CN113388378B - 一种新型缓膨堵漏材料及其制备方法 - Google Patents

一种新型缓膨堵漏材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于油田钻井领域中的缓膨堵漏材料。其制备方法是：依次加入蒸馏水、水溶性聚合单体、水溶性引发剂、水溶性交联剂、无机增强剂，在0‑5℃、氮气保护条件下高速搅拌混合，缓慢升温至体系变粘稠，将粘稠状体系倒入已经配置好的油溶性聚合单体、油溶性引发剂、油溶性交联剂的油机体系中，升温反应制得缓膨性堵漏材料。本发明产品具有明显的延缓膨胀效果，48h后，缓膨堵漏材料仍然具有较强的膨胀能力。

Description

一种新型缓膨堵漏材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于油田钻井领域中所用的一种堵漏材料，该堵漏材料具有遇水缓慢膨胀的效果。
背景技术
井漏是钻井、固井、测井、修井过程中存在的复杂问题，它使钻井液从井眼漏入漏失通道，不仅耗费大量的泥浆和堵漏材料，而且可能造成井塌、卡钻、井喷，甚至导致井眼报废等重大事故，造成巨大的经济损失。
由于井漏发生率较高，据统计，全世界井漏发生率占钻井总数的20%~25%，而井漏的处理是石油钻井中的难点，特别是复杂井漏问题尤为棘手，恶性井漏损失占井漏总损失的50%以上，且堵漏很难成功，因此亟需加强恶性井漏的防治研究。
井漏处理不当，可能会引起恶性井下事故，造成严重的环境污染。在钻井防漏过程中钻井用的堵漏材料是必不可少的一种材料，钻井防漏堵漏的成功率直接取决于堵漏材料性能的优劣。
长期以来，工程技术人员针对不同情况的井漏，在实践中对各种堵漏材料进行了优选，目前国内堵漏剂以及堵漏技术的研究取得了很大的进步，解决了许多实际问题，但仍有一些不足，主要是由于大部分膨胀堵漏材料遇水膨胀速度太快，堵漏材料还未到达漏失地层时，就快速吸水膨胀，当到达漏失层位时，常会由于膨胀体积太大，而无法进入漏失通道，或由于无法继续膨胀，堵漏材料进入漏失通道后，无法滞留，造成堵不住的现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是大部分膨胀材料在井筒中快速膨胀而进入漏失层位后丧失继续膨胀的能力，无法起到良好的封堵效果。
本发明的目的是通过水溶性单体与油溶性单体混合交叉聚合交联制得一种新型缓膨堵漏材料，减缓堵漏材料在漏失通道中吸水膨胀，到达漏失层位后，仍然具有较强的膨胀能力，从而提高堵漏材料的实际应用效果。
本发明提供的新型缓膨堵漏材料，其特征在于：该缓膨堵漏材料由以下组分制备而成，各组分按质量百分比计： 40%-70%的水溶性聚合单体，5%-20%油溶性单体，15-50%无机增强剂，0.1%-0.5%水溶性交联剂，0.01%-0.3%水溶性引发剂，0.1%-0.5%油溶性交联剂，0.01%-0.3%油溶性引发剂。
优选地，所述其中水溶性聚合单体为丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中的任意两种混合物，混合比例为1:1。
所述油溶性单体为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯中任意一种与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸甲酯的混合物，混合比例为2.5:1。
所述水溶性交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。
所述水溶性引发剂亚硫酸钠和过硫酸铵混合物，混合比例为1:1。
所述油溶性交联剂为二乙烯基苯。
所述油溶性引发剂为过氧化苯甲酰。
所述无机增强剂为膨润土、高岭土、超细碳酸钙中的任意一种。
本发明还提供了所述新型缓膨堵漏材料的制备方法：将蒸馏水、水溶性聚合单体、水溶性引发剂、水溶性交联剂、无机增强剂依次缓慢加入到反应器中，在0-5℃、氮气保护条件下高速搅拌混合，缓慢升温至体系变粘稠，立即将粘稠状体系加入已经配置好的油溶性聚合单体、油溶性引发剂、油溶性交联剂的油机体系中，高速搅拌，缓慢升温，停止搅拌，静置反应，产物经干燥粉碎后即为缓膨性堵漏材料。
优选地，将蒸馏水、水溶性聚合单体、水溶性引发剂、水溶性交联剂、无机增强剂依次缓慢加入到反应器中，在0-5℃、氮气保护条件下高速搅拌混合，缓慢升温至体系变粘稠，立即将粘稠状体系加入已经配置好的油溶性聚合单体、油溶性引发剂、油溶性交联剂的油机体系中，在5000转/分的转速下高速搅拌20-60min，缓慢升温至40-70℃，停止搅拌，静置反应1-6h，产物经干燥粉碎后即为缓膨性堵漏材料。
本发明与现有技术相比较，具有以下优点：
(1) 缓膨堵漏材料在地面配浆及井筒运送过程中膨胀很缓慢；
(2) 48h后，缓膨堵漏材料仍然具有较强的膨胀能力。
具体实施方式
下面通过具体制备实施例进一步说明本发明。
实施例1
在反应器中加入100g蒸馏水、10g丙烯酰胺、10g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、0.04g亚硫酸钠和过硫酸铵混合物、0.004gN,N-亚甲基双丙烯酰胺、11.912g膨润土，5℃、氮气保护条件下高速搅拌混合，缓慢升温至20℃，得到粘稠状体系，随即将其倒入到装有8g甲基丙烯酸甲酯与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸甲酯的混合物（质量比2.5:1）、0.004g二乙烯基苯、0.04g过氧化苯甲酰的反应器中，在5000转/分的转速下高速搅拌60min，缓慢升温至50℃，停止搅拌，静置反应1h，产物经干燥粉碎后即为缓膨性堵漏材料1#。
实施例2
在反应器中加入100g蒸馏水、14g丙烯酰胺、14g丙烯酸、0.2g亚硫酸钠和过硫酸铵混合物、0.12gN,N-亚甲基双丙烯酰胺、9.36g膨润土，3℃、氮气保护条件下高速搅拌混合，缓慢升温至20℃，得到粘稠状体系，随即将其倒入到装有2g甲基丙烯酸甲酯与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸甲酯的混合物（质量比2.5:1）、0.12g二乙烯基苯、0.2g过氧化苯甲酰的反应器中，在5000转/分的转速下高速搅拌60min，缓慢升温至50℃，停止搅拌，静置反应1h，产物经干燥粉碎后即为缓膨性堵漏材料2#。
实施例3
在反应器中加入100g蒸馏水、8g丙烯酸、8g甲基丙烯酰胺、0.2g亚硫酸钠和过硫酸铵混合物、0.12gN,N-亚甲基双丙烯酰胺、15.36g高岭土，5℃、氮气保护条件下高速搅拌混合，缓慢升温至20℃，得到粘稠状体系，随即将其倒入到装有8g丙烯酸乙酯与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸甲酯的混合物（质量比2.5:1）、0.12g二乙烯基苯、0.2g过氧化苯甲酰的反应器中，在5000转/分的转速下高速搅拌30min，缓慢升温至60℃，停止搅拌，静置反应4h，产物经干燥粉碎后即为缓膨性堵漏材料3#。
实施例4
在反应器中加入100g蒸馏水、13.913g丙烯酸、13.916g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、0.08g亚硫酸钠和过硫酸铵混合物、0.004gN,N-亚甲基双丙烯酰胺、6g高岭土，5℃、氮气保护条件下高速搅拌混合，缓慢升温至20℃，得到粘稠状体系，随即将其倒入到装有6g甲基丙烯酸乙酯与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸甲酯的混合物（质量比2.5:1）、0.004g二乙烯基苯、0.08g过氧化苯甲酰的反应器中，在5000转/分的转速下高速搅拌30min，缓慢升温至60℃，停止搅拌，静置反应3h，产物经干燥粉碎后即为缓膨性堵漏材料4#。
实施例5
在反应器中加入100g蒸馏水、8g甲基丙烯酰胺、8g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、0.04g亚硫酸钠和过硫酸铵混合物、0.004gN,N-亚甲基双丙烯酰胺、20g高岭土，5℃、氮气保护条件下高速搅拌混合，缓慢升温至20℃，得到粘稠状体系，随即将其倒入到装有3.912g甲基丙烯酸乙酯与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸甲酯的混合物（质量比2.5:1）、0.004g二乙烯基苯、0.04g过氧化苯甲酰的反应器中，在5000转/分的转速下高速搅拌60min，缓慢升温至40℃，停止搅拌，静置反应6h，产物经干燥粉碎后即为缓膨性堵漏材料5#。
实施效果1
吸水膨胀能力测定：在25℃条件下，用带准确刻度的量筒先量取一定体积的水V0，加入干燥的堵漏剂，读取量筒中实际水刻度体积VA，则干燥堵漏剂颗粒的体积为V1(V1=VA-V0)。在设定温度的恒温水浴中膨胀一定时间或吸水至平衡后，倒出量筒中剩余水，重新加入初始净水体积V0，读取量筒中实际水刻度体积VB，此时堵漏剂颗粒吸水后的膨胀体积为V2(V2=VB-V0)，V2/V1的值即为该堵漏剂颗粒在某时间段的体积膨胀倍数。
实施效果2
封堵性能评价：采用DL-2型堵漏仪，选用4.39mm钢珠模拟渗透型漏失地层，按中国石油天然气行业标准《SY/T 5840-2007钻井液用桥接堵漏材料室内实验方法》评价样品封堵性能。
测试结果如下：
其中0#为市售常规膨胀堵漏材料，1-5#样品为缓膨堵漏材料。
产品吸水膨胀倍数检测分析结果
Figure DEST_PATH_IMAGE001
由上表可知：本发明的1-5#缓膨堵漏材料与0#常规膨胀堵漏剂相比较有明显的延缓膨胀的效果。
缓膨堵漏材料封堵性能：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
1-5#缓膨堵漏材料与0#常规膨胀堵漏剂相比较具有优良的封堵效果。

Claims (7)

1.一种新型缓膨堵漏材料，其特征在于：该缓膨堵漏材料由以下组分制备而成，各组分按质量百分比计： 40%-70%的水溶性聚合单体，5%-20%油溶性单体，15-50%无机增强剂，0.1%-0.5%水溶性交联剂，0.01%-0.3%水溶性引发剂，0.1%-0.5%油溶性交联剂，0.01%-0.3%油溶性引发剂；所述油溶性单体为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯中任意一种与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸甲酯的混合物，混合比例为2.5:1；
所述缓膨堵漏材料的制备方法：将蒸馏水、水溶性聚合单体、水溶性引发剂、水溶性交联剂、无机增强剂依次缓慢加入到反应器中，在0-5℃、氮气保护条件下高速搅拌混合，缓慢升温至体系变粘稠，立即将粘稠状体系加入已经配置好的油溶性聚合单体、油溶性引发剂、油溶性交联剂的油机体系中，在5000转/分的转速下高速搅拌20-60min，缓慢升温至40-70℃，停止搅拌，静置反应1-6h，产物经干燥粉碎后即为缓膨性堵漏材料。
2.如权利要求1所述的一种新型缓膨堵漏材料，其特征在于：水溶性聚合单体为丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中的任意两种混合物，混合比例为1:1。
3.如权利要求1所述的一种新型缓膨堵漏材料，其特征在于：水溶性交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。
4.如权利要求1所述的一种新型缓膨堵漏材料，其特征在于：水溶性引发剂为亚硫酸钠和过硫酸铵混合物，混合比例为1:1。
5.如权利要求1所述的一种新型缓膨堵漏材料，其特征在于：油溶性交联剂为二乙烯基苯。
6.如权利要求1所述的一种新型缓膨堵漏材料，其特征在于：油溶性引发剂为过氧化苯甲酰。
7.如权利要求1所述的一种新型缓膨堵漏材料，其特征在于：无机增强剂为膨润土、高岭土、超细碳酸钙中的任意一种。
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