CN111393779A - 一种低膨型高强度物理交联凝胶颗粒及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低膨型高强度物理交联凝胶颗粒及其制备方法与应用，该物理交联凝胶颗粒，以重量份计，包括如下原料组成：聚乙烯醇5‑15份，甘油40‑50份，水40‑50份。上述物理交联凝胶颗粒的制备方法，包括步骤如下：将甘油加入水中，搅拌使其完全溶解，然后加入聚乙烯醇，于80‑100℃水浴中搅拌，制成均匀的溶液，冷却至室温，静置，然后将胶体粉碎至所需粒径，即得到凝胶颗粒。本发明以聚乙烯醇为主要原料，通过与甘油之间的物理氢键作用构成稳固的网络结构，得到一种适用于油藏温度不高于70℃，膨胀倍数小于5倍，抗压强度大于2MPa的低膨型高强度物理交联凝胶颗粒。

Description

一种低膨型高强度物理交联凝胶颗粒及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及油气田开发技术领域，具体涉及一种调剖堵水用低膨型高强度物理交联凝胶颗粒及其制备方法与应用。
背景技术
凝胶颗粒主要由水溶性高分子聚合物交联而成，该类产品内部结构为网状或三维体型，由单体聚合、聚合同时交联或聚合物改性等方法制备，产品性能主要基于遇水膨胀的特点进行堵水或调剖。现有的用于油田堵水或调剖的凝胶颗粒多以丙烯酰胺类聚合物为主剂交联而成。除此之外，也有部分产品以聚乙烯醇为主剂，结合交联剂等其他试剂组成，进行化学交联得到。例如:中国专利文件CN110257031A公开了一种油田微颗粒水凝胶调剖堵水剂及其制备方法，所述微颗粒水凝胶调剖堵水剂包括以下按重量百分数计的组分：聚乙烯醇溶液1～5％、有机交联剂0.1～1.0％、亲水纳米二氧化硅0.01～0.05％，润滑剂3～10％，余量为水；其制备方法为：先将聚乙烯醇加热溶解制备成1～5wt％溶液中，然后加入配方量的亲水纳米二氧化硅和有机交联剂，开启搅拌升温至60～80℃反应一段时间得到高分子水凝胶，然后转移到高速剪切槽经过一定的高速剪切工艺得到微颗粒水凝胶调剖堵水剂。中国专利文件CN104073228A公开了一种环保型凝胶调剖剂的制备方法，将单体A、交联剂和单体B用蒸馏水完全溶解后，加入引发剂，并在20～80℃下、氮气封闭的氛围中进行聚合反应形成预聚体；然后将聚乙烯醇用蒸馏水完全溶解，将所得聚乙烯醇溶液、交联剂和引发剂加入预聚体中，在50～80℃、氮气封闭的氛围中继续反应直至反应完全，得到环保型凝胶调剖剂。WO2019131952A1公开了一种膨胀性优异，能够有效地抑制泥浆泄漏等，并且能够提高对井的钻孔部位的适用性的地下处理用密封材料，包括至少一种选自未改性聚乙烯醇和改性聚乙烯醇树脂的聚乙烯醇树脂，所述至少一种聚乙烯醇树脂在80℃水中浸泡30分钟后的溶胀度为250-900％。
然而，目前国内外市场应用的凝胶颗粒具有成本高，注入地下颗粒吸水膨胀后易碎，不能达到很好的封堵效果。同时，现有技术中涉及到的凝胶调剖剂或堵水剂等都需要将聚乙烯醇与交联剂等其它试剂进行化学交联反应，过程复杂。因此，需开发一种价格适中，制备简单，溶胀后力学性能良好及具有高弹性形变、地下性能稳定的产品。本发明凝胶颗粒采用水溶性高分子与多醇类小分子通过氢键作用构筑而成，交联方式是可逆的物理交联，从而为其三维网络构赋予了良好的能量耗散机理。由于该产品具有交联密度高、交联点分布均匀的内部网络结构，使其在适用温度及不同矿化度的条件下都能够保持低溶胀的状态，溶胀后颗粒仍具有高强度和良好的弹性形变能力，且性能稳定。
发明内容
针对现有技术的不足，尤其是现有的凝胶颗粒组分复杂，大都为化学交联得到，制备工艺繁琐、成本较高，同时溶胀后力学性能较差、弹性形变能力弱的问题，本发明提供一种低膨型高强度物理交联凝胶颗粒及其制备方法与应用。
本发明的技术方案如下：
一种物理交联凝胶颗粒，以重量份计，包括如下原料组成：
聚乙烯醇5-15份，甘油40-50份，水40-50份。
根据本发明，优选的，所述的物理交联凝胶颗粒，以重量份计，包括如下原料组成：
聚乙烯醇8-12份，甘油42-48份，水42-48份。
根据本发明，优选的，所述的物理交联凝胶颗粒，以重量份计，包括如下原料组成：
聚乙烯醇10份，甘油45份，水45份。
根据本发明，优选的，所述的聚乙烯醇为聚乙烯醇1799，分子量为70000-80000。
根据本发明，上述物理交联凝胶颗粒的制备方法，包括步骤如下：
将甘油加入水中，搅拌使其完全溶解，然后加入聚乙烯醇，于80-100℃水浴中搅拌，制成均匀的溶液，冷却至室温，静置，然后将胶体粉碎至所需粒径，即得到凝胶颗粒。
根据本发明，优选的，水浴温度为85-95℃，优选95℃。
根据本发明，优选的，水浴搅拌时间为2-3h。
根据本发明，优选的，冷却至室温后，静置时间为1天。
根据本发明，上述物理交联凝胶颗粒的应用，用于油田堵水剂或调剖剂。
根据本发明，优选的，所述的物理交联凝胶颗粒用于油藏温度≤70℃的油田堵水剂或调剖剂。
本发明的特点和有益效果如下：
1、本发明以聚乙烯醇为主要原料，通过与甘油之间的物理氢键作用构成稳固的网络结构，得到一种适用于油藏温度不高于70℃，膨胀倍数小于5倍，抗压强度大于2MPa的低膨型高强度物理交联凝胶颗粒。
2、本发明的体系是一种通过多醇类之间的氢键作用形成的凝胶颗粒。可通过改换组分所占比例来控制产品的强度，可提供较强的支撑力及稳定性。体系制备方式简单灵活，可根据不同需要制备出产品强度可控的凝胶颗粒。
3、本发明制备工艺简单，成本低，对不同形状的井壁裂缝具有较好的适应性。
4、本发明采用氢键这种物理交联的方式，可提供较强的支撑力及稳定性，溶胀后有优秀的抗压性能和弹性形变能力。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1、制备凝胶颗粒样品1#
使用电子天平称取甘油90g加入到盛有90g清水的250ml烧杯中，用搅拌机搅拌10-15分钟使其完全溶解，然后称取聚乙烯醇20g加入到上述溶液中，将烧杯密封，至于95℃水浴中搅拌2-3h，配制成均匀的溶液，冷却至室温，静置1d，然后将胶体粉碎，得到颗粒样品1#。
实施例2、制备凝胶颗粒样品2#
使用电子天平称取甘油50g加入到盛有50g清水的250ml烧杯中，用搅拌机搅拌10-15分钟使其完全溶解，然后称取聚乙烯醇10g加入到上述溶液中，将烧杯密封，至于90℃水浴中搅拌2-3h，配制成均匀的溶液，冷却至室温，静置1d，然后将胶体粉碎，得到颗粒样品2#。
实施例3、制备凝胶颗粒样品3#
使用电子天平称取甘油45g加入到盛有50g清水的250ml烧杯中，用搅拌机搅拌10-15分钟使其完全溶解，然后称取聚乙烯醇9g加入到上述溶液中，将烧杯密封，至于85℃水浴中搅拌2-3h，配制成均匀的溶液，冷却至室温，静置1d，然后将胶体粉碎，得到颗粒样品3#。
实施例4、制备凝胶颗粒样品4#
使用电子天平称取甘油42g加入到盛有48g清水的250ml烧杯中，用搅拌机搅拌10-15分钟使其完全溶解，然后称取聚乙烯醇8g加入到上述溶液中，将烧杯密封，至于80℃水浴中搅拌2-3h，配制成均匀的溶液，冷却至室温，静置1d，然后将胶体粉碎，得到颗粒样品4#。
实施例5、制备凝胶颗粒样品5#
使用电子天平称取甘油48g加入到盛有48g清水的250ml烧杯中，用搅拌机搅拌10-15分钟使其完全溶解，然后称取聚乙烯醇12g加入到上述溶液中，将烧杯密封，至于95℃水浴中搅拌2-3h，配制成均匀的溶液，冷却至室温，静置1d，然后将胶体粉碎，得到颗粒样品5#。
对比例1、
单纯以聚乙烯醇颗粒作为对比。
对比例2、
如实施例1所述，不同的是：
原料组成如下：
聚乙烯醇10份，甘油60份，水55份。
对比例3、
如实施例1所述，不同的是：
原料组成如下：
聚乙烯醇30份，甘油75份，水105份。
试验例1、测定实施例1和对比例1-3凝胶颗粒的膨胀倍数和抗压强度
膨胀倍数和抗压强度测定方法如下：
分别取凝胶颗粒5.0g加入装有240mL模拟注入水或现场注入水样品瓶(250mL)中密封，放入45℃的电热鼓风干燥箱中恒温30天。然后，用200目标准筛过滤量筒中颗粒，用250mL量筒量取剩余水的体积，计算凝胶颗粒的膨胀倍数。
取过滤后的样品放入颗粒参数测定仪中，安装上对应的孔板，调整装置使其密封。用高压手动计量泵以20r/min的速度给装置匀速加压，使压力表数值缓慢匀速增加，并注意观察孔板内流出物质的状态。当装置中的试样由孔板中刚一被压出时，记录下该时刻给装置所加的压力，即为抗压强度。测试结果如表1所示。
表1实施例1和对比例1-3凝胶颗粒30天的吸水膨胀倍数和抗压强度
编号 实施例1 对比例1 对比例2 对比例3
膨胀倍数 2.1 1.5 1.8 1.3
抗压强度/MPa 3.2 1.7 2.1 3.8
通过表1可知，对比例1中单纯的聚乙烯醇膨胀倍数和抗压强度均低于本发明产品，对比例2和对比例3中分别是聚乙烯醇使用量过少和使用量过多的情况，均导致在室温下成胶时间长达3-5天，且膨胀倍数均小于本发明产品。虽然，对比例3中凝胶颗粒的抗压强度高于本发明产品，但是由于聚乙烯醇投料过多导致制备困难和膨胀倍数过低。

Claims (10)

1.一种物理交联凝胶颗粒，其特征在于，以重量份计，包括如下原料组成：
聚乙烯醇5-15份，甘油40-50份，水40-50份。
2.根据权利要求1所述的物理交联凝胶颗粒，其特征在于，所述的物理交联凝胶颗粒，以重量份计，包括如下原料组成：
聚乙烯醇8-12份，甘油42-48份，水42-48份。
3.根据权利要求1所述的物理交联凝胶颗粒，其特征在于，所述的物理交联凝胶颗粒，以重量份计，包括如下原料组成：
聚乙烯醇10份，甘油45份，水45份。
4.根据权利要求1所述的物理交联凝胶颗粒，其特征在于，所述的聚乙烯醇为聚乙烯醇1799，分子量为70000-80000。
5.权利要求1-4任一项所述的物理交联凝胶颗粒的制备方法，包括步骤如下：
将甘油加入水中，搅拌使其完全溶解，然后加入聚乙烯醇，于80-100℃水浴中搅拌，制成均匀的溶液，冷却至室温，静置，然后将胶体粉碎至所需粒径，即得到凝胶颗粒。
6.根据权利要求5所述的物理交联凝胶颗粒的制备方法，其特征在于，水浴温度为85-95℃。
7.根据权利要求5所述的物理交联凝胶颗粒的制备方法，其特征在于，水浴搅拌时间为2-3h。
8.根据权利要求5所述的物理交联凝胶颗粒的制备方法，其特征在于，冷却至室温后，静置时间为1天。
9.权利要求1-4任一项所述的物理交联凝胶颗粒的应用，用于油田堵水剂或调剖剂。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述的物理交联凝胶颗粒用于油藏温度≤70℃的油田堵水剂或调剖剂。
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