CN110760296B - 一种杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂及其制备方法 - Google Patents

一种杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110760296B
CN110760296B CN201911079465.XA CN201911079465A CN110760296B CN 110760296 B CN110760296 B CN 110760296B CN 201911079465 A CN201911079465 A CN 201911079465A CN 110760296 B CN110760296 B CN 110760296B
Authority
CN
China
Prior art keywords
agent
plugging
nano
drilling
initiator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911079465.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110760296A (zh
Inventor
李伟
张文哲
王波
李红梅
王涛
白英睿
吕开河
薛少飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shaanxi Yanchang Petroleum Group Co Ltd
Original Assignee
Shaanxi Yanchang Petroleum Group Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shaanxi Yanchang Petroleum Group Co Ltd filed Critical Shaanxi Yanchang Petroleum Group Co Ltd
Publication of CN110760296A publication Critical patent/CN110760296A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110760296B publication Critical patent/CN110760296B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/42—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells
    • C09K8/426—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells for plugging
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/52—Amides or imides
    • C08F220/54—Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide
    • C08F220/56—Acrylamide; Methacrylamide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/42—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells
    • C09K8/46—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells containing inorganic binders, e.g. Portland cement
    • C09K8/467—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells containing inorganic binders, e.g. Portland cement containing additives for specific purposes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2208/00—Aspects relating to compositions of drilling or well treatment fluids
    • C09K2208/18—Bridging agents, i.e. particles for temporarily filling the pores of a formation; Graded salts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)

Abstract

本发明提供一种杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂及其制备方法，该堵漏剂，包括如下质量份数的原料制备得到：反应性单体20‑35份，交联剂1.0‑3.0份，引发剂0.3‑0.5份，硅烷偶联剂3.0‑5.0份，纳米级刚性颗粒0.5‑2.0份；所述反应性单体为甲基丙烯酰胺，甲基丙烯酸羟乙酯，丙烯酸月桂酯，甲基丙烯酸叔丁酯，己二酸二丁酯，对苯乙烯磺酸钠，乙烯基苯磺酸或二乙烯基苯中的三种或三种以上的组合；所述纳米级刚性颗粒为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、滑石粉或硅灰石粉中的一种或两种以上的组合。本发明制备的凝胶颗粒堵漏剂具有韧性强、耐高温、高温下承压能力强，堵漏效果好等优势。

Description

一种杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂及其制备方法，属于石油勘探开发领域中的钻井液堵漏技术。
背景技术
井漏是由于油气井和地层之间存在正压差，钻井液在正压差作用下通过微裂缝和孔隙侵入、渗滤进入地层的一种现象。一直以来，井漏都是钻井过程中十分常见且难以处理的技术难题。井漏不仅会降低钻进速度，消耗大量的作业时间，失去数量巨大的材料和钻井液，还可能会引起井喷、井塌等一系列复杂事故，最严重会导致整个井眼的报废，给国家和人民带来极大的财产损失。在井漏中，裂缝性、溶洞型漏失所占的比例很高，当钻遇破碎带和不整合地层时，非常容易发生此类漏失。随着油气勘探开发地层的不断深入，现场钻探施工也会遇到高温井段；如青海共和干热岩钻探中，2800～3600m孔段钻遇多层破碎地层，而2800m时的孔底温度已经超过170℃，3600m时的孔底温度超过190℃，这种条件下就需要封堵材料不仅有一定的承压能力，同时也必须要有良好的耐高温性质。
凝胶类随钻堵漏剂一般是遇水溶胀型或凝固型；通过引入刚性纳米材料增强凝胶的强度和韧性，从而使凝胶颗粒进入漏失地层后产生吸水溶胀以及充填挤压等多种封隔方式封堵裂缝及孔隙，有一定的承压能力，但存在耐温性能和承压能力不足的缺陷。同时凝胶颗粒易于加工，可根据现场裂缝孔隙尺寸配置出不同粒径大小的颗粒，可覆盖更多的漏失井段，易于在井筒周围形成严密封堵，操作性强，有着一定优势。上述刚性纳米材料如二氧化硅等，由于表面羟基的存在，具有很强的吸水性，但在有机凝胶体系中存在结合力不足、分散性和相容性差等问题；向有机凝胶体系中单单加入常规纳米刚性颗粒容易产生颗粒团聚，使合成的凝胶不均质从而在高温高压地层的使用中存在很大的局限性，如耐温性、承压能力以及韧性等都会受到严重影响。
因此，具有耐高温，韧性强及承压能力高的凝胶类随钻堵漏剂有着迫切的现场需求和广阔的研究前景。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂及其制备方法。本发明制备的凝胶颗粒堵漏剂具有韧性强、耐高温、高温下承压能力强，堵漏效果好等优势。
本发明的技术方案如下：
一种杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂，包括如下质量份数的原料制备得到：反应性单体20-35份，交联剂1.0-3.0份，引发剂0.3-0.5份，硅烷偶联剂3.0-5.0份，纳米级刚性颗粒0.5-2.0份；所述反应性单体为甲基丙烯酰胺，甲基丙烯酸羟乙酯，丙烯酸月桂酯，甲基丙烯酸叔丁酯，己二酸二丁酯，对苯乙烯磺酸钠，乙烯基苯磺酸或二乙烯基苯中的三种或三种以上的组合；所述纳米级刚性颗粒为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、滑石粉或硅灰石粉中的一种或两种以上的组合。
根据本发明优选的，所述反应性单体为甲基丙烯酰胺，甲基丙烯酸羟乙酯和对苯乙烯磺酸钠的组合，甲基丙烯酰胺，甲基丙烯酸羟乙酯和对苯乙烯磺酸钠的质量比为3-6:2：1。
根据本发明优选的，所述交联剂为多元醇类交联剂或烯类单体；优选的，所述多元醇类交联剂为聚乙二醇或三羟甲基丙烷，所述烯类单体为双丙酮丙烯酰胺，甲基丙烯酸羟丙酯或N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。
根据本发明优选的，所述引发剂为水溶性偶氮引发剂；优选的，所述引发剂为偶氮二异丁基脒盐酸盐(AIBA,V-50引发剂)，偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐(AIBI,VA-044引发剂)或偶氮二异丙基咪唑啉(AIP,VA-061引发剂)中的一种或两种以上的组合。
根据本发明优选的，所述硅烷偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)，γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)中的一种或两种以上的组合。
根据本发明优选的，所述纳米碳酸钙的平均粒径为20-35nm，纳米二氧化硅的平均粒径为17-35nm，滑石粉的平均粒径为35-45nm，硅灰石粉的平均粒径为25-35nm；优选的，纳米碳酸钙的密度为2.5-3.0/cm3，纳米二氧化硅的密度为2.0-2.5g/cm3，滑石粉的密度为2.5-3.0/cm3，硅灰石粉的密度为2.5-3.0g/cm3。
根据本发明，所述纳米级刚性颗粒可市购获得，其表面含有大量羟基基团。
上述杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂的制备方法，包括步骤：
(1)将硅烷偶联剂溶于去离子水中制得偶联剂溶液A；将交联剂溶解于去离子水中制得交联剂溶液B；将反应性单体和纳米级刚性颗粒充分分散于去离子水中制得分散液C；
(2)在搅拌条件下，将偶联剂溶液A、交联剂溶液B分别依次缓慢滴加至分散液C中，然后加入引发剂混合均匀后，于40-60℃下反应4-6h后得到凝胶基料；凝胶基料经干燥、研磨造粉得杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂。
根据本发明优选的，步骤(1)中，所述偶联剂溶液A中硅烷偶联剂和去离子水的质量比为(0.5-1):1；所述交联剂溶液B的质量浓度为10-20％；所述分散液C中反应性单体的质量浓度为30％-50％。
根据本发明优选的，步骤(2)中，搅拌速率为600-1000r/min。
根据本发明优选的，步骤(2)中，所述引发剂是使用引发剂的水溶液，引发剂的水溶液的质量浓度为30％-50％。
根据本发明优选的，步骤(2)中，干燥条件为：40-80℃、真空度0.04-0.06MPa下干燥24-36h。
根据本发明，步骤(2)中，研磨造粉要求颗粒均匀分散无结块，粒径可以控制在10μm-300μm范围内，可根据现场实际需求进行调整。
本发明制备原理如下：
本发明采用的反应性单体多为乙烯基单体，通过分子间碳碳双键等不饱和双键，在引发剂作用下水解产生自由基，然后引发聚合反应产生有机高分子聚合物；或者采用含有反应性基团的单体，通过基团之间的反应制备有机高分子聚合物；并在交联剂的作用下发生交联反应得到网状交联聚合物。反应单体中的磺酸基作为一种阴离子基团，具有一定的聚合性、亲水性和耐高温性质，在聚合物分子中引入含磺酸基单体如苯乙烯磺酸钠等可提高堵漏剂凝胶的耐温能力以及吸水性。同时，凝胶中苯基的引入也可增加凝胶的耐温性。
凝胶颗粒制备过程中采用的硅烷偶联剂通式可表示为Y-R-SiX3，其中X代表水解基团，水解后转化成Si-OH基团，能与纳米级刚性颗粒表面的羟基进行脱水反应，使得硅烷偶联剂通过Si-O化学键与纳米级刚性颗粒相连；Y则代表不同的有机官能团，可以与本发明有机高分子之间发生化学反应或者机械缠绕。因此本发明硅烷偶联剂相当于无机纳米级刚性颗粒与有机高分子基体间的“桥梁”，使颗粒与有机高分子聚合物这两种性质差异较大的材料通过硅烷偶联剂紧密结合起来，克服了纳米级刚性颗粒在有机凝胶体系中存在的结合力不足、分散性和相容性差等问题，相容性能等得以提高，从而进一步提高含刚性颗粒凝胶整体的承压能力、耐温能力以及韧性。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明制备的凝胶颗粒随着钻井液漏失达到地层孔缝时,会在漏失通道聚集堆积，相互吸附桥接并发生吸水膨胀，使漏失通道从缝成孔，层层堆积架桥形成填塞层，从而对漏失通道进行有效封堵。而其中的纳米级刚性颗粒为凝胶的支撑骨架，并赋予凝胶颗粒耐高温，承压能力大、韧性强的特点，完美解决了一般凝胶堵漏剂易高温变形和承压能力不足等问题。
(2)常规采用的纳米级刚性颗粒多为一般二氧化硅和硅灰石等无机颗粒材料，其往往由于表面羟基的存在，具有很强的吸水性，但在有机凝胶体系中存在结合力不足、分散性和相容性差等问题；向有机凝胶体系中单单加入常规纳米刚性颗粒容易产生颗粒团聚，使合成的凝胶不均质从而在高温高压地层的使用中存在很大的局限性，如耐温性、承压能力以及韧性等都会受到严重影响。而本发明克服了上述问题，本发明凝胶颗粒在制备过程中采用特定的硅烷偶联剂对刚性颗粒进行表面改性，硅烷偶联剂中的烷氧基硅烷水解后产生硅羟基，硅羟基可以和无机体表面的羟基发生缩合反应，从而通过化学键连接在纳米刚性颗粒表面。因此，本发明硅烷偶联剂介于无机和有机界面之间，可有效在有机和无机界面形成架桥，使二者之间的粘结强度明显增强，从而使无机颗粒在有机体中也有很好的润湿和分散性，颗粒与有机体结合力和相容性得到提高，进一步提高凝胶颗粒的承压能力以及耐高温性和韧性。
(3)本发明特定的聚合物体系具有较好的耐温性和吸水性，结合与纳米级刚性颗粒良好的相容性，共同作用使制备得到的凝胶颗粒具有韧性强、耐高温、高温下承压能力高，堵漏效果好等优势。所合成的杂化凝胶随钻堵漏剂在一定质量浓度(2-5％)下，不影响钻井液流变性能，满足实际防漏堵漏需求。
附图说明：
图1是实施例1制备的堵漏剂的承压能力测试图；
图2是实施例2制备的堵漏剂的承压能力测试图；
图3是实施例3制备的堵漏剂的承压能力测试图；
图4是对比例1制备的堵漏剂的承压能力测试图；
图5是对比例2制备的堵漏剂的承压能力测试图；
图6是对比例3制备的堵漏剂的承压能力测试图；
图7是实施例1制备的堵漏剂的TG曲线；
图8是实施例2制备的堵漏剂的TG曲线；
图9是实施例3制备的堵漏剂的TG曲线；
图10是对比例1制备的堵漏剂的TG曲线；
图11是对比例2制备的堵漏剂的TG曲线；
图12是对比例3制备的堵漏剂的TG曲线。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。实施例中所用原料均为常规原料，可市购获得；所述方法如无特殊说明均为现有技术。
实施例1
一种杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂，包括如下质量份数的原料制备得到：反应性单体20份，交联剂1.0份，引发剂0.3份，硅烷偶联剂3.0份，纳米级刚性颗粒1.0份。
反应性单体为甲基丙烯酰胺，甲基丙烯酸羟乙酯和对苯乙烯磺酸钠，质量比为5:2:1；交联剂为甲基丙烯酸羟丙酯；引发剂为偶氮二异丁基脒盐酸盐(AIBA,V-50)；硅烷偶联剂为KH550(3-氨基丙基三乙氧基硅烷)；纳米级刚性颗粒为纳米二氧化硅(平均粒径20±3nm，密度2.3g/cm3)。
上述杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂的制备方法，包括步骤：
(1)首先将硅烷偶联剂溶解在去离子水中，配置成偶联剂溶液A(硅烷偶联剂与去离子水的质量比为0.5:1)；
(2)将交联剂充分溶解在去离子水中，均匀搅拌至交联剂完全溶解得到交联剂溶液B(交联剂溶液B的质量浓度为20％)；
(3)将反应性单体和纳米级刚性颗粒分散于去离子水中，用磁力搅拌器在搅拌速率为600/min下搅拌10min，得到分散液C；分散液C中反应性单体的质量浓度为30％；
(4)在搅拌速率为600/min下，将偶联剂溶液A，交联剂溶液B分别依次缓慢滴加到分散液C中，然后加入引发剂水溶液(质量浓度为30％)，再搅拌5min后置于60℃水浴锅中的烧杯中进行反应，恒温反应4h后得到凝胶基料；
(5)将凝胶基料取出分割成小块并置于真空烘干箱内60℃，真空度0.04MPa下恒温进行烘干，24h后取出，进行研磨造粉后即得到粒径为30-80μm的杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂。
实施例2
一种杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂，包括如下质量份数的原料制备得到：反应性单体20份，交联剂1.0份，引发剂0.3份，硅烷偶联剂3.0份，纳米级刚性颗粒1.0份。
反应性单体为甲基丙烯酰胺，甲基丙烯酸羟乙酯和对苯乙烯磺酸钠，质量比为4:2:1；交联剂为甲基丙烯酸羟丙酯；引发剂为偶氮二异丁基脒盐酸盐(AIBA,V-50)；硅烷偶联剂为KH550(3-氨基丙基三乙氧基硅烷)；纳米级刚性颗粒为纳米二氧化硅(平均粒径20±3nm，密度2.3g/cm3)。
上述杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂的制备方法，包括步骤：
(1)首先将硅烷偶联剂溶解在去离子水中，配置成偶联剂溶液A(硅烷偶联剂与去离子水的质量比为0.5:1)；
(2)将交联剂充分溶解在去离子水中，均匀搅拌至交联剂完全溶解得到交联剂溶液B(交联剂溶液B的质量浓度为20％)；
(3)将反应性单体和纳米级刚性颗粒分散于去离子水中，用磁力搅拌器在搅拌速率为600/min下搅拌10min，得到分散液C；分散液C中反应性单体的质量浓度为30％；
(4)在搅拌速率为600/min下，将偶联剂溶液A，交联剂溶液B分别依次缓慢滴加到分散液C中，然后加入引发剂水溶液(质量浓度为30％)再搅拌5min后置于60℃水浴锅中的烧杯中进行反应，恒温反应4h后得到凝胶基料；
(5)将凝胶基料取出分割成小块并置于真空烘干箱内60℃，真空度0.04MPa下恒温进行烘干，24h后取出，进行研磨造粉后即得到粒径为30-80μm的杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂。
实施例3
一种杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂，包括如下质量份数的原料制备得到：反应性单体30份，交联剂1.0份，引发剂0.4份，硅烷偶联剂3.0份，纳米级刚性颗粒1.0份。
反应性单体为甲基丙烯酰胺，甲基丙烯酸羟乙酯和对苯乙烯磺酸钠，质量比为4:2:1；交联剂为甲基丙烯酸羟丙酯；引发剂为偶氮二异丁基脒盐酸盐(AIBA,V-50)；硅烷偶联剂为KH550(3-氨基丙基三乙氧基硅烷)；纳米级刚性颗粒为纳米二氧化硅(平均粒径20±3nm，密度2.3g/cm3)。
上述杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂的制备方法，包括步骤：
(1)首先将硅烷偶联剂溶解在去离子水中，配置成偶联剂溶液A(硅烷偶联剂与去离子水的质量比为0.5:1)；
(2)将交联剂充分溶解在去离子水中，均匀搅拌至交联剂完全溶解得到交联剂溶液B(交联剂溶液B的质量浓度为20％)；
(3)将反应性单体和纳米级刚性颗粒分散于去离子水中，用磁力搅拌器在搅拌速率为600/min下搅拌10min，得到分散液C；分散液C中反应性单体的质量浓度为30％；
(4)在搅拌速率为600/min下，将偶联剂溶液A，交联剂溶液B分别依次缓慢滴加到分散液C中，然后加入引发剂水溶液(质量浓度为30％)再搅拌5min后置于60℃水浴锅中的烧杯中进行反应，恒温反应6h后得到凝胶基料；
(5)将凝胶基料取出分割成小块并置于真空烘干箱内60℃，真空度0.04MPa下恒温进行烘干，24h后取出，进行研磨造粉后即得到粒径为30-80μm的杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂。
实施例4
一种杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂，包括如下质量份数的原料制备得到：反应性单体35份，交联剂2.0份，引发剂0.5份，硅烷偶联剂4.0份，纳米级刚性颗粒1.5份。
反应性单体为甲基丙烯酰胺，甲基丙烯酸羟乙酯和对苯乙烯磺酸钠，质量比为3:2:1；交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺；引发剂为偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐(AIBI,VA-044)；硅烷偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)；纳米级刚性颗粒为纳米碳酸钙(平均粒径30±3nm，密度2.5g/cm3)。
上述杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂的制备方法，包括步骤：
(1)首先将硅烷偶联剂溶解在去离子水中，配置成偶联剂溶液A(硅烷偶联剂与去离子水的质量比为1:1)；
(2)将交联剂充分溶解在去离子水中，均匀搅拌至交联剂完全溶解得到交联剂溶液B(交联剂溶液B的质量浓度为15％)；
(3)将反应性单体和纳米级刚性颗粒分散于去离子水中，用磁力搅拌器在搅拌速率为600/min下搅拌10min，得到分散液C；分散液C中反应性单体的质量浓度为40％；
(4)在搅拌速率为600/min下，将偶联剂溶液A，交联剂溶液B分别依次缓慢滴加到分散液C中，然后加入引发剂水溶液(质量浓度为40％)，再搅拌5min后置于50℃水浴锅中的烧杯中进行反应，恒温反应6h后得到凝胶基料；
(5)将凝胶基料取出分割成小块并置于真空烘干箱内60℃，真空度0.04MPa下恒温进行烘干，24h后取出，进行研磨造粉后即得到粒径为30-80μm的杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂。
对比例1
一种凝胶颗粒堵漏剂，如实施例1所述，所不同的是：不加入硅烷偶联剂，即包括如下质量份数的原料制备得到：反应性单体20份，交联剂1.0份，引发剂0.3份，纳米级刚性颗粒1.0份。
反应性单体为甲基丙烯酰胺，甲基丙烯酸羟乙酯和对苯乙烯磺酸钠，质量比为5:2:1；交联剂为甲基丙烯酸羟丙酯；引发剂为偶氮二异丁基脒盐酸盐(AIBA,V-50)；纳米级刚性颗粒为纳米二氧化硅(平均粒径20±3nm，密度2.3g/cm3)。
上述凝胶颗粒堵漏剂的制备方法与实施例1一致。
对比例2
一种凝胶颗粒堵漏剂，包括如下质量份数的原料制备得到：反应性单体30份，交联剂1.0份，引发剂0.4份，硅烷偶联剂3.0份，纳米级刚性颗粒1.0份。
反应性单体为甲基丙烯酰胺，甲基丙烯酸羟乙酯，质量比为2:1；交联剂为甲基丙烯酸羟丙酯；引发剂为偶氮二异丁基脒盐酸盐(AIBA,V-50)；硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)；纳米级刚性颗粒为纳米二氧化硅(平均粒径20±3nm，密度2.3g/cm3)。
上述凝胶颗粒堵漏剂的制备方法与实施例3一致。
对比例3
一种凝胶颗粒堵漏剂，包括如下质量份数的原料制备得到：反应性单体20份，交联剂1.0份，引发剂0.3份，纳米级刚性颗粒1.0份。
反应性单体为甲基丙烯酰胺，甲基丙烯酸羟乙酯，质量比为1:1；交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺；引发剂为过硫酸铵(APS)；纳米级刚性颗粒为纳米碳酸钙(平均粒径为25±3nm，纳米碳酸钙的密度为2.7/cm3)。
上述凝胶颗粒堵漏剂的制备方法与实施例1一致。
试验例1
采用高温高压堵漏驱替装置测试实施例以及对比例制备的堵漏剂的承压能力，使用宽缝为3mm、窄缝为1mm的钢柱裂缝岩心(长30cm、直径2.5cm)模拟漏失地层，具体步骤如下：
(1)将烘箱温度调至160℃，将堵漏驱替装置放入其中；
(2)将裂缝岩心装入岩心夹持器中，连接管线，加环压至10MPa；
(3)将无搅拌中间容器中加满清水，关闭注堵剂管路阀门，开启注水管线阀门，使用9.0ml/min的注入速率向裂缝岩心中注入饱和清水，润湿岩心，直至出口处有连续清水流出；
(4)向带搅拌中间容器中加入160℃高温老化16h后的500ml堵漏剂溶液(堵漏剂溶液由4％的膨润土、2％的堵漏剂以及清水配制)，保持搅拌速率为200-300r/min；
(5)关闭注水管路阀门，开启注堵剂管线阀门，使用9.0ml/min的注入速率向裂缝岩心中注入堵漏剂溶液，直至出口处有连续堵漏剂溶液流出，然后关闭注堵剂管线阀门；
(6)用清水冲出管路中多余的堵漏剂溶液，并保持注水管路阀门和注堵剂管线阀门关闭，为岩心驱替做准备；
(7)静置2小时后，使用无搅拌中间容器以5.0ml/min的注入速率向岩心夹持器中注4％的膨润土基浆，使用软件实时记录裂缝封口处的压力变化。
实施例1-3制备的堵漏剂的承压能力分别如图1-3所示，对比例制备的堵漏剂的承压能力分别如图4-6所示，本发明中凝胶颗粒堵漏剂在160℃条件下，对宽缝3mm，窄缝1mm的岩心的封堵压力均达到4MPa以上，并接近5MPa，而一般凝胶颗粒(对比例)封堵压力均未达到4MPa；可见，本发明中的凝胶堵漏颗粒具有明显耐高温以及高温下较好的承压能力。
试验例2
采用热重分析法(TG)测试实施例以及对比例制备的堵漏剂的热稳定性，所用热重仪为美国METTLER TOLEDO公司生产的TGA550。样品从30℃升温到800℃，升温速度为10℃/min，采用氮气流保护，氮气流速100mL/min，记录样品总质量随温度的变化，绘制得TG曲线。
实施例1-3制备的堵漏剂的TG曲线分别如图7-9所示，对比例制备的堵漏剂的TG曲线分别如图10-12所示，以上图中的热重失重大致可分为两个阶段，温度小于100℃左右的第一个失重阶段基本为凝胶堵漏剂的脱水过程，为水分的失去；第二失重阶段为凝胶分子网状结构的破坏，分子链开始发生断裂，图7-9基本发生在380-520℃阶段，而图10-12在200℃左右就开始发生凝胶分子网状结构的破坏、分子链开始发生断裂，表明本发明的堵漏剂具有一定的耐高温性质。
试验例3
采用自行设计的韧性评价装置评价实施例以及对比例制备的堵漏剂的韧性。
直径为0.8cm，高3cm，质量为5g的圆柱体悬锤用20cm细线连接，细线另一端用卡扣连接在1m高的主杆上，悬锤下方为胶体储存容器。将干燥后的不经分割的凝胶基料修剪成长5cm，宽5cm，高10cm的立方体形状平放在胶体储存容器上，松开卡扣，悬锤落入堵漏剂凝胶中，静置10min后拉直悬锤，测量悬锤侵入凝胶的深度，通过大量实验经验总结制定出一套韧性评价标准如下：
表1韧性评价标准
Figure BDA0002263479460000091
测试结果如下表所示：
表2韧性评价结果
样品 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3
韧性值N b b a c c d
从上表可看出，本发明中的堵漏剂(实施例)相比于一般堵漏剂(对比例)具有明显的高韧性高强度，机械性能表现较好，有在漏失地层中不被轻易破坏的能力。
试验例4
采用FA型可视砂床滤失仪对实施例以及对比例制备的堵漏剂进行滤失评价，具体步骤如下：
(1)安装好FA型砂床滤失仪支架及试验管线；
(2)将总质量200g，0.180mm～0.224mm粒径的砂砾装入钻井液杯至350mL刻度线，振荡压实砂砾使之平整测得砂床高度20cm，倒入150ml待测堵漏剂体系(由4％膨润土、3％堵漏剂、清水组成)；
(3)将钻井液杯放在支架上并盖紧杯盖，并将100ml刻度的量筒置于钻井液杯下；
(4)打开氮气瓶气阀给钻井液杯中流体施加0.69MPa的压力；
(5)保持流体在砂层中滤失30min，观察记录渗透滤失情况，30min后关闭气源卸掉压力读出并记录量筒中的滤液体积(渗滤量)，或读出并记录滤液侵入砂床的深度(如果30min内有气体渗出钻井液杯，记下开始渗出的时间并停止试验，这种情况即为30min以内全滤失)。
表3滤失量统计
Figure BDA0002263479460000101
由上表可知，本发明制备的堵漏剂相比对比例制备的堵漏剂具有较好的堵漏效果。

Claims (9)

1.一种杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂，其特征在于，包括如下质量份数的原料制备得到：反应性单体20-35份，交联剂1.0-3.0份，引发剂0.3-0.5份，硅烷偶联剂3.0-5.0份，纳米级刚性颗粒0.5-2.0份；所述反应性单体为甲基丙烯酰胺，甲基丙烯酸羟乙酯和对苯乙烯磺酸钠的组合，甲基丙烯酰胺，甲基丙烯酸羟乙酯和对苯乙烯磺酸钠的质量比为3-6:2：1；所述纳米级刚性颗粒为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、滑石粉或硅灰石粉中的一种或两种以上的组合；所述交联剂为甲基丙烯酸羟丙酯或N,N’-亚甲基双丙烯酰胺；所述硅烷偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷或γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上的组合。
2.根据权利要求1所述杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂，其特征在于，所述引发剂为水溶性偶氮引发剂。
3.根据权利要求2所述杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂，其特征在于，所述引发剂为偶氮二异丁基脒盐酸盐，偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐或偶氮二异丙基咪唑啉中的一种或两种以上的组合。
4.根据权利要求1所述杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂，其特征在于，所述纳米碳酸钙的平均粒径为20-35nm，纳米二氧化硅的平均粒径为17-35nm，滑石粉的平均粒径为35-45nm，硅灰石粉的平均粒径为25-35nm。
5.根据权利要求4所述杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂，其特征在于，纳米碳酸钙的密度为2.5-3.0/cm3，纳米二氧化硅的密度为2.0-2.5g/cm3，滑石粉的密度为2.5-3.0/cm3，硅灰石粉的密度为2.5-3.0g/cm3。
6.如权利要求1-5任意一项所述杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂的制备方法，包括步骤：
(1)将硅烷偶联剂溶于去离子水中制得偶联剂溶液A；将交联剂溶解于去离子水中制得交联剂溶液B；将反应性单体和纳米级刚性颗粒充分分散于去离子水中制得分散液C；
(2)在搅拌条件下，将偶联剂溶液A、交联剂溶液B分别依次缓慢滴加至分散液C中，然后加入引发剂混合均匀后，于40-60℃下反应4-6h后得到凝胶基料；凝胶基料经干燥、研磨造粉得杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂。
7.根据权利要求6所述杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述偶联剂溶液A中硅烷偶联剂和去离子水的质量比为(0.5-1):1；所述交联剂溶液B的质量浓度为10-20％；所述分散液C中反应性单体的质量浓度为30％-50％。
8.根据权利要求6所述杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述引发剂是使用引发剂的水溶液，引发剂的水溶液的质量浓度为30％-50％。
9.根据权利要求6所述杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，干燥条件为：40-80℃、真空度0.04-0.06MPa下干燥24-36h。
CN201911079465.XA 2019-10-10 2019-11-07 一种杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂及其制备方法 Active CN110760296B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910957227 2019-10-10
CN2019109572278 2019-10-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110760296A CN110760296A (zh) 2020-02-07
CN110760296B true CN110760296B (zh) 2021-09-28

Family

ID=69336693

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911079465.XA Active CN110760296B (zh) 2019-10-10 2019-11-07 一种杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110760296B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111218261B (zh) * 2020-02-28 2022-05-03 中国石油天然气股份有限公司 一种有机/无机复合内刚外柔凝胶堵漏剂及其制备方法
CN113388378B (zh) * 2020-03-13 2023-01-31 中石化南京化工研究院有限公司 一种新型缓膨堵漏材料及其制备方法
CN111539101B (zh) * 2020-04-17 2021-05-07 中国石油大学(华东) 一种基于刚性颗粒堵漏剂粒径优选裂缝地层堵漏用刚性颗粒堵漏剂浓度的方法
CN112250787B (zh) * 2020-10-12 2021-12-07 中国石油大学(华东) 一种具有自愈合特性的凝胶颗粒堵漏剂及其制备方法与应用
CN114426631B (zh) * 2020-10-29 2023-07-11 中国石油化工股份有限公司 用于高含硫气井油管丝扣渗漏的微粒堵剂及其制备方法
CN114426813B (zh) * 2020-10-29 2023-06-23 中国石油化工股份有限公司 一种抗高温凝胶颗粒随钻堵漏剂及其制备方法、应用
CN112358856A (zh) * 2020-11-05 2021-02-12 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 一种钻井液用润滑防塌剂及其制备方法
CN113416527B (zh) * 2021-06-22 2022-11-01 西南石油大学 一种温度和pH双重刺激响应纳米凝胶的合成及油基钻井液
CN113528101A (zh) * 2021-07-23 2021-10-22 中国石油大学(华东) 一种外柔内刚型堵漏材料及其制备方法

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006061327A1 (de) * 2006-12-22 2008-06-26 Basf Construction Polymers Gmbh Pfropf-Copolymer, Verfahren zu dessen Herstellung und seine Verwendung
CN102485830A (zh) * 2010-12-02 2012-06-06 北京化工大学 一种核壳型无机/有机聚合物复合微球调剖驱油剂
CN103484086A (zh) * 2012-06-13 2014-01-01 中国石油化工股份有限公司 凝胶颗粒型堵水剂及制备方法
CN105111341A (zh) * 2015-09-06 2015-12-02 华南理工大学 一种具有粘性的高力学强度纳米杂化水凝胶及其制备方法
WO2016106134A1 (en) * 2014-12-22 2016-06-30 Schlumberger Canada Limited Degradable composite structures
CN106010485A (zh) * 2016-05-23 2016-10-12 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 一种自胶结堵漏剂及堵漏方法
CN106634878A (zh) * 2016-11-16 2017-05-10 中国石油大学(北京) 钻井液添加剂组合物及其应用和适于高承压随钻堵漏的水基钻井液及其应用
CN106634897A (zh) * 2016-11-07 2017-05-10 天津博科瑞精细化学有限公司 钻井液用乳液微球封堵剂及其制备方法
CN106832113A (zh) * 2017-03-03 2017-06-13 中海石油(中国)有限公司 一种含有纳米颗粒的耐温抗盐驱油聚合物
CN106883357A (zh) * 2017-03-16 2017-06-23 东营方立化工有限公司 一种预交联凝胶缓膨微球调剖剂及其制备方法和用途
CN107384337A (zh) * 2017-06-07 2017-11-24 滁州市宏源喷涂有限公司 一种苯乙烯马来酸酐共聚物接枝纳米碳酸钙钻井液添加剂的制备方法
CN107974243A (zh) * 2016-10-25 2018-05-01 中国石油化工股份有限公司 一种钻井液用纳米封堵剂及其制备方法与应用
CN109777378A (zh) * 2019-02-21 2019-05-21 河南省新乡市第七化工有限公司 一种抗高温、抗盐钻井液用纳米乳液共聚物降滤失剂的制备方法
CN109943301A (zh) * 2019-03-28 2019-06-28 中国石油大学(华东) 树脂乳液堵漏剂组合物及其制备方法以及在裂缝地层中的应用

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8739876B2 (en) * 2011-01-13 2014-06-03 Halliburton Energy Services, Inc. Nanohybrid-stabilized emulsions and methods of use in oil field applications

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006061327A1 (de) * 2006-12-22 2008-06-26 Basf Construction Polymers Gmbh Pfropf-Copolymer, Verfahren zu dessen Herstellung und seine Verwendung
CN102485830A (zh) * 2010-12-02 2012-06-06 北京化工大学 一种核壳型无机/有机聚合物复合微球调剖驱油剂
CN103484086A (zh) * 2012-06-13 2014-01-01 中国石油化工股份有限公司 凝胶颗粒型堵水剂及制备方法
WO2016106134A1 (en) * 2014-12-22 2016-06-30 Schlumberger Canada Limited Degradable composite structures
CN105111341A (zh) * 2015-09-06 2015-12-02 华南理工大学 一种具有粘性的高力学强度纳米杂化水凝胶及其制备方法
CN106010485A (zh) * 2016-05-23 2016-10-12 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 一种自胶结堵漏剂及堵漏方法
CN107974243A (zh) * 2016-10-25 2018-05-01 中国石油化工股份有限公司 一种钻井液用纳米封堵剂及其制备方法与应用
CN106634897A (zh) * 2016-11-07 2017-05-10 天津博科瑞精细化学有限公司 钻井液用乳液微球封堵剂及其制备方法
CN106634878A (zh) * 2016-11-16 2017-05-10 中国石油大学(北京) 钻井液添加剂组合物及其应用和适于高承压随钻堵漏的水基钻井液及其应用
CN106832113A (zh) * 2017-03-03 2017-06-13 中海石油(中国)有限公司 一种含有纳米颗粒的耐温抗盐驱油聚合物
CN106883357A (zh) * 2017-03-16 2017-06-23 东营方立化工有限公司 一种预交联凝胶缓膨微球调剖剂及其制备方法和用途
CN107384337A (zh) * 2017-06-07 2017-11-24 滁州市宏源喷涂有限公司 一种苯乙烯马来酸酐共聚物接枝纳米碳酸钙钻井液添加剂的制备方法
CN109777378A (zh) * 2019-02-21 2019-05-21 河南省新乡市第七化工有限公司 一种抗高温、抗盐钻井液用纳米乳液共聚物降滤失剂的制备方法
CN109943301A (zh) * 2019-03-28 2019-06-28 中国石油大学(华东) 树脂乳液堵漏剂组合物及其制备方法以及在裂缝地层中的应用

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Hassani, AH;Ghazanfari, MH.Improvement of non-aqueous colloidal gas aphron-based drilling fluids properties: Role of hydrophobic nanoparticles.《JOURNAL OF NATURAL GAS SCIENCE AND ENGINEERING》.2017,第42卷第1-12页. *
具有核壳结构的纳米二氧化硅封堵材料的合成与性能评价;褚军杰; 秦国宏; 时永会; 崔江峰; 高阳;《钻采工艺》;20180925;第41卷(第5期);第95-97页 *
钻井液堵漏材料研究及应用现状与堵漏技术对策;李伟;白英睿;李雨桐;王波;吕开河;张文哲;雷少飞;《科学技术与工程》;20210428;第21卷(第12期);第4733-4743页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110760296A (zh) 2020-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110760296B (zh) 一种杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂及其制备方法
CN110591679B (zh) 一种与地层孔喉尺寸自适应的颗粒调剖剂及其制备方法
CN111218261B (zh) 一种有机/无机复合内刚外柔凝胶堵漏剂及其制备方法
CN106634939A (zh) 一种自悬浮支撑剂的实验室制备方法
CN105874004A (zh) 包含中空玻璃微球的聚(甲基戊烯)组合物和使用该聚(甲基戊烯)组合物的方法
CN113337258B (zh) 一种油基钻井液用纳米封堵剂及其制备方法以及油基钻井液
CN110819314B (zh) 一种钻井液纳米封堵剂及其制备方法及含该封堵剂的水基钻井液
CN112877045A (zh) 一种体膨型高效段塞凝胶堵漏剂及其制备方法
CN116396731B (zh) 一种页岩地层用疏水缔合高性能水基钻井液及其制备方法与应用
Sun et al. Combining preformed particle gel and curable resin-coated particles to control water production from high-temperature and high-salinity fractured producers
CN109401739A (zh) 一种耐高温屏蔽暂堵剂、制备方法及应用
CN109971443B (zh) 一种三相泡沫封窜剂及其制备方法、稠油开采调堵方法
CN114716984B (zh) 一种水基钻井液用胶结封堵型固壁剂及其制备方法与应用
CN111363525A (zh) 两性氧化石墨烯及其制备方法和应用
CN111333792A (zh) 改性的纳米锂皂石及其制备方法和应用
CN115057967B (zh) 一种抗高温水基钻井液用微凝胶化学固壁剂及其制备方法与应用
CN113004879A (zh) 一种井壁承压封堵剂及其制备方法
CN117363337B (zh) 一种基于固废的石油压裂支撑剂制备工艺
CN113898313B (zh) 页岩气水平井油基钻井液防塌堵漏施工方法
CN109233770B (zh) 一种耐高温抗盐弹性调剖堵水颗粒及制备方法
CN116284607A (zh) 一种水溶性可控固化树脂堵漏剂及其制备方法与应用
CN115260404A (zh) 一种水基钻井液用抗高温疏水纳米封堵剂及其制备方法与应用
CN115505070A (zh) 耐高温膨胀纤维树脂堵漏材料及其制备方法与在固井水泥浆防漏堵漏中的应用
CN113773820B (zh) 一种承压堵漏浆及其制备方法和应用
CN113444505A (zh) 一种自适应堵漏隔离液体系及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Li Wei

Inventor after: Zhang Wenzhe

Inventor after: Wang Bo

Inventor after: Li Hongmei

Inventor after: Wang Tao

Inventor after: Bai Yingrui

Inventor after: Lv Kaihe

Inventor after: Xue Shaofei

Inventor before: Li Wei

Inventor before: Zhang Wenzhe

Inventor before: Wang Bo

Inventor before: Li Hongmei

Inventor before: Wang Tao

CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant