CN113185656B

CN113185656B - 一种温度响应型自降解暂堵剂及修井方法

Info

Publication number: CN113185656B
Application number: CN202110405391.5A
Authority: CN
Inventors: 李强; 于小荣; 秦少雄; 杨欢; 苏高申; 艾柳强; 严涵; 刘冲
Original assignee: Yangtze University
Current assignee: Yangtze University
Priority date: 2021-04-15
Filing date: 2021-04-15
Publication date: 2022-03-01
Anticipated expiration: 2041-04-15
Also published as: CN113185656A

Abstract

本发明提供了一种温度响应型自降解暂堵剂及修井方法，属于油气开采技术领域。包括以下质量百分含量的组分：包括以下质量百分含量的组分：4％～6％的含烯基单体，0.1％～1％的交联剂，0.1％～1％的引发剂，0.05％～0.5％的降解催化剂和余量的水，所述交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯，所述降解催化剂为2‑氨基‑2‑甲基‑1‑丙醇或乙二醇胺。本发明以聚乙二醇二丙烯酸酯为交联剂，以2‑氨基‑2‑甲基‑1‑丙醇或乙二醇胺为降解催化剂，暂堵剂在温度的作用下成胶并在一段时间内保持强度，随后随着时间的推移，聚乙二醇二丙烯酸酯在降解催化剂作用下交联失效，将凝胶暂堵剂降解为线性聚合物，最终粘度降低，实现凝胶自降解。

Description

一种温度响应型自降解暂堵剂及修井方法

技术领域

本发明涉及油气开采技术领域，尤其涉及一种温度响应型自降解暂堵剂及修井方法。

背景技术

为了应对在油气开采过程中油气井会出现的故障，需要对其进行修井作业以解除故障来恢复正常生产作业。但是在油气井进行修井作业时，受压差作用会造成修井液不同程度的漏失，不仅阻碍了正常的修井作业，而且会对地层造成污染。因此，如何采取有效措施实现井筒的暂堵，并在修井作业完成后将暂堵液成功返排具有重要的现实意义。

近年来液体胶塞被研究开发并逐渐在油气井作业中使用。凝胶暂堵型压井液通常也称作“液体胶塞”，是利用高浓度的聚合物溶液在井筒中交联的原理，在井筒中形成一段高强度黏弹性胶塞，可代替高密度压井液进行压井作业，也可代替机械桥塞进行分段压裂，或者代替机械封隔器进行压裂施工。但是，现有的液体胶塞还存在破胶降解困难的问题。中国专利CN105131917A公开了一种可降解液体胶塞，其组成包括羧甲基胍尔胶，γ-氨丙基三乙氧基硅烷和十六烷基三甲基溴化铵等，在施工结束后，需要向井筒中泵入过硫酸铵溶液进行破胶，施工过程复杂繁琐；中国专利CN106905940A公开了一种中高密度弹性液体胶塞及修井方法，修井结束后，需要一定外力集中破坏，液体胶塞破裂成弹性胶塞颗粒才能降解，再用盐水压井液循环冲洗，工艺复杂。如果胶塞破坏不均匀，容易形成大块胶塞，增加了后处理难度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种温度响应型自降解暂堵剂及修井方法。本发明提供的温度响应型自降解暂堵剂成胶性能良好，作业结束后暂堵剂自动降解。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种温度响应型自降解暂堵剂，包括以下质量百分含量的组分：4％～6％的含烯基单体，0.1％～1％的交联剂，0.1％～1％的引发剂，0.05％～0.5％的降解催化剂和余量的水，所述交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯，所述降解催化剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇或乙二醇胺。

优选地，所述含烯基单体为丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基烯丙基磺酸钠、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、对苯乙烯磺酸钠、二甲基二烯丙基氯化铵、衣康酸、丙烯酸或马来酸酐。

优选地，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸、过硫酸钾-硫代硫酸钠、过硫酸铵-亚硫酸氢钠或偶氮二异丁脒盐酸盐。

优选地，包括以下质量百分含量的组分：4％的丙烯酰胺，0.8％的聚乙二醇600双丙烯酸酯，0.1％的过硫酸铵，0.1％～0.5％的2-氨基-2-甲基-1-丙醇和余量的水。

优选地，包括以下质量百分含量的组分：4％的丙烯酰胺、0.1％的聚乙二醇600双丙烯酸酯，0.2％的过硫酸铵，0.25％的2-氨基-2-甲基-1-丙醇和余量的水。

优选地，包括以下质量百分含量的组分：5％的丙烯酰胺、0.3％的聚乙二醇600双丙烯酸酯，0.5％的过硫酸铵，0.25％的2-氨基-2-甲基-1-丙醇和余量的水。

本发明还提供了一种修井方法，包括将上述技术方案所述的温度响应型自降解暂堵剂注入油气井内，形成暂堵层。

优选地，包括以下步骤：

向油气井内依次注入前置液、所述温度响应型自降解暂堵剂和顶替液，所述温度响应型自降解暂堵剂进行成胶，形成暂堵层。

优选地，所述成胶的温度为55～85℃，时间为3～7h。

优选地，所述前置液和顶替液均为聚丙烯酰胺水溶液，所述聚丙烯酰胺水溶液作为前置液或顶替液的质量浓度独立地为2‰～4‰。

本发明提供了一种温度响应型自降解暂堵剂，包括以下质量百分含量的组分：包括以下质量百分含量的组分：4％～6％的含烯基单体，0.1％～1％的交联剂，0.1％～1％的引发剂，0.05％～0.5％的降解催化剂和余量的水，所述交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯，所述降解催化剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇或乙二醇胺。本发明以聚乙二醇二丙烯酸酯为交联剂，以2-氨基-2-甲基-1-丙醇或乙二醇胺为降解催化剂，暂堵剂在温度的作用(55～85℃，即井下温度)下成胶并在一段时间内保持强度，暂堵剂成胶之后是三维网状结构的聚合物，随后随着时间的推移，水溶性交联剂(聚乙二醇二丙烯酸酯)在降解催化剂作用下交联失效，三维网状结构的聚合物开始降解，三维网状结构就转换为线性结构，导致聚合物粘度降低，实现凝胶的自降解，且本发明发明通过精确控制交联剂和降解催化剂的用量，实现了对成胶时间、交联失效(破胶)时间的可控，成胶时间为3～7h，破胶时间为72～95h，更好的满足现场的需求，解决了现有液体胶塞破胶降解困难的问题，而且成胶性能良好(暂堵剂成胶后强度高，封堵能力强)，作业结束后暂堵剂自动降解，实现安全作业，而且对地下环境无污染。

本发明还提供了一种修井方法，包括将上述技术方案所述的温度响应型自降解暂堵剂注入油气井内，形成暂堵层。本发明的修井方法利用了温度响应型自降解暂堵剂，成胶性能好，而且成胶时间、破胶时间可控，大大提高了凝胶暂堵剂的适应性，并且作业结束后暂堵剂自动降解，实现安全作业，而且对地下环境无污染。

附图说明

图1为实施例1中压力随注入量变化图；

图2为实施例2中温度响应型自降解暂堵剂突破压力测试图。

具体实施方式

本发明提供了一种温度响应型自降解暂堵剂，包括以下质量百分含量的组分：4％～6％的含烯基单体，0.1％～1％的交联剂，0.1％～1％的引发剂，0.05％～0.5％的降解催化剂和余量的水，所述交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯，所述降解催化剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP-95)或乙二醇胺。

在本发明中，若无特殊说明，使用的原料均为本领域市售商品。

在本发明中，所述聚乙二醇二丙烯酸酯优选为聚乙二醇600双丙烯酸酯。

在本发明中，所述含烯基单体优选为丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基烯丙基磺酸钠、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、对苯乙烯磺酸钠、二甲基二烯丙基氯化铵、衣康酸、丙烯酸或马来酸酐。

在本发明中，所述引发剂优选为过硫酸铵、过硫酸、过硫酸钾-硫代硫酸钠、过硫酸铵-亚硫酸氢钠或偶氮二异丁脒盐酸盐。

在本发明中，所述温度响应型自降解暂堵剂优选包括以下质量百分含量的组分：4％的丙烯酰胺，0.8％的聚乙二醇600双丙烯酸酯，0.1％的过硫酸铵，0.1％～0.5％的2-氨基-2-甲基-1-丙醇和余量的水，更优选包括以下质量百分含量的组分：4％的丙烯酰胺，0.8％的聚乙二醇600双丙烯酸酯，0.1％的过硫酸铵，0.1％的2-氨基-2-甲基-1-丙醇和余量的水。

在本发明中，所述温度响应型自降解暂堵剂优选包括以下质量百分含量的组分：4％的丙烯酰胺、0.1％的聚乙二醇600双丙烯酸酯，0.2％的过硫酸铵，0.25％的2-氨基-2-甲基-1-丙醇和余量的水或

5％的丙烯酰胺、0.3％的聚乙二醇600双丙烯酸酯，0.5％的过硫酸铵，0.25％的2-氨基-2-甲基-1-丙醇和余量的水。

本发明对所述温度响应型自降解暂堵剂的制备方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的组合物的制备方法制得即可。

在本发明中，所述修井方法优选包括以下步骤：

在本发明中，所述前置液优选为聚丙烯酰胺水溶液，所述聚丙烯酰胺水溶液的质量浓度优选为2‰～4‰，更优选为3‰。

在本发明中，所述前置液的注入量优选为井筒注入总量的20vol％～30vol％。在本发明中，所述前置液起到清洗井筒和隔绝地层水的作用。

注入前置液后，本发明向所述油气井注入所述温度响应型自降解暂堵剂，和顶替液，所述温度响应型自降解暂堵剂进行成胶，形成暂堵层。

在本发明中，所述温度响应型自降解暂堵剂的注入量优选为井筒注入总量的40vol％～60vol％。

在本发明中，所述成胶的温度优选为55～85℃，时间优选为3～7h。本发明中，所述温度响应型自降解暂堵剂在成胶温度的作用下成胶并在一段时间内保持强度，随后随着时间的推移，水溶性交联剂在降解催化剂作用下交联失效，将凝胶暂堵剂降解为线性聚合物，最终粘度降低，实现凝胶的自降解。

在本发明中，所述交联失效的时间优选为72～95h，所述交联失效的时间以是成胶完成的时间开始计算。

在本发明中，所述最终粘度优选为100mPa·s以下。

在本发明中，所述顶替液优选为聚丙烯酰胺水溶液，所述聚丙烯酰胺水溶液的质量浓度优选为2‰～4‰，更优选为3‰。

在本发明中，所述顶替液的注入量优选为井筒注入总量的20vol％～30vol％。

注入顶替液后，本发明优选还包括当所述温度响应型自降解暂堵剂完全降解后将溶液返排。

为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的温度响应型自降解暂堵剂及修井方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

首先称取质量分数为5g的丙烯酰胺、0.3g聚乙二醇600双丙烯酸酯，0.5g的过硫酸铵，0.25g的AMP-95于93.95mL水中配制温度响应型自降解暂堵剂；配制质量分数为3‰的聚丙烯酰胺水溶液作为前置液和后置液。

在2000mD渗透率岩心(模拟油气井)中依次注入10mL的3‰聚丙烯酰胺水溶液、20mL温度响应型自降解暂堵剂，破胶后再注入20mL的3‰聚丙烯酰胺水溶液且实时观测注入压力变化，随后将岩心分别放入50℃、60℃、70℃、80℃恒温烘箱中对暂堵剂的耐温性能进行测试，实验结果如图1所示，温度对温度响应型自降解暂堵剂成胶时间和破胶时间的影响如表1所示，由图1和表1可知，在岩心中随着注入量的增加，压力一直保持在0.02MPa，随后不断注入温度响应型自降解暂堵剂和顶替液，实验压力也一直稳定在0.02MPa，说明暂堵剂的注入性很好。将温度响应型自降解暂堵剂注入岩心后，随着温度的提高，成胶时间逐渐延长、破胶时间缩短，暂堵剂成胶后强度看维持在3d以上，且随着暂堵剂配方的调整，本发明实现了凝胶强度维持时间可控。

表1温度对暂堵剂成胶时间和破胶时间的影响

	50℃	60℃	70℃	80℃
					成胶时间	3h	4h	4h	5h
破胶时间	95h	90h	72h	72h

实施例2

首先称取4g的丙烯酰胺、0.1g聚乙二醇600双丙烯酸酯，0.2g的过硫酸铵，0.25g的AMP-95于95.45mL水中配制暂堵剂溶液；配制质量分数为4‰的聚丙烯酰胺水溶液作为前置液和后置液。

在2000mD渗透率岩心(模拟油气井)中依次注入10mL的4‰聚丙烯酰胺水溶液、20mL温度响应型自降解暂堵剂，20mL的4‰聚丙烯酰胺水溶液，在60℃恒温烘箱中反应4h后成胶，成胶后将岩心取出在驱替装置中分别用清水驱和气驱反向驱替来测试暂堵剂的突破压力，实验结果如图2所示，由实验结果可知，分别用清水和气体反向驱替岩心测试暂堵剂突破压力最高达到5MPa和5.5MPa，结果相差不大，且该曲线只有一个突破点，说明清水和气体是穿透了凝胶，而不是从凝胶和井筒直接的缝隙穿透过来的，也说明了本发明的温度响应型自降解暂堵剂成胶后与井壁黏性很大，在施工时可以与井筒紧密粘附在一起，不会由于地层压力出现脱落现象。温度响应型自降解暂堵剂突破压力在5MPa，说明温度响应型自降解暂堵剂可承受较大压力，在5MPa压力以下的地层中有很强的适应性。

实施例3

首先称取4g的丙烯酰胺、0.8g聚乙二醇600双丙烯酸酯，1g的过硫酸铵，分别为0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g的AMP-95于水中配制暂堵剂溶液，暂堵剂溶液中丙烯酰胺的质量分数为4％，聚乙二醇600双丙烯酸酯的质量分数为0.8％，过硫酸铵的质量分数为1％，AMP-95的质量分数为分别为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％，测试不同降解催化剂加量下对温度响应型自降解暂堵剂破胶时间的影响，用目测法对暂堵剂的破胶时间进行观测记录，用凝胶强度代码法表示凝胶暂堵剂的强度变化，实验结果如表2所示，由实验结果可知，在不同降解催化剂加量下，温度响应型自降解暂堵剂的成胶时间均在4h～5h成胶，随着降解催化剂加量的提高，温度响应型自降解暂堵剂的破胶时间逐渐缩短，当加量为0.5％时，温度响应型自降解暂堵剂强度仅能保持1d～2d，而加量为0.1％时，温度响应型自降解暂堵剂成胶后强度可保持8d～9d，说明该温度响应型自降解暂堵剂可通过控制降解催化剂加量来调整暂堵剂的破胶时间，在实际工作中，可根据现场情况以及施工情况来控制破胶时间，具有很强的适应性。

表2不同降解催化剂加量下对温度响应型自降解暂堵剂破胶时间的影响

表中A、C、D、E、F是凝胶强度代码法，每一级代表不同的凝胶强度，用于评价凝胶的强度。

实施例4

首先称取质量分数为4g的丙烯酰胺、交联剂分别使用0.3gN,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)和0.3g聚乙二醇600双丙烯酸酯(P-600)，0.5g的过硫酸铵，0.25g的AMP-95于94.95mL水中配制暂堵剂，观察记录使用不同交联剂时暂堵剂的成胶效果和降解效果并用凝胶代码法表示，实验结果如表3。

表3交联剂对暂堵剂强度的影响

表中G、E、F是凝胶强度代码法，每一级代表不同的凝胶强度，用于评价凝胶的强度。

凝胶一般使用MBA作为常用交联剂，由实验结果可知，当使用MBA当做交联剂时，暂堵剂在4h成胶且凝胶强度一直保持在G级没有发生降解，而使用水溶性交联剂P-600时，暂堵剂在第七天开始降解，粘度由G级降为F级，说明常规交联剂难以满足降解的需求，而温度响应型水溶性交联剂可以使凝胶发生降解。

实施例5

首先称取5g的丙烯酰胺、0.2g聚乙二醇600双丙烯酸酯，0.2g的过硫酸铵，分别称取0.01g、0.02g、0.03g、0.04g、0.05g乙二醇胺置于水中配制100mL的暂堵剂溶液，测试暂堵剂强度随时间的变化，实验结果如表4所示。

表4暂堵剂强度随时间的变化

表中A、B、G、E、F是凝胶强度代码法，每一级代表不同的凝胶强度，用于评价凝胶的强度。

由实验结果可知，当使用降解催化剂加量在0.01％～0.05％内时，暂堵剂均可在4h成胶。当加量在0.05％时，暂堵剂在10d强度开始有变化，到30d基本降解完全，加量低于0.05％时，暂堵剂为脆性凝胶无法降解，说明降解催化剂最佳加量在0.05％以上。

实施例6

首先称取5g的丙烯酸纳、0.2g聚乙二醇600双丙烯酸酯，0.2g的过硫酸铵，分别称取0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g乙二醇胺置于水中配制100mL的暂堵剂溶液，测试暂堵剂强度随时间的变化，实验结果如表5。

表5暂堵剂强度随时间的变化

表中A、B、C、D、E、F是凝胶强度代码法，每一级代表不同的凝胶强度，用于评价凝胶的强度。

由实验结果可知，当使用单体为丙烯酸纳、降解催化剂为乙二醇胺时，可以有相同的实验效果，不同降解催化剂加量下暂堵剂的降解时间也不同，随着降解催化剂加量的提高，暂堵剂的降解时间不断减少，加量在0.1％时，暂堵剂强度可保持8d，可充分满足现场具体施工要求，具有很强的适应性。而当加量为0.6％时，暂堵剂无法成胶，可能由于降解催化剂加量过大影响了暂堵剂交联反应的进行，所以降解催化剂最佳加量在0.5％以下。具体实际应用与修复的例子最好是补充一个

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种温度响应型自降解暂堵剂，其特征在于，包括以下质量百分含量的组分：4％～6％的含烯基单体，0.1％～1％的交联剂，0.1％～1％的引发剂，0.05％～0.5％的降解催化剂和余量的水，所述交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯，所述降解催化剂为2-氨基-2-甲基-1-丙醇或乙二醇胺。

2.根据权利要求1所述的温度响应型自降解暂堵剂，其特征在于，所述含烯基单体为丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基烯丙基磺酸钠、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、对苯乙烯磺酸钠、二甲基二烯丙基氯化铵、衣康酸、丙烯酸或马来酸酐。

3.根据权利要求1或2所述的温度响应型自降解暂堵剂，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸、过硫酸钾-硫代硫酸钠、过硫酸铵-亚硫酸氢钠或偶氮二异丁脒盐酸盐。

4.根据权利要求3所述的温度响应型自降解暂堵剂，其特征在于，包括以下质量百分含量的组分：4％的丙烯酰胺，0.8％的聚乙二醇600双丙烯酸酯，0.1％的过硫酸铵，0.1％～0.5％的2-氨基-2-甲基-1-丙醇和余量的水。

5.根据权利要求3所述的温度响应型自降解暂堵剂，其特征在于，包括以下质量百分含量的组分：4％的丙烯酰胺、0.1％的聚乙二醇600双丙烯酸酯，0.2％的过硫酸铵，0.25％的2-氨基-2-甲基-1-丙醇和余量的水。

6.根据权利要求3所述的温度响应型自降解暂堵剂，其特征在于，包括以下质量百分含量的组分：5％的丙烯酰胺、0.3％的聚乙二醇600双丙烯酸酯，0.5％的过硫酸铵，0.25％的2-氨基-2-甲基-1-丙醇和余量的水。

7.一种修井方法，其特征在于，包括将权利要求 1～6任一项所述的温度响应型自降解暂堵剂注入油气井内，形成暂堵层。

8.根据权利要求7所述的修井方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的修井方法，其特征在于，所述成胶的温度为55～85℃，时间为3～7h。

10.根据权利要求8所述的修井方法，其特征在于，所述前置液和顶替液均为聚丙烯酰胺水溶液，所述聚丙烯酰胺水溶液作为前置液或顶替液的质量浓度独立地为2‰～4‰。