CN111116850A - 生物降解型吸水膨胀堵漏剂及其制备方法 - Google Patents

生物降解型吸水膨胀堵漏剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物降解型吸水膨胀堵漏剂及其制备方法。所述生物降解型吸水膨胀堵漏剂由如下重量份数的原料制成：丙烯酸30～80份；丙烯酰胺0～40份；2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸0～20份；引发剂0.1～0.35份；中和剂30～65份；还原剂0.1～0.35份；交联剂0.2～0.5份；浒苔粉3～10份；膨润土30～50份；水50～120份；坚果壳0～20份；云母0～10份；蛭石0～10份。本发明制得的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依旧具有良好的膨胀能力和抗压能力，堵漏效果好，在土壤环境中可完全生物降解，对环境具有友好性。

Description

生物降解型吸水膨胀堵漏剂及其制备方法
技术领域
本发明属于地质钻探及石油钻井堵漏作业技术领域，具体涉及一种生物降解型吸水膨胀堵漏剂及其制备方法。
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，不只延误钻井时间，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，堵漏剂在处理井漏过程中起到非常重要的作用，研发低成本、高效率的环境友好型堵漏剂就十分必要了。
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：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；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，膨胀堵漏剂具有较大发展空间。
目前应用最为广泛的吸水性聚合物是聚丙烯酰胺，但其吸水速度太快，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，其中部分堵漏剂由于颗粒过大无法进入漏层，从而导致堵漏效果的削弱。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，而且聚丙烯酰胺类降解速度慢，时间长、使用过多会对环境造成不良的影响。目前也有尝试采用丙烯酸单体和淀粉聚合反应制备的自降解堵漏剂，此类堵漏剂虽然能够自然降解，但其一方面由于吸水速度太快，用于堵漏作业时容易造成泵送困难，另一方面其强度较低，抗压膨胀性能较差，堵漏效果并不好。
发明内容
针对现有膨胀堵漏材料存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种完全可生物降解、强度高、黏弹性好、在井底高温高压环境下具有良好的膨胀能力和抗压能力的生物降解型吸水膨胀堵漏剂。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
生物降解型吸水膨胀堵漏剂，由如下重量份数的原料制成：丙烯酸30～80份；丙烯酰胺0～40份；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸0～20份；引发剂0.1～0.35份；中和剂30～65份；还原剂0.1～0.35份；交联剂0.2～0.5份；浒苔粉3～10份；膨润土30～50份；水50～120份；坚果壳0～20份；云母0～10份；蛭石0～10份。
作为优选的技术方案，生物降解型吸水膨胀堵漏剂由如下重量份数的原料制成：丙烯酸40～70份；丙烯酰胺10～30份；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸5～15份；引发剂0.1～0.35份；中和剂30～65份；还原剂0.1～0.35份；交联剂0.2～0.5份；浒苔粉3～10份；膨润土30～50份；水50～120份；坚果壳5～15份；云母2～10份；蛭石2～10份。
作为优选的技术方案，所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵等过氧化类引发剂。
作为优选的技术方案，所述还原剂为亚硫酸氢钠、硫脲、尿素中的任意一种。
作为优选的技术方案，所述交联剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺。
作为优选的技术方案，所述浒苔粉的目数要大于100目，最好为100～200目。
作为优选的技术方案，所述膨润土采用山东华潍膨润土有限公司生产的优质钙基膨润土。
作为优选的技术方案，所述中和剂为氢氧化钠溶液。
本发明还提供了上述生物降解型吸水膨胀堵漏剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，按重量份配比，将浒苔粉和膨润土加入20～25℃的水中混合，搅拌均匀，制得基液；
步骤二，将接枝单体用中和剂中和，调整中和度为70～85％，然后将中和好的中和液加入到基液中，得到反应基液；
步骤三，向反应基液中加入引发剂、还原剂、交联剂，控制反应温度为25～35℃，反应时间15～60min，将反应产物于85～90℃烘干，然后粉碎制得产品。
其中，步骤二中，所述接枝单体可以为单独使用的丙烯酸；也可以为丙烯酸与丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中一种或两种共用。
另外，考虑到不同裂缝开度下堵漏剂的不同组分方式，在堵漏剂中还可以选择添加惰性材料，惰性材料可以在反应前添加，也可以在反应后添加，惰性材料可以为坚果壳、云母或蛭石中的一种或多种，目数为5～80目；坚果壳优选采用核桃壳。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)该膨胀堵漏剂以膨润土、浒苔粉为接枝骨架，将丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺、浒苔粉、膨润土通过引发剂、还原剂、交联剂接枝共聚得到高吸水性高分子材料，再与一定的惰性材料相配合，得到新型的环保降解型堵漏剂。其中丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酰胺为聚合主体，膨润土、浒苔粉为接枝骨架，膨润土接枝后与浒苔粉的粗纤维结构层插复合，结构稳定、强度高、黏弹性好，在井底高温高压环境下具有良好的膨胀能力和抗压能力，堵漏效果好，且浒苔粉为完全可生物降解成分，废弃之后可在土壤环境中完全降解，从而破坏堵漏剂的结构，使其发生降解，提升堵漏剂的降解速率。
(2)惰性材料选用坚果壳类、云母、蛭石等物质，材料完全来自于自然界，使用后不用做回收处理；该堵漏剂在土壤中会被微生物降解，对环境具有友好性，不会对环境造成不良影响。
(3)该堵漏剂具有良好的抗压性能，膨胀倍数为50～150倍，针对不同开度的裂缝，在漏失地层形成可靠的堵塞，提高钻井效率。
(4)该堵漏剂的合成过程中，考虑了惰性材料的加入，提高了堵漏的堵漏性，降低了堵漏的成本。
(5)该堵漏剂具有良好的适用性，针对不同大小的裂缝有不同的粒度，堵漏剂添加量少，堵漏成功率高。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合多个实施案例对本发明作进一步阐述。
在下面的实施例中，采用如下方法评价堵漏剂的吸收膨胀性能和漏失堵漏性能。
1、吸水膨胀性能
堵漏剂的吸水膨胀性能评价采用如下方法：取1克堵漏剂，加入蒸馏水使其完全吸水，饱和后用100目的筛网过筛，静置30分钟后多次过筛，保证滤去多余的水分，称取吸水凝胶的质量m，堵漏剂的吸水倍数Q＝m-1。
2、堵漏剂的漏失堵漏性能
裂缝漏失堵漏性能试验采用QD-2型堵漏材料实验装置，该实验装置含有1～5mm板缝，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倒入QD-2型堵漏材料实验装置，接通加压管线，测试堵漏液的承压风度性能。
实施例1
生物降解型吸水膨胀堵漏剂，由如下重量份数的原料制成：丙烯酸50份；丙烯酰胺10份；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸10份；过硫酸钾0.21份；氢氧化钠36份；亚硫酸氢钠0.21份；交联剂0.2份；浒苔粉5份；膨润土30份；水100份；核桃壳8份；云母5份。
对实施例1所制得的堵漏剂进行测试，实验结果表型，其吸水倍数为95g/g，在水基钻井液中表现良好，通过QD-2型堵漏材料实验装置实验，0.8-1.2％该堵漏剂对1～2mm缝板承压能力为3.5Mpa，2～2.5％该堵漏剂对2～4mm缝板承压能力为3.0Mpa，堵漏过程中滤失量很小，裂缝处胶结密致，能快速封堵裂缝。
实施例2
生物降解型吸水膨胀堵漏剂，由如下重量份数的原料制成：丙烯酸65份；丙烯酰胺15份；过硫酸钾0.25份；氢氧化钠41份；亚硫酸氢钠0.25份；交联剂0.23份；浒苔粉10份；膨润土40份；水120份；核桃壳10份。
对实施例2所制得的堵漏剂进行测试，实验结果表型，其吸水倍数为120g/g，在水基钻井液中表现良好，通过QD-2型堵漏材料实验装置实验，0.8-1.5％该堵漏剂对1～2mm缝板承压能力为3.0Mpa，2～3％该堵漏剂对2～4mm缝板承压能力为3.5Mpa，堵漏过程中滤失量很小，裂缝处胶结密致，能快速封堵裂缝。
实施例3
生物降解型吸水膨胀堵漏剂，由如下重量份数的原料制成：丙烯酸65份；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸15份；过硫酸钾0.25份；氢氧化钠45份；硫脲0.25份；交联剂0.23份；浒苔粉10份；膨润土40份；水120份；云母10份。
对实施例3所制得的堵漏剂进行测试，实验结果表型，其吸水倍数为115g/g，在水基钻井液中表现良好，通过QD-2型堵漏材料实验装置实验，0.8-1.5％该堵漏剂对1～2mm缝板承压能力为3.5Mpa，2～3％该堵漏剂对2～4mm缝板承压能力为3.5Mpa，堵漏过程中滤失量很小，裂缝处胶结密致，能快速封堵裂缝。
实施例4
生物降解型吸水膨胀堵漏剂，由如下重量份数的原料制成：丙烯酸60份；丙烯酰胺25份；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸15份；亚硫酸氢钠0.32份；过硫酸钾0.32份；氢氧化钠36份；交联剂0.3份；浒苔粉10份；膨润土50份；水120份；核桃壳10份；云母10份。
对实施例4所制得的堵漏剂进行测试，实验结果表型，其吸水倍数为130g/g，在水基钻井液中表现良好，通过QD-2型堵漏材料实验装置实验，0.8-1.2％该堵漏剂对1～2mm缝板承压能力为3.5Mpa，2～3.5％该堵漏剂对2～4mm缝板承压能力为3.0Mpa，堵漏过程中滤失量很小，裂缝处胶结密致，能快速封堵裂缝。
综上所述，上述堵漏剂堵漏时，承压能力高，结构稳定性好，堵漏剂添加量少，堵漏过程中滤失量很小，能够快速封堵裂缝。该堵漏剂中添加的浒苔粉完全可生物降解，浒苔粉降解后将破坏堵漏剂的结构，提高其降解速率，其他惰性材料在土壤中也会被微生物降解，对环境具有友好性，不会对环境造成不良影响。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.生物降解型吸水膨胀堵漏剂，其特征在于，由如下重量份数的原料制成：丙烯酸30～80份；丙烯酰胺0～40份；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸0～20份；引发剂0.1～0.35份；中和剂30～65份；还原剂0.1～0.35份；交联剂0.2～0.5份；浒苔粉3～10份；膨润土30～50份；水50～120份；坚果壳0～20份；云母0～10份；蛭石0～10份。
2.如权利要求1所述的生物降解型吸水膨胀堵漏剂，其特征在于：由如下重量份数的原料制成：丙烯酸40～70份；丙烯酰胺10～30份；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸5～15份；引发剂0.1～0.35份；中和剂30～65份；还原剂0.1～0.35份；交联剂0.2～0.5份；浒苔粉3～10份；膨润土30～50份；水50～120份；坚果壳5～15份；云母2～10份；蛭石2～10份。
3.如权利要求1所述的生物降解型吸水膨胀堵漏剂，其特征在于：所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。
4.如权利要求1所述的生物降解型吸水膨胀堵漏剂，其特征在于：所述还原剂为亚硫酸氢钠、硫脲、尿素中的任意一种。
5.如权利要求1所述的生物降解型吸水膨胀堵漏剂，其特征在于：所述交联剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺。
6.如权利要求1所述的生物降解型吸水膨胀堵漏剂，其特征在于：所述浒苔粉的目数为100～200目。
7.如权利要求1所述的生物降解型吸水膨胀堵漏剂，其特征在于：所述膨润土为钙基膨润土。
8.如权利要求1所述的生物降解型吸水膨胀堵漏剂，其特征在于：所述中和剂为氢氧化钠溶液。
9.如权利要求1所述的生物降解型吸水膨胀堵漏剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，按重量份配比，将浒苔粉和膨润土加入20～25℃的水中混合，搅拌均匀，制得基液；
步骤二，将接枝单体用中和剂中和，调整中和度为70～85％，然后将中和好的中和液加入到基液中，得到反应基液；
步骤三，向反应基液中加入引发剂、还原剂、交联剂，控制反应温度为25～35℃，反应时间15～60min，将反应产物于85～90℃烘干，然后粉碎制得产品；
其中，所述接枝单体为单独使用的丙烯酸；或丙烯酸与丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中一种或两种共用。
10.如权利要求9所述的生物降解型吸水膨胀堵漏剂的制备方法，其特征在于：反应前或反应后添加坚果壳、云母和/或蛭石。
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