CN112724947A - 一种耐高温高强度冻胶材料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐高温高强度冻胶材料及其应用，该冻胶材料包括部分水解聚丙烯酰胺、有机交联剂和水，其中，以所述耐高温高强度冻胶材料的总质量计，部分水解聚丙烯酰胺的含量为0.4‑0.9wt％，有机交联剂的含量为0.4‑1.5wt％，余量为水；所述有机交联剂为多羟基有机交联剂。本发明针对特定水解度和分子量的部分水解聚丙烯酰胺，选用多羟基有机交联剂能大大提高冻胶材料的耐高温性能和耐压强度，并在此基础上通过调节其pH进一步优化其综合性能通过加入过硫酸铵，可使其具有优异的自破胶性能，破胶后黏度利于反排；其原料易得且价格低廉，使其用于油田具有良好的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及油气田钻完井技术领域，更具体地，涉及一种耐高温高强度冻胶材料及其应用。
背景技术
近年来，随着欠平衡钻完井技术的深入研究和不断发展，国内外对于该技术的应用越来越广；然而，就目前该技术的现场应用来看，工作中存在的风险太高，发生井涌的风险很大。
在不压井作业中常用的地层堵塞方式有化学堵塞和机械堵塞技术，这两种方式可以在地层带压环境下进行作业，从近几年的发展来看，化学堵塞相比传统的机械堵塞所具有的优点较多，应用较广，经济评价性也较好。冻胶阀作为一种智能化学胶体，作为最近几年新兴发展起来的井下控压手段，得到了广泛的研究和应用。
冻胶阀是一种高弹性的冻胶，它在井下的作用是：临时性封堵井筒，并且能够承受一定的压差，从而有利于井下工作的正常实施，可以在不压井作业和欠平衡钻井中得到应用；其方法具体包括：首先将适量的基础胶液快速注入到井下，然后等待一段时间，保证其在地层的温度、压力等环境下充分成胶，当胶体达到一定的强度后，就可以利用其与管壁和地层接触产生的黏滞性来封隔地层压力，从而避免油气外溢。
因此，临时性封堵冻胶这一技术的使用在简化施工操作和大幅度缩减了施工经济支出的同时，也在不压井作业过程中起到了保护储层的作用。
目前，国内外在冻胶材料的研究方面取得了一定的成果，同时油气勘探开发的步伐也在快速前进，面对着越发严苛的现场作业环境，对于冻胶的性能要求也越来越高。
综上所述，为了满足压裂作业和不压井作业的需求，制备具有耐高温和高强度冻胶材料，并在此基础上，研究其自破胶方法，显得尤为重要，是本领域技术人员亟需解决的关键技术问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的技术问题，提供一种冻胶材料，在此基础上探讨其自破胶方法及其应用，该冻胶材料具有耐高温和高强度的优势，实际应用效果优异。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种耐高温高强度冻胶材料，包括部分水解聚丙烯酰胺、有机交联剂和水。
其中，以所述耐高温高强度冻胶材料的总质量计，部分水解聚丙烯酰胺的含量为0.4-0.9wt％，有机交联剂的含量为0.4-1.5wt％，余量为水。
所述有机交联剂为多羟基有机交联剂。
在上述技术方案中，所述耐高温高强度冻胶材料还包括，pH调节剂。
具体地，在上述技术方案中，所述pH调节剂为NaOH水溶液或盐酸水溶液。
进一步地，在上述技术方案中，所述pH调节剂的加入量为控制所述耐高温高强度冻胶材料的pH为8-10。
优选地，在上述技术方案中，所述pH调节剂的浓度为1wt％。
在上述技术方案中，所述耐高温高强度冻胶材料还包括，破胶剂。
具体地，在上述技术方案中，所述破胶剂为过硫酸铵。
再进一步地，在上述技术方案中，所述破胶剂的含量为0.04-0.12wt％。
详细地，在上述技术方案中，所述部分水解聚丙烯酰胺的水解度为27-30％，分子量为1200-1500万。
详细地，在上述技术方案中，所述有机交联剂采用如下方法制备：
往50ml浓度为0.004wt％的氢氧化钠水溶液中加入10g四硼酸钠，加热至45-55℃下搅拌溶解后，加入7.5g丙三醇并加热至62-68℃下水解反应，即得。
在一个优选实施方式中，所述耐高温高强度冻胶材料由部分水解聚丙烯酰胺、多羟基有机交联剂、pH调节剂、过硫酸铵和水组成。
具体地，在所述耐高温高强度冻胶材料中，以所述耐高温高强度冻胶材料的总质量计，部分水解聚丙烯酰胺的含量为0.7wt％，多羟基有机交联剂的含量为0.9wt％，pH调节剂的含量为控制所述耐高温高强度冻胶材料的pH为9，过硫酸铵的含量为0.1wt％，余量为水。
本发明另一方面还提供了上述耐高温高强度冻胶材料在欠平衡完井中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供了一种耐高温高强度冻胶材料，针对特定水解度和分子量的部分水解聚丙烯酰胺，选用多羟基有机交联剂能大大提高冻胶材料的耐高温性能和耐压强度；并在此基础上通过调节其pH进一步优化其综合性能；此外，通过加入过硫酸铵，可使其具有优异的自破胶性能，破胶后黏度利于反排；
(2)本发明所提供的耐高温高强度冻胶材料制备工艺简单，凝胶基液初始黏度低，注入性强，凝胶本体强度高，满足了现场不压井作业中对于高凝胶强度、成胶时间以及破胶的性能要求；
(3)本发明所提供的耐高温高强度冻胶材料原料易得且价格低廉，使其用于油田具有良好的经济效益。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，以使本领域的技术人员更加清楚地理解本发明。
以下实施例，仅用于说明本发明，但不止用来限制本发明的范围。
基于本发明中的具体实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的情况下，所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。
在本发明实施例中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品。
在本发明实施例中，所用到的部分水解聚丙烯酰胺为市售产品，购自广州亿源环保科技有限公司，其水解度为28％，其分子量为1300万。
在本发明实施例中，所用到的有机交联剂采用如下方法制备：
往50ml浓度为0.004wt％的氢氧化钠水溶液中加入10g四硼酸钠，加热至45-55℃下搅拌溶解后，加入7.5g丙三醇并加热至62-68℃下水解反应，反应完成后，即得该交联剂。
在本发明实施例中，所用到的水为自来水；其余原料均为常规市售产品。
在本发明实施例中，所用到的pH调节剂为，浓度均为1wt％的NaOH水溶液和盐酸水溶液。
实施例1
本发明实施例提供了一种耐高温高强度冻胶材料，其制备方法包括以下步骤：
取500ml烧杯，用量筒量取400ml自来水，倒入烧杯中，在搅拌器的搅拌下搅拌，用天平称取部分水解聚丙烯酰胺，加入到正在搅拌过程中的烧杯中，搅拌4h；
盖好保鲜膜，使其在常温下静置12h；之后将烧杯里的液体继续搅拌，使其混合均匀；
称取有机交联剂，加入后迅速转移至500ml容量瓶中定容后倒入烧杯中，搅拌15min，使溶液混合均匀，反应成胶。
具体配方如下表1所示。
表1耐高温高强度冻胶材料的配方
如下表2所示为不同配方的耐高温高强度冻胶材料的耐压强度和耐高温性能。
表2不同配方的耐高温高强度冻胶材料的耐压强度和耐高温性能
实施例2
本发明实施例提供了一种耐高温高强度冻胶材料，在实施例1的最佳配方基础上(部分水解聚丙烯酰胺和有机交联剂的含量分别为0.7wt％和0.9wt％)，通过调节其pH，探讨其pH对耐压强度和耐高温性能的影响，其制备方法与实施例1类似，pH调节通过加入NaOH水溶液或盐酸水溶液。
结果如下表3所示。
表3不同pH条件下冻胶材料的耐压强度和耐高温性能
实施例3
本发明实施例提供了一种耐高温高强度冻胶材料，在实施例1的最佳配方基础上(部分水解聚丙烯酰胺和有机交联剂的含量分别为0.7wt％和0.9wt％)，通过加入不同量的过硫酸铵，探讨其加入量对成胶时间、破胶时间、耐压强度和耐高温性能的影响，其制备方法与实施例1类似。
结果如下表4所示。
表3不同过硫酸铵的加入量冻胶材料的综合性能
本发明实施例所提供的耐高温高强度冻胶材料，针对特定水解度和分子量的部分水解聚丙烯酰胺，选用多羟基有机交联剂能大大提高冻胶材料的耐高温性能和耐压强度，通过调节其pH进一步优化其综合性能；此外，通过加入过硫酸铵，可使其具有优异的自破胶性能，破胶后黏度利于反排；本发明实施例所提供的耐高温高强度冻胶材料制备工艺简单，凝胶基液初始黏度低，注入性强，凝胶本体强度高，满足了现场不压井作业中对于高凝胶强度、成胶时间以及破胶的性能要求；本发明实施例所提供的耐高温高强度冻胶材料原料易得且价格低廉，使其用于油田具有良好的经济效益。
最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种耐高温高强度冻胶材料，其特征在于，
包括部分水解聚丙烯酰胺、有机交联剂和水；
其中，以所述耐高温高强度冻胶材料的总质量计，部分水解聚丙烯酰胺的含量为0.4-0.9wt％，有机交联剂的含量为0.4-1.5wt％，余量为水；
所述有机交联剂为多羟基有机交联剂。
2.根据权利要求1所述的耐高温高强度冻胶材料，其特征在于，
还包括，pH调节剂；
所述pH调节剂为NaOH水溶液或盐酸水溶液。
3.根据权利要求2所述的耐高温高强度冻胶材料，其特征在于，
所述pH调节剂的加入量为控制所述耐高温高强度冻胶材料的pH为8-10；
优选地，所述pH调节剂的浓度为1wt％。
4.根据权利要求1所述的耐高温高强度冻胶材料，其特征在于，
还包括，破胶剂；
所述破胶剂为过硫酸铵。
5.根据权利要求4所述的耐高温高强度冻胶材料，其特征在于，
所述破胶剂的含量为0.04-0.12wt％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的耐高温高强度冻胶材料，其特征在于，
所述部分水解聚丙烯酰胺的水解度为27-30％，分子量为1200-1500万。
7.根据权利要求1-5任一项所述的耐高温高强度冻胶材料，其特征在于，
所述有机交联剂采用如下方法制备：
往50ml浓度为0.004wt％的氢氧化钠水溶液中加入10g四硼酸钠，加热至45-55℃下搅拌溶解后，加入7.5g丙三醇并加热至62-68℃下水解反应，即得。
8.根据权利要求1-7任一项所述的耐高温高强度冻胶材料，其特征在于，
由部分水解聚丙烯酰胺、多羟基有机交联剂、pH调节剂、过硫酸铵和水组成；
以所述耐高温高强度冻胶材料的总质量计，部分水解聚丙烯酰胺的含量为0.7wt％，多羟基有机交联剂的含量为0.9wt％，pH调节剂的含量为控制所述耐高温高强度冻胶材料的pH为9，过硫酸铵的含量为0.1wt％，余量为水。
9.权利要求1-8任一项所述的耐高温高强度冻胶材料在欠平衡完井中的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210430 |
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