CN111410941A - 一种适用于裂缝性漏失地层的温敏凝胶颗粒堵漏剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种适用于裂缝性漏失地层的温敏凝胶颗粒堵漏剂及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种适用于裂缝性漏失地层的温敏凝胶颗粒堵漏剂，所述的温敏凝胶颗粒堵漏剂包括以下重量份原料：固定相7‑15份、可逆相8‑15份、有机交联剂1‑7份、引发剂0.2‑1份，去离子水60‑80份。所述有机交联剂以多胺化合物为主体，与硼酸酯反应制备得到；所述的固定相为酚醛树脂、甲基丙烯酸、甲基丙烯酰胺中的两种或两种以上的组合；所述的可逆相为聚N‑乙烯基乙酰胺、聚N‑异丙基丙烯酰胺、聚(N‑异丙基丙烯酰胺‑co‑丙烯酸)中的两种或两种以上的组合。本发明的温敏凝胶颗粒堵漏剂能适应不同裂缝宽度，具有耐高温、膨胀率高、膨胀引发条件可控、膨胀后聚合物稳定的优点；并且其受热膨胀的相变温度可控。

Description

一种适用于裂缝性漏失地层的温敏凝胶颗粒堵漏剂及其制备 方法与应用
技术领域
本发明涉及一种适用于裂缝性漏失地层的温敏凝胶颗粒堵漏剂及其制备方法与应用，属于钻井液堵漏领域。
背景技术
井漏是钻井与油气开发过程中几乎无法避免的问题，钻井液漏失不仅会对储层产生不可恢复的损害，也会导致油田开发经济效益大大降低，同时对钻井安全有着极大的威胁。其中，裂缝性漏失是钻井过程中较为常见和复杂的一种漏失形式，对裂缝性漏失堵漏的关键包括判断漏失位置、漏失裂缝尺寸等。
现有的堵漏技术诸如架桥堵漏、水泥堵漏与高失水堵漏等各有优势，但均因无法准确判断地层中裂缝尺寸大小使得堵漏具有盲目性，一次堵漏成功率低。凝胶堵漏剂是封堵裂缝性地层漏失中常用、最有效的堵漏剂，如高吸水、吸油凝胶能够在进入裂缝后吸水、吸油膨胀达到堵漏的目的，但存在吸水、吸油膨胀速度过快导致堵漏剂难以进入地层等问题。
面对井下未知的漏失情况，自适应堵漏材料对不同尺寸大小的裂缝均有一定适用性，能有效够封堵较大范围尺寸的裂缝，一次堵漏成功率高，对地层损害小。温敏凝胶属于自适应堵漏材料的一种，注入地层后若遇高温体积会迅速膨胀，具有一定的耐温性保证其能完全进入地层裂缝，遇热膨胀保证其对一定宽度范围的裂缝都能起封堵作用。
中国专利文件CN110183579A提供了一种温敏型水凝胶堵漏剂，由以下重量份的原料组成：天然淀粉3-8份，非离子单体5-10份，阴离子单体1-3份，交联剂0.06-0.10份，引发剂0.1-0.3份，pH调节剂4-8份，去离子水85份，所述非离子单体为丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮中的至少一种，所述阴离子单体为丙烯酸或2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。但上述温敏型水凝胶堵漏剂不适用于高温地层条件。中国专利文件CN105038728A提供了一种钻井液用温度敏感型智能纳米粒子及其制备方法，采用硅烷偶联剂对纳米SiO2进行超声表面改性，引入乙烯基功能基团，以表面改性纳米SiO2、温度敏感型单体与亲水型单体在助溶剂存在下的水介质中，加入引发剂引发聚合反应，得到温敏型智能纳米粒子，所述温度敏感型单体为N-异丙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙醇基丙烯酰胺、甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯中的任意一种或几种，所述亲水型单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、亚甲基丁二酸、醋酸乙烯酯中的任意一种或几种。但上述温度敏感型智能纳米粒子对裂缝尺寸不敏感，尤其面对3mm及以上裂缝尺寸无法形成有效封堵。
目前温敏凝胶普遍对井漏裂缝尺寸、地下温度有严格要求，无法在未知井下漏失情况时使用。因此，需开发一种能适应不同裂缝宽度的、耐高温、膨胀引发条件可控、受热膨胀的相变温度可控、膨胀后聚合物稳定的温敏凝胶颗粒堵漏剂，来实现对裂缝性漏失的有效封堵。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种适用于裂缝性漏失地层的温敏凝胶颗粒堵漏剂及其制备方法与应用。本发明的温敏凝胶颗粒堵漏剂为高分子聚合物，由固定相与可逆相两部分组成，前者使其有记忆性，在地层裂缝中遇高温时能够维持基本网络形状膨胀；后者使其在膨胀过程中保持整体性，当可逆相温度达某一阙值时会变为高弹性、韧性胶状物，使得整体聚合物体积迅速增大。本发明的温敏凝胶颗粒堵漏剂能适应不同裂缝宽度，具有耐高温、膨胀率高、膨胀引发条件可控、膨胀后聚合物稳定等优点；并且其受热膨胀的相变温度可控制。
术语说明：
相变温度(Tg)：可逆相发生冻结态与高弹态相互转变的温度即为相变温度。
本发明的技术方案如下：
一种适用于裂缝性漏失地层的温敏凝胶颗粒堵漏剂，所述的温敏凝胶颗粒堵漏剂包括以下重量份原料：固定相7-15份、可逆相8-15份、有机交联剂1-7份、引发剂0.2-1份，去离子水60-80份；所述的固定相为酚醛树脂、甲基丙烯酸、甲基丙烯酰胺中的两种或两种以上的组合；所述的可逆相为聚N-乙烯基乙酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)中的两种或两种以上的组合；所述的有机交联剂是以多胺化合物为主体，与硼酸酯反应制备得到。
根据本发明，优选的，所述的温敏凝胶颗粒堵漏剂包括以下重量份原料：固定相9-13份、可逆相10-14份、有机交联剂1-5份、引发剂0.2-1份，去离子水70-80份。
根据本发明，优选的，所述的可逆相为聚N-乙烯基乙酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)的组合，聚N-乙烯基乙酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)的质量比为4:2:1。
根据本发明，优选的，所述的聚N-乙烯基乙酰胺的粘均分子量为100-150万；所述的聚N-异丙基丙烯酰胺的粘均分子量为130-150万；所述的聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)的粘均分子量为140-200万，其中N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酸的摩尔比为1：5-20。
根据本发明，优选的，所述的引发剂为氧化-还原引发剂体系；进一步优选的，氧化剂为过硫酸钾或过硫酸铵，还原剂为亚硫酸氢钠或亚硫酸钠，氧化剂与还原剂的质量比为(0.7-1):1。
根据本发明，所述有机交联剂以多胺化合物为主体，与硼酸酯反应制备得到，交联剂中引入含硼交联位点，硼原子含空轨道，易与多胺化合物形成稳定N-B共价键；优选，所述有机交联剂的制备方法，包括步骤如下：
(a)将三乙醇胺和硼酸加入乙醇中，搅拌均匀，通入氮气除氧后，密封静置反应；反应完成后，除去溶剂，得到液态硼酸酯；
(b)将步骤(1)得到的液态硼酸脂与多胺化合物混合，通入氮气除氧后，密封搅拌反应；反应完成后，将所得沉淀过滤、洗涤、烘干并粉碎造粒，得到有机交联剂粉末。
根据本发明，优选的，步骤(a)中所述的三乙醇胺和硼酸的摩尔比为(1.5-2):1，所述三乙醇胺与乙醇的体积比为(0.2-0.5):1。
根据本发明，优选的，步骤(a)中所述的搅拌的温度为40-70℃，进一步优选为45-55℃；通入氮气的时间为10-15min。
根据本发明，优选的，步骤(a)中所述的静置反应温度为60-90℃，进一步优选为65-75℃，反应时间为1-2h。
根据本发明，优选的，步骤(b)中所述的多胺化合物为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一种或两种以上的组合；所述液态硼酸脂与多胺化合物的质量比为(1-1.5):1。
根据本发明，优选的，步骤(b)中所述的通入氮气时间为10-15min；所述反应温度为160-190℃，进一步优选为175-185℃，反应时间为3-6h，进一步优选为4-5h。
根据本发明，优选的，步骤(b)中所述的洗涤为用无水乙醇洗涤，所述干燥为在50-80℃下干燥4-6h，所述造粒的粒径为100-2000μm。
根据本发明，上述温敏凝胶颗粒堵漏剂的制备方法，包括步骤如下：
(1)依次将固定相和可逆相加入到去离子水中，搅拌待其完全溶解，得到溶液A；
(2)将有机交联剂加入到溶液A中，搅拌待其完全溶解，得到溶液B；
(3)将引发剂加入到溶液B中，搅拌待其完全溶解，得到混合溶液；
(4)将混合溶液静置进行交联反应得到交联凝胶；交联凝胶经干燥、粉碎造粒，得到近球状或片状温敏凝胶颗粒堵漏剂。
根据本发明，优选的，步骤(1)中所述的搅拌温度为30-60℃，进一步优选为40-50℃；搅拌速率为500-1000转/分钟，进一步优选为700-800转/分钟，搅拌时间为20-40min，进一步优选为25-30min。
根据本发明，优选的，步骤(2)中所述的搅拌温度为50-70℃，进一步优选为60-65℃；搅拌速率为100-400转/分钟，进一步优选为200-300转/分钟，搅拌时间为10-30min，进一步优选为20-25min。
根据本发明，优选的，步骤(3)中所述的搅拌温度为50-70℃，进一步优选为60-65℃；搅拌速率为100-400转/分钟，进一步优选为200-300转/分钟，搅拌时间为10-30min，进一步优选为20-25min。
根据本发明，优选的，步骤(4)所述的交联反应温度为80-120℃，进一步优选为95-105℃，反应时间为5-8h，进一步优选为6-7h。
根据本发明，优选的，步骤(4)所述的干燥为在50-80℃下干燥7-9h。
根据本发明，所得到的温敏凝胶颗粒堵漏剂形状为近球状或片状，近球状颗粒粒径范围可调，片状颗粒长度和厚度范围可调。
根据本发明，上述温敏凝胶颗粒堵漏剂在裂缝型漏失堵漏中的应用，所述应用方法为：将制得的片状和/或近球状温敏凝胶颗粒堵漏剂加入钻井液中，搅拌老化，而后将钻井液注入到井筒中进行随钻堵漏。
根据本发明的应用，优选的，根据裂缝宽度选择钻井液中温敏凝胶颗粒堵漏剂的浓度：裂缝宽度小于1mm时，温敏凝胶颗粒堵漏剂的质量浓度为2-6％；裂缝宽度1-5mm，温敏凝胶颗粒堵漏剂的浓度为6-15％；裂缝宽度大于5mm，温敏凝胶颗粒堵漏剂的质量浓度为10-20％；所述搅拌老化的时间为30-40min。
根据本发明的应用，优选的，根据裂缝宽度选择片状和近球状温敏凝胶颗粒堵漏剂的尺寸：近球状凝胶颗粒的平均粒径为1/3至1/2缝宽，片状凝胶颗粒的平均长度为1/2至1缝宽、平均厚度为1/10至1/3缝宽。
根据本发明的应用，优选的，将片状和近球状温敏凝胶颗粒堵漏剂复配使用，片状和近球状温敏凝胶颗粒堵漏剂的质量比为1:(0.5-1.5)。
本发明的技术特点及有益效果如下：
1、本发明的温敏凝胶颗粒堵漏剂的制备过程中采用的有机交联剂为自制耐高温有机交联剂，常规交联剂如大分子聚合物遇高温易发生聚合物链断裂，而本发明自制有机交联剂在交联剂中引入含硼交联位点，硼原子含空轨道，易与多胺化合物形成稳定N-B共价键，提高交联剂稳定性，从而提高堵漏剂的耐高温性能。
2、本发明的温敏凝胶颗粒堵漏剂随钻井液进入地层裂缝中，达到相变温度后，在一定的时间内发生膨胀，实现堵漏。本发明的温敏凝胶颗粒堵漏剂在达到相变温度后，固定相维持凝胶基本网络形状，可逆相转变为高弹性、韧性的胶状物，整体温敏凝胶体积迅速增大，并且能够根据地层裂缝大小，进行智能自适应封堵，同时温敏凝胶的热致膨胀、高膨胀率对一定尺寸范围内裂缝都具有一定封堵效果，稳定性强，对储层损害小。
3、本发明可以通过调整固定相、可逆相与交联剂配比从而控制温敏凝胶颗粒的相变温度，从而可以根据漏失地层的温度选择不同相变温度的温敏凝胶颗粒堵漏剂；本发明的温敏凝胶颗粒堵漏剂能适应不同裂缝宽度的，具有耐高温、膨胀率高、膨胀引发条件可控、膨胀后聚合物稳定的优点。
4、本发明合成简单，与常用钻井液配伍性好，易保存，适合施工生产。
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。
实施例中所用聚N-乙烯基乙酰胺的粘均分子量为122万；所用聚N-异丙基丙烯酰胺的粘均分子量为142万；所用聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)的粘均分子量为151万，其中N-异丙基丙烯酰胺与丙烯酸的摩尔比为1:10。
实施例1
有机交联剂的制备方法，包括步骤如下：
(1)将2mol的三乙醇胺和1mol硼酸加入装有乙醇的三口烧瓶中，三乙醇胺与乙醇的体积比为0.5:1，在55℃条件下充分搅拌溶解，向三口烧瓶中通氮气15min，得到无氧溶液，将无氧溶液密封，在75℃条件下静置反应2h，反应完成后，减压蒸馏去除体系中的溶剂，得到液态硼酸酯。
(2)将13g得到的液态硼酸脂与总质量10g的乙二胺、二乙烯三胺(乙二胺、二乙烯三胺的质量比3:1)加入三口烧瓶中，通氮气10分钟后密封，在180℃条件下搅拌反应4h，产生淡黄色沉淀；反应完成后，将反应体系过滤，所得沉淀用无水乙醇洗涤，之后在60℃下干燥5h，粉碎造粒，得到有机交联剂粉末。
实施例2
一种适用于裂缝性漏失地层的温敏凝胶颗粒堵漏剂，包括以下重量份原料：固定相10份、可逆相10份、实施例1制备的有机交联剂1份、引发剂0.5份、去离子水75份。
其中，固定相为甲基丙烯酸和甲基丙烯酰胺，质量比为1：3；可逆相为聚N-乙烯基乙酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)的组合，其质量比为4：2：1；引发剂为氧化-还原引发剂体系，氧化剂为过硫酸钾，还原剂为亚硫酸氢钠，氧化剂与还原剂质量比为1：1。
上述适用于裂缝性漏失地层的温敏凝胶颗粒堵漏剂的制备方法，包括步骤如下：
(1)依次将固定相和可逆相加入到去离子水中，在50℃下，以700转/分钟的搅拌速率搅拌30min，使其完全溶解，得到溶液A；
(2)将有机交联剂加入到溶液A中，在60℃下，以300转/分钟的搅拌速率搅拌25min，使其完全溶解，得到溶液B；
(3)将引发剂加入到溶液B中，在65℃下，以300转/分钟的搅拌速率搅拌20min，使其完全溶解，得到混合溶液；
(4)将混合溶液在100℃下静置进行交联7h，得到交联凝胶；交联凝胶在60℃下干燥8h，之后分别粉碎造粒，得到片状温敏凝胶颗粒堵漏剂A、近球状温敏凝胶颗粒堵漏剂A1。
实施例3
一种适用于裂缝性漏失地层的温敏凝胶颗粒堵漏剂，包括以下重量份原料：固定相10份、可逆相10份、实施例1制备的有机交联剂3份、引发剂0.5份、去离子水75份。
其中，固定相为甲基丙烯酸和甲基丙烯酰胺，质量比为1：3；可逆相为聚N-乙烯基乙酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)的组合，其质量比为4：2：1；引发剂为氧化-还原引发剂体系，氧化剂为过硫酸钾，还原剂为亚硫酸氢钠，氧化剂与还原剂质量比为1：1。
上述适用于裂缝性漏失地层的温敏凝胶颗粒堵漏剂的制备方法如实施例2所述，得到片状温敏凝胶颗粒堵漏剂B、近球状温敏凝胶颗粒堵漏剂B1。
实施例4
一种适用于裂缝性漏失地层的温敏凝胶颗粒堵漏剂，包括以下重量份原料：固定相10份、可逆相10份、实施例1制备的有机交联剂5份、引发剂0.5份、去离子水75份。
其中，固定相为甲基丙烯酸和甲基丙烯酰胺，质量比为1：3；可逆相为聚N-乙烯基乙酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)的组合，其质量比为4：2：1；引发剂为氧化-还原引发剂体系，氧化剂为过硫酸钾，还原剂为亚硫酸氢钠，氧化剂与还原剂质量比为1：1。
上述适用于裂缝性漏失地层的温敏凝胶颗粒堵漏剂的制备方法如实施例2所述，得到片状温敏凝胶颗粒堵漏剂C、近球状温敏凝胶颗粒堵漏剂C1。
实施例5
一种适用于裂缝性漏失地层的温敏凝胶颗粒堵漏剂，包括以下重量份原料：固定相15份、可逆相10份、实施例1制备的有机交联剂3份、引发剂0.5份、去离子水75份。
其中，固定相为甲基丙烯酸和甲基丙烯酰胺，质量比为1：3；可逆相为聚N-乙烯基乙酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)的组合，其质量比为4：2：1；引发剂为氧化-还原引发剂体系，氧化剂为过硫酸钾，还原剂为亚硫酸氢钠，氧化剂与还原剂质量比为1：1。
上述适用于裂缝性漏失地层的温敏凝胶颗粒堵漏剂的制备方法如实施例2所述，得到片状温敏凝胶颗粒堵漏剂D、近球状温敏凝胶颗粒堵漏剂D1。
实施例6
一种适用于裂缝性漏失地层的温敏凝胶颗粒堵漏剂，包括以下重量份原料：固定相10份、可逆相15份、实施例1制备的有机交联剂3份、引发剂0.5份、去离子水75份。
其中，固定相为甲基丙烯酸和甲基丙烯酰胺，质量比为1：3；可逆相为聚N-乙烯基乙酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)的组合，其质量比为4：2：1；引发剂为氧化-还原引发剂体系，氧化剂为过硫酸钾，还原剂为亚硫酸氢钠，氧化剂与还原剂质量比为1：1。
上述适用于裂缝性漏失地层的温敏凝胶颗粒堵漏剂的制备方法如实施例2所述，得到片状温敏凝胶颗粒堵漏剂E、近球状温敏凝胶颗粒堵漏剂E1。
对比例1
一种温敏凝胶颗粒堵漏剂如实施例2所述，所不同的是固定相的加入量为5份。
上述温敏凝胶颗粒堵漏剂的制备方法如实施例2所述，制得片状温敏凝胶颗粒堵漏剂F、近球状温敏凝胶颗粒堵漏剂F1。
对比例2
一种温敏凝胶颗粒堵漏剂如实施例3所述，所不同的是可逆相的加入量为6份。
上述温敏凝胶颗粒堵漏剂的制备方法如实施例2所述，制得片状温敏凝胶颗粒堵漏剂G、近球状温敏凝胶颗粒堵漏剂G1。
对比例3
一种温敏凝胶颗粒堵漏剂如实施例4所述，所不同的是有机交联剂的加入量为10份。
上述温敏凝胶颗粒堵漏剂的制备方法如实施例2所述，制得片状温敏凝胶颗粒堵漏剂H、近球状温敏凝胶颗粒堵漏剂H1。
对比例4
一种温敏凝胶颗粒堵漏剂如实施例5所述，所不同的是使用交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。
上述温敏凝胶颗粒堵漏剂的制备方法如实施例2所述，制得片状温敏凝胶颗粒堵漏剂I、近球状温敏凝胶颗粒堵漏剂I1。
试验例1
将实施例2-6以及对比例1-4制备的不同形状的温敏凝胶颗粒堵漏剂进行相变温度、热至膨胀性能测定。
相变温度的测定方法为：使用差示扫描量热仪，加热范围为70-200℃，升温速率为6℃/min，得到热流量-温度(Q-T)曲线，以曲线中热流量突变点间连线中点温度为相变温度，记为Tg，单位为℃，其结果如表1所述。温敏凝胶达到相变温度时，可逆相转变为高弹性、韧性状态，凝胶热至膨胀；温度重新低于相变温度后，可逆相转变为冻结状态，凝胶保持膨胀后体积不变。
热至膨胀性能采用体积膨胀率进行评价，体积膨胀率定义为单位体积温敏凝胶颗粒堵漏剂达到相变温度后所增加的体积，单位为cm3/cm3。
Figure BDA0002445697060000091
在公式(1-1)中，w为体积膨胀率，cm3/cm3；v1为原始温敏凝胶颗粒堵漏剂的体积，cm3；v2为达到相变温度、膨胀后温敏凝胶颗粒堵漏剂的体积，cm3。
具体测试方法为：
(1)用排液法测定原始温敏凝胶颗粒堵漏剂的体积，记为v1，装入烧杯中，将烧杯放入放入烘箱中；
(2)调整烘箱温度至(Tg+5)摄氏度，Tg为相变温度，加热1h后取出，待其冷却后测定其体积，记为v2，利用公式(1-1)计算温敏凝胶颗粒堵漏剂的体积膨胀率，其结果如表1所示。
试验例2
将实施例2-6以及对比例1-4制备的温敏凝胶颗粒堵漏剂进行堵漏性能的测定。
测试方法为：实施例2-6以及对比例1-4制备的片状凝胶颗粒平均长度均为3.5mm、平均厚度均为1mm，近球状凝胶颗粒平均粒径均为2mm，堵漏实验中所用裂缝模型的裂缝宽度为5mm。
采用高温高压动静态堵漏仪测试温敏凝胶颗粒堵漏剂对裂缝的封堵效果。使用不锈钢楔形裂缝板模型进行测试，裂缝长度均为10cm、宽度均为5mm。实验温度设定为(Tg～Tg+10)℃。配制1000mL含有温敏凝胶颗粒堵漏剂的钻井液，所述钻井液为质量浓度为4％的膨润土基浆，钻井液中温敏凝胶颗粒堵漏剂的质量浓度为10％，其中片状凝胶颗粒与近球状凝胶颗粒的质量比为1:1，将含有温敏凝胶颗粒堵漏剂的钻井液倒入堵漏仪失水筒中；在钻井液上部放入可移动活塞，然后旋紧筒盖密封；使用大排量平流泵以5mL/min的速率向活塞上部注水对活塞下部的钻井液进行加压，观察裂缝出口流体漏出现象并记录注入压力，以钻井液在裂缝出口处发生漏失后的最高注入压力为裂缝封堵突破压力。其结果如表1所示，其中实施例2-6以及对比例1-4的实验温度分别为80℃、100℃、110℃、100℃、100℃、80℃、90℃、110℃、80℃。
表1实施例2-6以及对比例1-4制备的温敏凝胶颗粒堵漏剂的相变温度、体积膨胀率和封堵效果
Figure BDA0002445697060000101
从表1中可以看出，温敏凝胶颗粒堵漏剂的形状不影响其相变温度；从实施例2-4可以看出，随着交联剂含量的增加，温敏凝胶颗粒堵漏剂的相变温度升高，可使凝胶具有多个控制点温度，适应不同漏层温度；温敏凝胶颗粒达到相变温度后体积膨胀率极高，热稳定性强，凝胶颗粒形状对体积膨胀率无影响；随着交联剂含量的增加，体积膨胀率基本不变，并且具有不同相变温度的温敏凝胶颗粒堵漏剂对裂缝的封堵效果相近。
对比实施例3和实施例5可以看出，增加固定相含量，温敏凝胶颗粒堵漏剂的相变温度基本不变，体积膨胀率略有下降，封堵裂缝能力略有降低；对比实施例3和实施例6可看出，增加可逆相含量，温敏凝胶颗粒堵漏剂的体积膨胀率略微下降，封堵裂缝能力略微降低。
对比实施例5和对比例4可以看出，改变交联剂种类为普通聚合物交联剂，温敏凝胶颗粒的相变温度、体积膨胀率大幅降低；且失去相变温度可控这一特性，封堵裂缝能力降低，说明本发明特定的含硼有机交联剂对堵漏剂的相变温度、体积膨胀率以及堵漏效果具有重要的影响，本发明的含硼有机交联剂可以提高堵漏剂的体积膨胀率，并且提高其堵漏性能。
从对比例1-3与实施例2-4可以看出，降低固定相含量后温敏凝胶颗粒的相变温度基本不变；降低可逆相浓度后温敏凝胶颗粒的相变温度降低；改变交联剂含量后温敏凝胶颗粒相变温度略微升高，但是降低固定相、可逆相含量与提高交联剂含量，所得凝胶颗粒堵漏剂的体积膨胀率变小，相同条件下对裂缝的封堵能力变差。

Claims (10)

1.一种适用于裂缝性漏失地层的温敏凝胶颗粒堵漏剂，其特征在于，所述的温敏凝胶颗粒堵漏剂包括以下重量份原料：固定相7-15份、可逆相8-15份、有机交联剂1-7份、引发剂0.2-1份，去离子水60-80份；所述的固定相为酚醛树脂、甲基丙烯酸、甲基丙烯酰胺中的两种或两种以上的组合；所述的可逆相为聚N-乙烯基乙酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)中的两种或两种以上的组合；所述的有机交联剂是以多胺化合物为主体，与硼酸酯反应制备得到。
2.根据权利要求1所述的温敏凝胶颗粒堵漏剂，其特征在于，所述的温敏凝胶颗粒堵漏剂包括以下重量份原料：固定相9-13份、可逆相10-14份、有机交联剂1-5份、引发剂0.2-1份，去离子水70-80份。
3.根据权利要求1所述的温敏凝胶颗粒堵漏剂，其特征在于，所述的可逆相为聚N-乙烯基乙酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)的组合，聚N-乙烯基乙酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)的质量比为4:2:1；所述的聚N-乙烯基乙酰胺的粘均分子量为100-150万；所述的聚N-异丙基丙烯酰胺的粘均分子量为130-150万；所述的聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)的粘均分子量为140-200万，其中N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酸的摩尔比为1：5-20。
4.根据权利要求1所述的温敏凝胶颗粒堵漏剂，其特征在于，所述的引发剂为氧化-还原引发剂体系；优选的，氧化剂为过硫酸钾或过硫酸铵，还原剂为亚硫酸氢钠或亚硫酸钠，氧化剂与还原剂的质量比为(0.7-1):1。
5.根据权利要求1所述的温敏凝胶颗粒堵漏剂，其特征在于，所述有机交联剂的制备方法，包括步骤如下：
(a)将三乙醇胺和硼酸加入乙醇中，搅拌均匀，通入氮气除氧后，密封静置反应；反应完成后，除去溶剂，得到液态硼酸酯；
(b)将步骤(1)得到的液态硼酸脂与多胺化合物混合，通入氮气除氧后，密封搅拌反应；反应完成后，将所得沉淀过滤、洗涤、烘干并粉碎造粒，得到有机交联剂粉末。
6.根据权利要求5所述的温敏凝胶颗粒堵漏剂，其特征在于，包括以下条件中的一项或多项：
A.步骤(a)中所述的三乙醇胺和硼酸的摩尔比为(1.5-2):1，所述三乙醇胺与乙醇的体积比为(0.2-0.5):1；
B.步骤(a)中所述的搅拌的温度为40-70℃，优选为45-55℃；通入氮气的时间为10-15min；
C.步骤(a)中所述的静置反应温度为60-90℃，优选为65-75℃，反应时间为1-2h；
D.步骤(b)中所述的多胺化合物为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一种或两种以上的组合；所述液态硼酸脂与多胺化合物的质量比为(1-1.5):1；
E.步骤(b)中所述的通入氮气时间为10-15min；所述反应温度为160-190℃，优选为175-185℃，反应时间为3-6h，优选为4-5h；
F.步骤(b)中所述的洗涤为用无水乙醇洗涤，所述干燥为在50-80℃下干燥4-6h，所述造粒的粒径为100-2000μm。
7.权利要求1-2任一项所述的温敏凝胶颗粒堵漏剂的制备方法，包括步骤如下：
(1)依次将固定相和可逆相加入到去离子水中，搅拌待其完全溶解，得到溶液A；
(2)将有机交联剂加入到溶液A中，搅拌待其完全溶解，得到溶液B；
(3)将引发剂颗粒加入到溶液B中，搅拌待其完全溶解，得到混合溶液；
(4)将混合溶液静置进行交联反应得到交联凝胶；交联凝胶经干燥、粉碎造粒，得到近球状或片状温敏凝胶颗粒堵漏剂。
8.根据权利要求7所述的温敏凝胶颗粒堵漏剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的搅拌温度为30-60℃，优选为40-50℃；搅拌速率为500-1000转/分钟，优选为700-800转/分钟，搅拌时间为20-40min，优选为25-30min；
优选的，步骤(2)中所述的搅拌温度为50-70℃，优选为60-65℃；搅拌速率为100-400转/分钟，优选为200-300转/分钟，搅拌时间为10-30min，优选为20-25min；
优选的，步骤(3)中所述的搅拌温度为50-70℃，优选为60-65℃；搅拌速率为100-400转/分钟，优选为200-300转/分钟，搅拌时间为10-30min，优选为20-25min；
优选的，步骤(4)所述的交联反应温度为80-120℃，优选为95-105℃，反应时间为5-8h，优选为6-7h；所述的干燥为在50-80℃下干燥7-9h。
9.权利要求1-2任一项所述的温敏凝胶颗粒堵漏剂在裂缝型漏失堵漏中的应用，所述应用方法为：将制得的片状和/或近球状温敏凝胶颗粒堵漏剂加入钻井液中，搅拌老化，而后将钻井液注入到井筒中进行随钻堵漏。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，根据裂缝宽度选择钻井液中温敏凝胶颗粒堵漏剂的浓度：裂缝宽度小于1mm时，温敏凝胶颗粒堵漏剂的质量浓度为2-6％；裂缝宽度1-5mm，温敏凝胶颗粒堵漏剂的浓度为6-15％；裂缝宽度大于5mm，温敏凝胶颗粒堵漏剂的质量浓度为10-20％；所述搅拌老化的时间为30-40min；
优选的，根据裂缝宽度选择片状和近球状温敏凝胶颗粒堵漏剂的尺寸：近球状凝胶颗粒的平均粒径为1/3至1/2缝宽，片状凝胶颗粒的平均长度为1/2至1缝宽、平均厚度为1/10至1/3缝宽；
优选的，将片状和近球状温敏凝胶堵漏剂复配使用，片状和近球状温敏凝胶堵漏剂的质量比为1:(0.5-1.5)。
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