CN112608725B - 一种凝胶型封堵剂及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及封堵剂技术领域，具体公开了一种凝胶型封堵剂及其生产工艺，本申请的凝胶型封堵剂主要由如下重量份数的原料制成：双酚A环氧树脂10‑20份、甲基丙烯酸10‑20份、引发剂0.2‑2份、有机蒙脱土5‑30份、固化剂5‑15份、偶联剂5‑15份、低收缩添加剂4‑10份；所述固化剂为对羟基苯磺酸、二乙烯三胺、过氧化氢中的一种或者多种的组合；所述偶联剂为3‑氨基丙基三乙氧基硅烷、γ‑(2,3‑环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ‑甲基丙烯酰氧基丙基中的一种或者多种的组合；所述低收缩添加剂为嵌段型聚醋酸‑苯乙烯、聚氨酯、聚醋酸乙烯酯中的一种或者多种的组合。本申请的凝胶型封堵剂具有较高粘性效果。

Description

一种凝胶型封堵剂及其生产工艺

技术领域

本申请涉及封堵剂领域，更具体地说，它涉及一种凝胶型封堵剂及其生产工艺。

背景技术

随着石油开采产业的不断发展，在油田开发过程中，水通常沿高渗透大孔道、微裂缝渗进，而且这些高渗透裂缝孔道在垂直剖面上不能明显划分层段，因而就不能采取简单的机械卡隔，因此化学封堵技术成为碳酸盐岩油藏稳油控水的重要措施。对于碳酸盐岩油藏来说，由于碳酸盐岩油藏的特殊性，使得油井的出水规律不同于砂岩油藏。因此，开发出适合碳酸盐岩油藏的封堵剂技术十分必要。

申请公布号为CN104694096A的中国发明专利公开了一种油田开发用堵剂的制备方法，所述堵剂由不饱和树脂乳液、固化剂和偶联剂为原料制备得到，且所述不饱和树脂乳液由196不饱和聚酯树脂、乳化剂和水混合形成，该堵剂制备时，先将所述196不饱和聚酯树脂和乳化剂搅拌混匀，再加入水后搅拌混匀形成不饱和树脂乳液；再将固化剂和偶联剂加入不饱和树脂乳液中形成堵剂，偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷；固化剂为过氧化氢、过氧化苯甲酰和过氧化甲乙酮中的一种或多种。

针对上述相关技术，发明人认为该方法制备的堵剂的粘度较小，使用时封堵效果较差。

发明内容

为了提高封堵剂的粘度效果，本发申请提供一种凝胶型封堵剂及其生产工艺。

第一方面，本申请提供的一种凝胶型封堵剂采用如下的技术方案：

一种凝胶型封堵剂，主要由如下重量份数的原料制成：双酚A环氧树脂10-20份、甲基丙烯酸10-20份、引发剂0.2-2份、有机蒙脱土5-30份、固化剂5-15份、偶联剂5-15份、低收缩添加剂4-10份；所述引发剂为过氧化物引发剂或季铵盐引发剂；所述固化剂为对羟基苯磺酸、二乙烯三胺中的一种或者多种的组合；所述偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基中的一种或者多种的组合；所述低收缩添加剂为嵌段型聚醋酸-苯乙烯、聚氨酯、聚醋酸乙烯酯中的一种或者多种的组合。

通过采用上述技术方案，本申请的凝胶型封堵剂的制备原料中使用了有机蒙脱土，有机蒙脱土具有天然的片层状纳米结构，双酚A环氧树脂、甲基丙烯酸反应生成的乙烯基酯树脂和固化剂的分子均可以通过插层反应进入到有机蒙脱土的片层中，并在层间发生固化反应，固化反应的聚合热的热能转换为有机蒙脱土片层剥离的动能，有机蒙脱土片层内的固化的树脂使有机蒙脱土片层之间的距离变大，同时降低了有机蒙脱土片层与片层之间的吸引力，使得有机蒙脱土片层易于被剥离，被剥离的有机蒙脱土片层以纳米尺寸大小的形态分散在乙烯基酯树脂中，从而提高乙烯基酯树脂的粘度效果，因此，获得了封堵效果较好的封堵剂。

优选的，主要由如下重量份数的原料制成：双酚A环氧树脂10-15份、甲基丙烯酸10-15份、引发剂0.5-1份、有机蒙脱土5-20份、固化剂5-10份、偶联剂5-10份、低收缩添加剂5-8份。

通过采用上述技术方案，对各原料的比例进行优选，使不同原料之间合理搭配，能够进一步提高有机蒙脱土与树脂的反应充分程度，进一步提高封堵剂的粘度效果。

优选的，所述引发剂为四丁基溴化铵。

通过采用上述技术方案，四丁基溴化铵对双酚A环氧树脂和甲基丙烯酸合成乙烯基酯树脂的反应起到了更高效的促进作用，加快了反应速度。

优选的，所述固化剂由对羟基苯磺酸与二乙烯三胺按质量比1:1混合得到。

通过采用上述技术方案，乙烯基酯树脂分子的大分子链上具有活性基团，同时由于对羟基苯磺酸与二乙烯三胺的活性较高，可以使乙烯基酯树脂分子上的活性基团与固化剂中的活性基团之间发生交联反应，生成不溶解也不熔化的网状结构，加快乙烯基酯树脂的固化速度。

优选的，所述原料还包括1-3重量份的高岭土。

通过采用上述技术方案，聚合得到的乙烯基酯树脂的网状体结构可以将高岭土牢固缠结，进一步增强封堵剂的抗压强度。

优选的，所述偶联剂由3-氨基丙基三乙氧基硅烷与γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷按质量比1:1混合得到。

通过采用上述技术方案，上述偶联剂具有亲有机物基团和亲无机物基团，亲有机物基团可与高岭土表面的化学基团结合，形成较强的化学键；亲无机物基团可与乙烯基酯树脂的化学基团结合形成较强的化学键，从而使乙烯基酯树脂与高岭土的界面实现化学键接，大幅度提高封堵剂的强度。

优选的，所述低收缩添加剂为嵌段型聚醋酸-苯乙烯。

通过采用上述技术方案，由于双酚A环氧树脂和甲基丙烯酸在发生聚合时树脂单元会紧密堆积，集结成核，这会导致树脂出现聚合收缩和热收缩的现象，而收缩引起的内应力会导致树脂从表面向内凹陷，此凹陷从聚合物表面至中心逐步传递，释放内应力直至平衡，这直接导致了缺陷的发生。嵌段型聚醋酸-苯乙烯与树脂相容性较好，固化前与树脂为均相体系，固化后均匀分相，控制树脂固化的收缩程度，从而达到大幅度降低收缩率的效果。

第二方面，本申请提供的一种凝胶型封堵剂的生产工艺采用如下的技术方案：

一种上述的凝胶型封堵剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将双酚A环氧树脂与引发剂混合，在90℃-130℃的温度下边搅拌边滴加甲基丙烯酸，滴加完毕后，冷却得到反应液；

(2)向步骤(1)得到的反应液中加入有机蒙脱土，在60℃-120℃的温度下混合均匀，得到混合液；

(3)向步骤(2)得到的混合液中加入偶联剂、固化剂和低收缩添加剂混合均匀，即得。

通过采用上述技术方案，甲基丙烯酸和双酚A环氧树脂先通过聚合反应生成乙烯基酯树脂，得到交联结构，在得到交联结构后加入有机蒙脱土，与乙烯基酯树脂结合，偶联剂可以进一步增加乙烯基酯树脂间的紧密连接程度，固化剂用于加快乙烯基酯树脂生成网状结构的速率，低收缩添加剂的添加用于降低乙烯基酯树脂固化的收缩率，得到粘度效果比较好的封堵剂。

优选的，所述步骤(1)中搅拌的速度400-600r/min。

通过采用上述技术方案，当搅拌速率大于600r/min时，乙烯基酯树脂中的大分子链容易在搅拌中断裂，降低封堵剂的粘性；由于乙烯基酯树脂的粘度较大，当搅拌速率小于400r/min时不易使乙烯基酯树脂搅拌均匀。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

第一、由于本申请的凝胶型封堵剂的制备原料中添加了有机蒙脱土，由于有机蒙脱土独特的片层状纳米结构，乙烯基酯树脂与固化剂的分子可以通过插层反应进入到蒙脱土片层，从而使蒙脱土片层剥离，被剥离成颗粒状的有机蒙脱土片层以纳米尺寸大小的形态分散在乙烯基酯树脂中，从而提高乙烯基酯树脂的强度与韧性，起到了增强封堵剂粘度效果的作用。

第二、本申请中通过在凝胶型封堵剂的制备原料中添加了一定量的低收缩添加剂，低收缩添加剂可以通过局部松弛释放内应力补偿树脂聚合收缩，从而达到降低树脂收缩率的效果。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

下面实施例中，双酚A环氧树脂为中等相对分子质量环氧树脂，优选的，双酚A环氧树脂的环氧当量为530；有机蒙脱土为钠基蒙脱土，进一步优选的，下述实施例中的有机蒙脱土为nanocor品牌的N105钠基蒙脱土；甲基丙烯酸的纯度为99.5％。

过氧化物引发剂为过氧化2-乙基己基酸叔丁酯。

混合物制备时是以100℃-120℃的条件下的搅拌30-90min。

实施例1

本实施例的凝胶型封堵剂由如下重量的原料制成：双酚A环氧树脂10kg、甲基丙烯酸10kg、引发剂0.2kg、有机蒙脱土5kg、固化剂5kg、偶联剂5kg、低收缩添加剂4kg。引发剂为四丁基溴化铵。固化剂为对羟基苯磺酸。偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷。低收缩添加剂为嵌段型聚醋酸-苯乙烯

本实施例凝胶型封堵剂的生产工艺包括如下步骤：

(1)将10kg的双酚A环氧树脂放入装有搅拌桨的反应釜中，搅拌桨的搅拌速率设置为 500r/min，在110℃的条件下加热搅拌30min，然后保持搅拌速率不变的条件下，开始向反应釜中滴加10kg的甲基丙烯酸(30℃)，控制在1.8h内添加完毕；在添加甲基丙烯酸的同时也加入0.2kg的引发剂，甲基丙烯酸和引发剂加入完成后，搅拌并使混合液逐渐冷却，得到反应液。

(2)将5kg的有机蒙脱土加入步骤(1)得到的反应液中，在温度为90℃下搅拌10min，搅拌速率设置为500r/min，搅拌后得到混合液；

(3)将5kg的固化剂加入步骤(2)中得到的混合液中，同时在120℃条件下搅拌60min，保持搅拌速率为500r/min；待搅拌结束后，保持加热温度不变，向反应釜中添加5kg的偶联剂和4kg的低收缩添加剂，以同样的搅拌速度继续搅拌45min后将反应完毕后的混合物从反应釜中取出，冷却到室温，即得。

实施例2

本实施例的凝胶型封堵剂由如下重量的原料制成：双酚A环氧树脂15kg、甲基丙烯酸15kg、引发剂0.6kg、有机蒙脱土18kg、固化剂12kg、偶联剂10kg、低收缩添加剂7kg。引发剂为四丁基溴化铵。固化剂为对羟基苯磺酸。偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷。低收缩添加剂为嵌段型聚醋酸-苯乙烯。

本实施例的凝胶型封堵剂的生产工艺包括如下步骤：

(1)将15kg的双酚A环氧树脂放入装有搅拌桨的反应釜中，搅拌桨的搅拌速率设置为 400r/min，在90℃的条件下加热搅拌50min，然后保持搅拌速率不变的条件下，开始向反应釜中添加15kg的甲基丙烯酸，控制在2h内滴加完毕；在添加甲基丙烯酸的同时也加入0.6kg的引发剂，甲基丙烯酸和引发剂加入完成后，搅拌并使混合液逐渐冷却，得到反应液。

(2)将18kg的有机蒙脱土加入步骤(1)制备的反应液中，在温度设置为85℃下搅拌15min，搅拌速率设置为400r/min，搅拌均匀后得到混合液；

(3)将12kg的固化剂加入步骤(2)中得到的混合液中，同时在110℃条件下搅拌75min，保持搅拌速率为400r/min；待搅拌结束后，保持加热温度不变，向反应釜中添加10kg的偶联剂和7kg的低收缩添加剂，以同样的速度继续搅拌50min后将反应完毕后的混合物从反应釜中取出，冷却到室温，即得。

实施例3

本实施例的凝胶型封堵剂由如下重量的原料制成：双酚A环氧树脂20kg、甲基丙烯酸20kg、引发剂2kg、有机蒙脱土30kg、固化剂15kg、偶联剂15kg、低收缩添加剂10kg。引发剂为四丁基溴化铵。固化剂为对羟基苯磺酸。偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷。低收缩添加剂为嵌段型聚醋酸-苯乙烯。

本实施例的凝胶型封堵剂的生产工艺同实施例2。

实施例4

本实施例的凝胶型封堵剂由如下重量的原料制成：双酚A环氧树脂13kg、甲基丙烯酸13kg、引发剂0.8kg、有机蒙脱土15kg、固化剂7kg、偶联剂8kg、低收缩添加剂6kg。引发剂为四丁基溴化铵。固化剂为对羟基苯磺酸。偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷。低收缩添加剂为聚氨酯。

本实施例的凝胶型封堵剂的生产工艺同实施例2。

实施例5

本实施例的凝胶型封堵剂主要由如下重量的原料制成：双酚A环氧树脂13kg、甲基丙烯酸 13kg、引发剂0.8kg、有机蒙脱土15kg、固化剂7kg、偶联剂8kg、低收缩添加剂6kg和1kg 的高岭土。

本实施例的凝胶型封堵剂的生产工艺与实施例4的不同之处在于步骤(2)中在将有机蒙脱土加入后，加入了高岭土，并以同样的速度搅拌混合均匀，其他的与实施例4中相同。

实施例6

本实施例的凝胶型封堵剂由如下重量的原料制成：双酚A环氧树脂13kg、甲基丙烯酸13kg、引发剂0.8kg、有机蒙脱土15kg、固化剂7kg、偶联剂8kg、低收缩添加剂6kg和2kg的高岭土。引发剂为四丁基溴化铵。固化剂为对羟基苯磺酸。偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷。低收缩添加剂为嵌段型聚醋酸-苯乙烯。

本实施例凝胶型封堵剂的生产工艺同实施例5。

实施例7

本实施例的凝胶型封堵剂由如下重量的原料制成：双酚A环氧树脂13kg、甲基丙烯酸13kg、引发剂0.8kg、有机蒙脱土15kg、固化剂7kg、偶联剂8kg、低收缩添加剂6kg和3kg的高岭土。引发剂为四丁基溴化铵。固化剂为对羟基苯磺酸。偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷。低收缩添加剂为嵌段型聚醋酸-苯乙烯。

本实施例凝胶型封堵剂的生产工艺同实施例5。

实施例8

本实施例的凝胶型封堵剂由如下重量的原料制成：双酚A环氧树脂13kg、甲基丙烯酸13kg、引发剂0.8kg、有机蒙脱土15kg、固化剂7kg、偶联剂8kg、低收缩添加剂6kg。引发剂为四丁基溴化铵。固化剂由对羟基苯磺酸与二乙烯三胺以质量比1:1混合得到。偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷。低收缩添加剂由聚氨酯和聚醋酸乙烯酯按照质量比1:2混合得到。

本实施例凝胶型封堵剂的生产工艺同实施例5。

实施例9

本实施例的凝胶型封堵剂由如下重量的原料制成：双酚A环氧树脂13kg、甲基丙烯酸13kg、引发剂0.8kg、有机蒙脱土15kg、固化剂7kg、偶联剂8kg、低收缩添加剂6kg。引发剂为过氧化2-乙基己基酸叔丁酯。固化剂为对羟基苯磺酸。偶联剂由3-氨基丙基三乙氧基硅烷与γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷按质量比3:1混合得到。低收缩添加剂为聚醋酸乙烯酯。

本实施例凝胶型封堵剂的生产工艺同实施例5。

对比例

本对比例和实施例1的不同之处在于，原料中并不含有有机蒙脱土，相应的生产工艺不包括步骤(2)。

性能检测试验

取实施例1-9和对比例中的凝胶型封堵剂，按照GB/T 16783.1-2014《石油天然气工业钻井液现场测试第1部分：水基钻井液》中的检测方法检测其粘度及粘度变化情况，检测结果如表1和表2所示。

取实施例1-9和对比例中的凝胶型封堵剂，按照如下方式测定其摩擦系数：将质量比为 1000:50的水和膨润土混合配制成基浆，然后加入质量分数为1％的上述封堵剂，利用MRS 系列四球摩擦试验机测试含润滑剂的基浆摩擦系数，测试条件为150N，转速为100rpm，测试温度为25℃，时间为20min，检测结果如表1所示：

表1实施例1-9和对比例中凝胶型封堵剂流变性能检测结果

表2实施例1-9和对比例中凝胶型封堵剂降解性能检测结果

通过实施例1、对比例1并结合表1可以看出，本申请的凝胶型封堵剂的粘度较大，这是因为，乙烯基酯树脂通过固化反应交联形成网状结构，乙烯基酯树脂可以与其固化剂的分子可以通过插层反应进入到蒙脱土片层，从而使蒙脱土片层剥离，被剥离成颗粒状的有机蒙脱土片层以纳米尺寸大小的形态分散在乙烯基酯树脂中，形成具有一定粘度的凝胶型结构。

通过实施例1、对比例并结合表2可以看出，随着时间的推移，凝胶型封堵剂的粘度短时间内增大，封堵性能增加，交联结构将岩心孔隙通道封堵，在封堵2d后交联结构中的乙烯基酯树脂和有机蒙脱土发生自降解，交联共聚物解离，凝胶型体系粘度下降，岩心孔隙通道重新解堵。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种凝胶型封堵剂，其特征在于：主要由如下重量份数的原料制成：双酚A环氧树脂10-20份、甲基丙烯酸10-20份、引发剂0.2-2份、有机蒙脱土5-30份、固化剂5-15份、偶联剂5-15份、低收缩添加剂4-10份；所述引发剂为过氧化物引发剂或季铵盐引发剂；所述固化剂为对羟基苯磺酸、二乙烯三胺中的一种或者多种的组合；所述偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或者多种的组合；所述低收缩添加剂为嵌段型聚醋酸-苯乙烯、聚氨酯、聚醋酸乙烯酯中的一种或者多种的组合；凝胶型封堵剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）将双酚A环氧树脂与引发剂混合，在90℃-130℃的温度下边搅拌边滴加甲基丙烯酸，滴加完毕后，冷却得到反应液；

（2）向步骤（1）得到的反应液中加入有机蒙脱土，在60℃-120℃的温度下混合均匀，得到混合液；

（3）向步骤（2）得到的混合液中加入偶联剂、固化剂和低收缩添加剂混合均匀，即得。

2.根据权利要求1所述的凝胶型封堵剂，其特征在于：主要由如下重量份数的原料制成：双酚A环氧树脂10-15份、甲基丙烯酸10-15份、引发剂0.5-1份、有机蒙脱土5-20份、固化剂5-10份、偶联剂5-10份、低收缩添加剂5-8份。

3.根据权利要求1或2所述的凝胶型封堵剂，其特征在于：所述引发剂为四丁基溴化铵。

4.根据权利要求1或2所述的凝胶型封堵剂，其特征在于：所述固化剂由对羟基苯磺酸与二乙烯三胺按质量比1:1混合得到。

5.根据权利要求1或2所述的凝胶型封堵剂，其特征在于：所述原料还包括1-3重量份的高岭土。

6.根据权利要求1或2所述的凝胶型封堵剂，其特征在于：所述偶联剂由3-氨基丙基三乙氧基硅烷与γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷按质量比为3:1混合得到。

7.根据权利要求1或2所述的凝胶型封堵剂，其特征在于：所述低收缩添加剂为嵌段型聚醋酸-苯乙烯。

8.一种如权利要求1所述的封堵剂的生产工艺，其特征在于：包括如下步骤：

（1）将双酚A环氧树脂与引发剂混合，在90℃-130℃的温度下边搅拌边滴加甲基丙烯酸，滴加完毕后，冷却得到反应液；

（2）向步骤（1）得到的反应液中加入有机蒙脱土，在60℃-120℃的温度下混合均匀，得到混合液；

（3）向步骤（2）得到的混合液中加入偶联剂、固化剂和低收缩添加剂混合均匀，即得。

9.根据权利要求8中所述的封堵剂的生产工艺，其特征在于：所述步骤（1）中搅拌的速度为400-600r/min。