CN110467908A - 一种油田用可控水解复合材料组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油田用可控水解复合材料组合物及其制备方法，包括以下质量份的各组分：聚乳酸300～700，聚乙烯醇600～300，聚乙二醇10～100，明胶1～5，稳定剂1～5，交联剂0.1～1。将聚乙烯醇溶解于水中，加入明胶，并搅拌，然后升温到80～90℃，反应3～5小时，再进行干燥和粉碎，从而得到第一部分混合料；将所述第一部分混合料、聚乳酸、聚乙二醇、稳定剂和交联剂加入到高速混合机中进行高速混合，然后将混合物加入到螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度在170～200℃之间，从而制得油田用可控水解复合材料组合物。本发明不仅高温水溶性的可控性大幅增强，而且具备高流动性和高力学强度，可制备成不同形状的堵水制品。

Description

一种油田用可控水解复合材料组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及油田堵水剂领域，尤其涉及一种油田用可控水解复合材料组合物及其制备方法。
背景技术
目前，油气井出水是油气田开发过程中普遍存在且难以解决的问题。老油田的开发已进入高含水或超高含水期，油气产量大大降低，进行堵水作业是这一时期稳产增产的主要措施之一。另外，稠油资源的开发已经成为石油开采行业重要的组成部分。稠油的粘度大，流动性差，开采难度比较高，目前国内常用的开采技术为蒸汽吞吐技术，此技术在开发前期效果非常好，但随着轮番地开采，汽窜现象加剧，严重制约着稠油开采，因此需要寻找一种有效的方式封堵汽窜提高采收率。但现有的堵水剂存在前期配制吸水过快，高温下易分解或水解这两大主要问题，这严重制约着堵水剂在高温区块汽窜封堵方面的应用。同时越来越大的堵水操作为临时堵水，即要求堵水剂在井下高温保持2-6小时左右即可，在6-8小时之内需要其完全溶解，所以堵水剂的性能优劣决定了堵水施工及石油开采的成败。
发明内容
针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种油田用可控水解复合材料组合物及其制备方法，不仅高温水溶性的可控性大幅增强，而且具备高流动性和高力学强度，可制备成不同形状的堵水制品。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种油田用可控水解复合材料组合物，包括以下质量份的各组分：
优选地，所述的聚乳酸采用熔体流动指数(MI)为5～40g/10min(190℃，2.16kgf)的高分子量聚L乳酸(PLLA)。
优选地，所述聚乙烯醇的醇解度在90～99％之间。
优选地，所述聚乙二醇的分子量为400～20000。
优选地，所述明胶采用碱法生产的工业明胶。
优选地，所述稳定剂为磷酸酯类。
优选地，所述交联剂采用草酸酐、甲苯二异氰酸酯中的至少一种。
一种油田用可控水解复合材料组合物的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、按照上述技术方案中所述的组分配比称取聚乳酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、明胶、稳定剂和交联剂；
步骤2、将聚乙烯醇溶解于水中，加入明胶，并搅拌，然后升温到80～90℃，反应3～5小时，再进行干燥和粉碎，从而得到第一部分混合料；
步骤3、将所述第一部分混合料、聚乳酸、聚乙二醇、稳定剂和交联剂加入到高速混合机中进行高速混合，然后将混合物加入到螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度在170～200℃之间，从而制得油田用可控水解复合材料组合物。
优选地，所述的螺杆挤出机为销钉式单螺杆挤出机、双螺杆挤出机或往复式单螺杆挤出机。
优选地，所述的螺杆挤出机为双螺杆挤出机，其螺杆长径比为32～40，螺杆组合为中等剪切速率组合方式。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所提供的油田用可控水解复合材料组合物由特定比例的聚乳酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、明胶、稳定剂和交联剂配制而成，它不仅具有较高的水溶解温度和可控的高温水溶性，而且具有良好的力学强度和吸水膨胀特性，因此十分适用于油井临时堵水场合。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例所提供双螺杆挤出机的螺杆组合的结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面对本发明所提供的油田用可控水解复合材料组合物及其制备方法进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
一种油田用可控水解复合材料组合物，包括以下质量份的各组分：
其中，该油田用可控水解复合材料组合物的各组分包括以下实施方案：
(1)所述的聚乳酸采用熔体流动指数(MI)为5～40g/10min(190℃，2.16kgf)的高分子量聚L乳酸(PLLA)，优选采用熔体流动指数(MI)为10～20g/10min(190℃，2.16kgf)的高分子量聚L乳酸(PLLA)。聚乳酸分子量太大，水溶解性差，因此选取分子量适中的聚乳酸。
(2)所述聚乙烯醇的醇解度在90～99％之间，聚乙烯醇的醇解度越高，耐高温水溶性越好，更适合高温环境。
(3)所述聚乙二醇的分子量为400～20000，优选采用分子量为600～10000的聚乙二醇。聚乙二醇对聚乳酸和聚乙烯醇均具有良好的增塑作用，有利于其热熔加工。
(4)所述明胶采用碱法(又称B型明胶)生产的工业明胶。加入明胶可以与聚乙烯醇反应，生成高温水溶性更好的产物，从而进一步提高和控制复合材料的高温水溶性。
(5)所述稳定剂为磷酸酯类，优选酚醚磷酸酯。磷酸酯类稳定剂对于聚乳酸和聚乙烯醇的熔融加工过程具有稳定作用，降低其热分解程度，利于复合物的热熔加工成型。
(6)所述交联剂采用草酸酐、甲苯二异氰酸酯(TDI)中的至少一种。由于聚乙烯醇的水溶性很高，不适合在井下作为堵水剂使用，而通过交联可以提高聚乙烯醇的耐水性，从而提高和控制复合物的高温水溶性。
具体地，该油田用可控水解复合材料组合物的制备方法，可以包括以下步骤：
步骤1、按照聚乳酸300～700，聚乙烯醇600～300，聚乙二醇10～100，明胶1～5，稳定剂1～5，交联剂0.1～1的质量份之比，称取聚乳酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、明胶、稳定剂和交联剂。
步骤2、将聚乙烯醇溶解于水中，聚乙烯醇的质量浓度为5％，然后加入明胶，并搅拌30～60分钟，再升温到80～90℃，反应3～5小时，之后在不锈钢托盘上铺成不大于5mm厚的薄片，在真空干燥箱中干燥，并进行冷却和粉碎，从而得到第一部分混合料。
步骤3、将所述第一部分混合料、聚乳酸、聚乙二醇、稳定剂和交联剂加入到高速混合机中进行高速混合1分钟，然后将混合物加入到螺杆挤出机中挤出，挤出温度在170～200℃之间，水槽冷却，挤出成直径Φ2mm±0.2mm的丝条，切粒机切粒，从而制得油田用可控水解复合材料组合物。其中，所述的螺杆挤出机可采用销钉式单螺杆挤出机、双螺杆挤出机或往复式单螺杆挤出机，最好采用双螺杆挤出机，其螺杆长径比为32～40，螺杆组合为如图1所示的中等剪切速率组合方式。
进一步地，本发明所提供的油田用可控水解复合材料组合物至少具有以下优点：
(1)本发明所提供的油田用可控水解复合材料组合物中，以聚乳酸和聚乙烯醇为主要组分，聚乳酸的耐水溶解性很好，而聚乙烯醇的水溶性很好，二者复配即可制备出水溶性可控的堵水复合材料。
(2)本发明所提供的油田用可控水解复合材料组合物主要采用水溶性聚合物为基体，对其进行共混、共聚、交联、接枝等改性，从体膨颗粒类调剖剂的角度出发，提高其水溶解温度，具有高的力学强度，利用其吸水膨胀特性来封堵汽窜，同时可控制其高温水解时间，可以用于不同环境和条件的油井作业。
(3)本发明所提供的油田用可控水解复合材料组合物流动性优异，适合注塑成型各种形状的堵水剂，其拉伸强度可达30MPa以上，弯曲强度可达60MPa以上，在80～130℃热水中具有不同的溶解时间，特别适用于油田井下临时堵水用途。
综上可见，本发明实施例不仅高温水溶性的可控性大幅增强，而且具备高流动性和高力学强度，可制备成不同形状的堵水制品，适用于油井临时堵水场合。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的油田用可控水解复合材料组合物及其制备方法进行详细描述。
实施例1～3
一种油田用可控水解复合材料组合物，其制备方法可以包括以下步骤：
步骤1、按照表1中实施例1、实施例2或实施例3的组分配比，称取聚乳酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、明胶、稳定剂和交联剂。
步骤2、将聚乙烯醇溶解于水中，聚乙烯醇的质量浓度为5％，然后加入明胶，并搅拌30～60分钟，再升温到80～90℃，反应3～5小时，之后在不锈钢托盘上铺成不大于5mm厚的薄片，在真空干燥箱中干燥，并进行冷却和粉碎，从而得到第一部分混合料。
步骤3、将所述第一部分混合料、聚乳酸、聚乙二醇、稳定剂和交联剂加入到高速混合机中进行高速混合1分钟，然后将混合物加入到双螺杆挤出机中进行挤出，双螺杆挤出机的螺杆组合为如图1所示的中等剪切速率组合方式，双螺杆挤出机的工艺参数如表2所示，挤出温度在170～200℃之间，水槽冷却，挤出成直径Φ2mm±0.2mm的丝条，切粒机切粒，从而制得油田用可控水解复合材料组合物。
表1
表2
性能检测
分别将本发明实施例1～3中的油田用可控水解复合材料组合物以及对比例1采用SZ-900/NB注射机注射成型标准试样，成型工艺条件：注射温度(加料口)170/180/185/180℃(喷嘴)，注射压力30MPa，保压时间8s，冷却时间20s。然后分别对本发明实施例1～3和对比例1所制成的试样以及对比例2进行以下性能检测：
(1)熔体流动速率(MI)：按照GB/T 3682－2000标准进行
(2)拉伸强度及断裂伸长率：按照GB/T 1040-2006标准进行。
(3)弯曲强度和弯曲模量：按照GB/T 9341-2008标准进行。
(4)简支粱缺口冲击性能：按照GB/T1043-2008标准进行。
(5)热变形温度：按照GB/T1634-2004标准进行；最大弯曲正应力0.46MPa，升温速度：2℃/min。
(6)高温水溶性：采用水热反应釜，将10g样品加入到100g水中，放入鼓风烘箱中，在80～130℃(根据需要设置)下溶解，每1小时打开观察溶解情况。
检测结果如下表3所示：
表3
由表3可以看出：在聚乳酸中加入改性聚乙烯醇后，本发明实施例1～3中的油田用可控水解复合材料组合物熔体流动速率高于纯聚乳酸的熔体流动速率，有利于成型各类形状的堵水制品，同时强度和韧性提高，热变形温度提高，从而有利于在井下堵水时不变形。此外，纯聚乳酸的热水溶解性很差，24小时内基本不溶解，而纯聚乙烯醇热水溶解性很高，在1小时内即可完全溶解，通过二者复合后制备而成的本发明实施例1～3中的油田用可控水解复合材料组合物在80～130℃之间具有适中的溶解性，特别适合临时堵水场合使用。总之，本发明实施例1～3制得的油田用可控水解复合材料组合物的综合性能大大提高，所制得制品的高温水溶解性可控性增强，有利于不同油井的使用，同时具备高流动性和高力学强度，可制备成不同形状的堵水制品，适用于不同场合下的油井使用。
综上可见，本发明实施例不仅高温水溶性的可控性大幅增强，而且具备高流动性和高力学强度，可制备成不同形状的堵水制品。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种油田用可控水解复合材料组合物，其特征在于，包括以下质量份的各组分：
2.根据权利要求1所述的油田用可控水解复合材料组合物，其特征在于，所述的聚乳酸采用熔体流动指数(MI)为5～40g/10min(190℃，2.16kgf)的高分子量聚L乳酸(PLLA)。
3.根据权利要求1或2所述的油田用可控水解复合材料组合物，其特征在于，所述聚乙烯醇的醇解度在90～99％之间。
4.根据权利要求1或2所述的油田用可控水解复合材料组合物，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量为400～20000。
5.根据权利要求1或2所述的油田用可控水解复合材料组合物，其特征在于，所述明胶采用碱法生产的工业明胶。
6.根据权利要求1或2所述的油田用可控水解复合材料组合物，其特征在于，所述稳定剂为磷酸酯类。
7.根据权利要求1或2所述的油田用可控水解复合材料组合物，其特征在于，所述交联剂采用草酸酐、甲苯二异氰酸酯中的至少一种。
8.一种油田用可控水解复合材料组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、按照权利要求1的组分配比称取聚乳酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、明胶、稳定剂和交联剂；
步骤2、将聚乙烯醇溶解于水中，加入明胶，并搅拌，然后升温到80～90℃，反应3～5小时，再进行干燥和粉碎，从而得到第一部分混合料；
步骤3、将所述第一部分混合料、聚乳酸、聚乙二醇、稳定剂和交联剂加入到高速混合机中进行高速混合，然后将混合物加入到螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度在170～200℃之间，从而制得油田用可控水解复合材料组合物。
9.根据权利要求8所述的油田用可控水解复合材料组合物的制备方法，其特征在于，所述的螺杆挤出机为销钉式单螺杆挤出机、双螺杆挤出机或往复式单螺杆挤出机。
10.根据权利要求8所述的油田用可控水解复合材料组合物的制备方法，其特征在于，所述的螺杆挤出机为双螺杆挤出机，其螺杆长径比为32～40，螺杆组合为中等剪切速率组合方式。
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