠溶液与适量的第二丙烯酸中进行中和反应；
(2)将100克去离子水注入烧杯中，在1500转/分钟速率搅拌环境下加入6克淀粉，待完全溶解均匀后在1500转/分钟速率搅拌环境下搅拌45分钟，使其成为糊状胶体，糊化胶体的表观粘度的值为50毫帕秒；
(3)在1450转/分钟速率搅拌环境下将4克丙烯酸和6克丙烯酰胺加入至步骤(2)所得糊状胶体中，待完全溶解均匀后在1450转/分钟速率搅拌环境下将步骤(1)所得丙烯酸钠以2ml/分钟的滴加速率滴加至其中进行反应；
(4)将0.5克N,N-亚甲基双丙烯酰胺、2.4克过硫酸铵、3克亚硫酸钠、16克碳酸钙A、16克碳酸钙B、26.67克核桃壳依次加入步骤(3)所得混合物溶液中，在搅拌环境下，在50℃温度条件下反应6.5小时进行聚合反应；其中，碳酸钙A的平均粒径为10μm，碳酸钙B的平均粒径为5μm，核壳的平均粒径为20μm；
(5)待步骤(4)所得黏弹性胶体冷却后，将其剪切成小颗粒后放入恒温烘箱中在60℃环境下烘干。
所制得膨胀堵漏剂S3的性能见表1所示。
实施例4
本实施例在于说明本发明的膨胀堵漏剂及其制备方法
按照与实施例1相同的方法制备膨胀堵漏剂，所不同之处在于：第一丙烯酸与丙烯酰胺的总含量为6克，且第一丙烯酸与丙烯酰胺的含量的质量比为0.8：1。所制得膨胀堵漏剂S4的性能见表1所示。
实施例5
本实施例在于说明本发明的膨胀堵漏剂及其制备方法
按照与实施例1相同的方法制备膨胀堵漏剂，所不同之处在于：所述引发剂为过硫酸铵与亚硫酸钠的混合物，过硫酸铵与亚硫酸钠的总含量为4克，且过硫酸铵与亚硫酸钠的含量的质量比为0.5：1。所制得膨胀堵漏剂S5的性能见表1所示。
实施例6
本实施例在于说明本发明的膨胀堵漏剂及其制备方法
按照与实施例1相同的方法制备膨胀堵漏剂，所不同之处在于：将100克去离子水注入烧杯中，在1500转/分钟速率搅拌环境下加入7克淀粉。所制得膨胀堵漏剂S6的性能见表1所示。
实施例7
本实施例在于说明本发明的膨胀堵漏剂及其制备方法
按照与实施例1相同的方法制备膨胀堵漏剂，所不同之处在于：所述碳酸钙A、碳酸钙B和核桃壳的质量比为0.4：0.6：1。所制得膨胀堵漏剂S7的性能见表1所示。
实施例8
本实施例在于说明本发明的膨胀堵漏剂及其制备方法
按照与实施例1相同的方法制备膨胀堵漏剂，所不同之处在于：所述碳酸钙A、碳酸钙B和核桃壳的质量比为0.6：0.4：1。所制得膨胀堵漏剂S8的性能见表1所示。
实施例9-16
本实施例在于说明本发明的微胶囊型堵漏剂
采用熔化分散冷凝法：将石蜡受热熔化为液态，然后，分别将实施例1-8所制备的膨胀堵漏剂S1-S8投入到液态石蜡中，形成分散液，等到分散液体系温度降低到石蜡熔点以下，蜡状物质就在囊芯外部形成一层包覆膜，从而形成微胶囊型堵漏剂S9-S16。所制得膨胀堵漏剂S9-S16的性能见表1所示。
对比例1
按照与实施例1相同的方法制备膨胀堵漏剂，所不同之处在于：没有进行步骤(2)，即，没有加入淀粉，具体地：
(1)将100克去离子水注入烧杯中，在1500转/分钟速率搅拌环境下加入氢氧化钠，配制成浓度为40wt％的氢氧化钠溶液；以及将所得氢氧化钠溶液与适量的第二丙烯酸中进行中和反应；
(2)在1500转/分钟速率搅拌环境下将步骤(1)所得丙烯酸钠以2ml/分钟的滴加速率滴加至2.3克第一丙烯酸和4.7克丙烯酰胺的混合物中；
(3)将0.4克N,N-亚甲基双丙烯酰胺、1.7克过硫酸铵、2.8克亚硫酸钠、14克碳酸钙A、14克碳酸钙B、27克核桃壳依次加入步骤(2)所得混合物溶液中，在搅拌环境下，在60℃温度条件下反应6小时进行聚合反应；其中，碳酸钙A的平均粒径为8μm，碳酸钙B的平均粒径为4μm，核壳的平均粒径为18μm；
(4)待步骤(3)所得黏弹性胶体冷却后，将其剪切成小颗粒后放入恒温烘箱中在60℃环境下烘干。
所制得膨胀堵漏剂DS1的性能见表1所示。
对比例2
按照与实施例1相同的方法制备膨胀堵漏剂，所不同之处在于：没有添加第一丙烯酸和丙烯酸钠。所制得膨胀堵漏剂DS2的性能见表1所示。
对比例3
按照与实施例1相同的方法制备膨胀堵漏剂，所不同之处在于：没有添加丙烯酰胺。所制得膨胀堵漏剂DS3的性能见表1所示。
对比例4
按照与实施例1相同的方法制备膨胀堵漏剂，不同之处在于：第一丙烯酸与丙烯酰胺的质量比1：1。所制得膨胀堵漏剂DS4的性能见表1所示。
对比例5
按照与实施例1相同的方法制备膨胀堵漏剂，所不同之处在于：所述碳酸钙A、碳酸钙B和核桃壳的质量比为1：1：1。所制得膨胀堵漏剂DS5的性能见表1所示。
对比例6
按照与实施例1相同的方法制备膨胀堵漏剂，所不同之处在于：所述淀粉没有进行糊化处理，即，直接加入淀粉，具体地：
(1)将100克去离子水注入烧杯中，在1500转/分钟速率搅拌环境下加入氢氧化钠，配制成浓度为40wt％的氢氧化钠溶液；以及将所得氢氧化钠溶液与适量的第二丙烯酸中进行中和反应；
(2)在1500转/分钟速率搅拌环境下将2.3克丙烯酸和4.7克丙烯酰胺以及5克淀粉在1500转/分钟速率搅拌环境下将步骤(1)所得丙烯酸钠以2ml/分钟的滴加速率滴加至其中进行反应；
(3)将0.4克N,N-亚甲基双丙烯酰胺、1.7克过硫酸铵、2.8克亚硫酸钠、14克碳酸钙A、14克碳酸钙B、27克核桃壳依次加入步骤(2)所得混合物溶液中，在搅拌环境下，在60℃温度条件下反应6小时进行聚合反应；其中，碳酸钙A的平均粒径为8μm，碳酸钙B的平均粒径为4μm，核壳的平均粒径为18μm；
(4)待步骤(3)所得黏弹性胶体冷却后，将其剪切成小颗粒后放入恒温烘箱中在60℃环境下烘干。
所制得膨胀堵漏剂DS6的性能见表1所示。
对比例7
按照与实施例1相同的方法制备膨胀堵漏剂，所不同之处在于：所述引发剂过硫酸铵和亚硫酸钠的总用量为10克，且过硫酸铵和亚硫酸钠的用量的质量比为1：1。所制得膨胀堵漏剂DS7的性能见表1所示。
对比例8
按照与实施例1相同的方法制备膨胀堵漏剂，所不同之处在于：淀粉进行糊化后的糊化胶体的表观粘度的值为10毫帕秒。所制得膨胀堵漏剂DS8的性能见表1所示。
表1
Figure BDA0001944435790000181
通过表1的结果可以看出，采用本发明的实施例S1-S8的膨胀堵漏剂以及本发明的实施例S9-S16的微胶囊型堵漏剂吸液能力达到150g/g以上，保液能力达到65％以上，最高能在25％浓度氯化钠溶液中不失效，其弹性模量达到9×104Pa以上，说明其具有良好的吸液保液能力和良好的抗盐能力，同时具有较高的强度，效果好。
应用实施例Y1-Y16
本应用实施例在于说明本发明的水基钻井液。
水基钻井液配方：100重量份的水，10重量份的膨胀堵漏剂或微胶囊型堵漏剂，4重量份的膨润土，7重量份的降滤失剂，4重量份的流型调节剂，3重量份的润滑剂，搅拌均匀后，制得水基钻井液Y1-Y16。
应用对比例DY1-DY8
按照与应用实施例11相同的方法制备水基钻井液，所不同之处在于：不采用膨胀堵漏剂或微胶囊型堵漏剂，从而得到水基钻井液DY1-DY8。
测试例1
采用中压砂床实验方法测试堵漏性能，具体地，该方法包括以下步骤：
1、将6mm钢珠填至25cm长管状仪器中模拟孔隙型地层；
2、将配置好的200mL的水基钻井液Y1-Y16和DY1-DY8加入到实验仪器中；
3、通过氮气加压向钢珠挤压，模拟井下钻井液通过裂缝的情况。
分别对上述水基钻井液Y1-Y16和DY1-DY8应用于油气田钻井过程中堵漏作业中，分别对其的堵漏性能进行测试，结果如表2所示。
表2
钻井液 10min 40min
Y1 侵入约8mL，侵入深度0.4cm 侵入12mL，侵入深度0.6cm
Y2 侵入约9mL，侵入深度0.4cm 侵入13mL，侵入深度0.6cm
Y3 侵入约8mL，侵入深度0.4cm 侵入12mL，侵入深度0.5cm
Y4 侵入约12mL，侵入深度0.6cm 侵入17mL，侵入深度0.8cm
Y5 侵入约13mL，侵入深度0.7cm 侵入17mL，侵入深度0.9cm
Y6 侵入约12mL，侵入深度0.7cm 侵入16mL，侵入深度0.8cm
Y7 侵入约14mL，侵入深度0.7cm 侵入17mL，侵入深度0.9cm
Y8 侵入约13mL，侵入深度0.6cm 侵入17mL，侵入深度0.8cm
Y9 侵入约12mL，侵入深度0.7cm 侵入16mL，侵入深度0.8cm
Y10 侵入约13mL，侵入深度0.7cm 侵入17mL，侵入深度0.9cm
Y11 侵入约14mL，侵入深度0.8cm 侵入19mL，侵入深度1cm
Y12 侵入约12mL，侵入深度0.6cm 侵入16mL，侵入深度0.8cm
Y13 侵入约13mL，侵入深度0.7cm 侵入18mL，侵入深度0.8cm
Y14 侵入约12mL，侵入深度0.7cm 侵入19mL，侵入深度0.9cm
Y15 侵入约11mL，侵入深度0.6cm 侵入16mL，侵入深度0.7cm
Y16 侵入约12mL，侵入深度0.7cm 侵入17mL，侵入深度0.7cm
DY1 侵入约120mL，侵入深度11cm 侵入162mL，侵入深度18cm
DY2 侵入约132mL，侵入深度13cm 侵入170mL，侵入深度19cm
DY3 侵入约116mL，侵入深度10cm 侵入158mL，侵入深度16cm
DY4 侵入约145mL，侵入深度15cm 侵入182mL，侵入深度21cm
DY5 侵入约183mL，侵入深度22cm 侵入200mL，侵入深度25cm
DY6 侵入约160mL，侵入深度16cm 侵入192mL，侵入深度18cm
DY7 侵入约198mL，侵入深度23cm 侵入200mL，侵入深度25cm
DY8 侵入约152mL，侵入深度11cm 侵入193mL，侵入深度23cm
根据表2数据可知，在常温常压下，Y1-Y16侵入均不超过20mL，深度均不超过1厘米，而DY1-DY8侵入均超过110mL，甚至DY5、DY7在40min后全部漏失，深度均超过10厘米，说明采用本发明提供的水基钻井液具有良好的堵漏性能。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种钻井液用膨胀堵漏剂，其特征在于，该膨胀堵漏剂为在交联剂和引发剂存在的条件下，将第一丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸盐、强度提升材料和糊化胶体进行聚合反应而得到的粘弹性凝胶体，其中，所述丙烯酸盐为酸度中和剂和第二丙烯酸进行中和反应而得到的，所述糊化胶体为将淀粉加入去离子水中进行糊化反应得到的，且所述糊化胶体的表观粘度为20-50毫帕秒；
其中，所述第一丙烯酸与丙烯酰胺的质量比为(0.4-0.8)：1；以100重量份的去离子水为基准，所述引发剂为1-9重量份；
其中，所述强度提升材料为碳酸钙和核桃壳；所述碳酸钙包括碳酸钙A和碳酸钙B，且所述碳酸钙A的平均粒径为8-12μm，所述碳酸钙B的平均粒径为4-6μm；所述核桃壳的平均粒径为18-22μm；所述碳酸钙A、碳酸钙B和核桃壳的质量比为(0.4-0.6)：(0.4-0.6)：1。
2.根据权利要求1所述的膨胀堵漏剂，其中，以100重量份的去离子水为基准，所述第一丙烯酸与丙烯酰胺的总量为1-15重量份，所述淀粉为1-10重量份，所述酸度中和剂为0.5-5重量份，所述交联剂为0.1-0.8重量份，所述强度提升材料为20-70重量份。
3.根据权利要求1或2所述的膨胀堵漏剂，其中，所述酸度中和剂为氢氧化钠和/或氧化钙。
4.根据权利要求3所述的膨胀堵漏剂，其中，所述酸度中和剂为氢氧化钠。
5.根据权利要求1或2所述的膨胀堵漏剂，其中，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺和双丙酮丙烯酰胺中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的膨胀堵漏剂，其中，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。
7.根据权利要求1所述的膨胀堵漏剂，其中，所述引发剂为过硫酸铵与亚硫酸钠的混合物。
8.根据权利要求7所述的膨胀堵漏剂，其中，所述过硫酸铵与亚硫酸钠的质量比为(0.4-0.8)：1。
9.根据权利要求1所述的膨胀堵漏剂，其中，所述膨胀堵漏剂的吸水倍数为150-180倍，相对分子量为5×105至8×105，弹性模量为9×104至12×104Pa，抗张强度为4500-5000N/cm2。
10.权利要求1-9中任意一项所述的膨胀堵漏剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将淀粉加入去离子水中进行糊化反应得到糊化胶体；
(2)将酸度中和剂与丙烯酸进行中和反应得到丙烯酸盐；
(3)在交联剂和引发剂存在的条件下，将第一丙烯酸、丙烯酰胺、所述丙烯酸盐、强度提升材料和所述糊化胶体进行聚合反应。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，在步骤(3)中，所述聚合反应的条件包括：反应温度为40-60℃，反应时间为6-7h。
12.一种钻井液用微胶囊型堵漏剂，其特征在于，该微胶囊型堵漏剂包括囊内材料和包覆于所述囊内材料外的囊壳材料，其中，所述囊内材料为权利要求1-9中任意一项所述的膨胀堵漏剂，所述囊壳材料为石蜡、硬脂酸、蜂蜡、日本蜡、长链醇、数均分子量低于5000g/mol的聚乙烯、固化油和变形树脂中的一种或多种。
13.根据权利要求12所述的钻井液用微胶囊型堵漏剂，其中，所述囊内材料为石蜡。
14.根据权利要求12所述的钻井液用微胶囊型堵漏剂，其中，所述囊壳材料与所述囊内材料的重量比为(2-5)：1。
15.一种水基钻井液，其特征在于，该水基钻井液含有权利要求1-9中任意一项所述膨胀堵漏剂或者权利要求12-14中任意一项所述的微胶囊型堵漏剂。
16.根据权利要求15所述的水基钻井液，其中，以100mL的所述水基钻井液的总重量为基准，所述膨胀堵漏剂的含量为10-12重量％或者所述微胶囊型堵漏剂的含量为6-8重量％。
17.权利要求1-9中任意一项所述膨胀堵漏剂或者权利要求12-14中任意一项所述的微胶囊型堵漏剂在油气田钻井过程中的应用。
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