CN113444505A - 一种自适应堵漏隔离液体系及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于油气井固井领域，具体涉及一种自适应堵漏隔离液体系及其制备方法。所述隔离液体系，以重量份计，其原料组成为：水100份，悬浮剂1‑2份，胶束聚合物0.2‑0.3份，弹性材料1‑5份，加固材料0.1‑0.5份，消泡剂0.2‑0.8份，密度调节剂40‑250份。本发明隔离液体系具有较好的流变、降失水、悬浮和抗温性能。自适应堵漏隔离液体系具有针对不同尺寸的裂缝及孔隙通道具有较好的封堵能力，承压能力可达7MPa；与钻井液和水泥浆具有较好的化学相容性，能够有效分隔井下工作液，为油气井后续作业提供保障。

Description

一种自适应堵漏隔离液体系及其制备方法

技术领域

本发明属于油气井工程固井及油田化学领域领域，具体涉及一种自适应堵漏隔离液体系及其制备方法。

背景技术

井漏是指在钻井、固井、测试或者修井等各种井下作业过程中，各种工作液(包括钻井液、水泥浆、完井液及其它工作流体等)在压差作用下漏入地层的现象。在钻完井事故中损失事件，井漏占70％左右；在漏失过程中会消耗大量的工作液和堵漏材料，造成巨大的经济损失。漏失可分为诱导破裂型漏失、裂缝扩展型漏失、大中裂缝型漏失。而堵漏涉及到复杂的地质条件、复杂流体、复杂颗粒体系、复杂深部岩石力学行为等，导致油气井漏失治理的复杂性。

目前常选用桥接堵漏作为堵漏方法，以架桥充填理论和紧密堆积理论为支撑。但桥接堵漏对堵漏材料和孔隙或裂缝的匹配程度有着较高的要求。如果堵漏材料与地层孔隙或裂缝尺寸不匹配，工作液将不能起到有效的桥堵作用，这也是桥接堵漏成功率低的主要原因。因此，堵漏型工作液的合理粒径分布应严格按照裂缝或孔隙的大小来选择。针对非均质性强的井漏地层，井漏地层的孔隙大小或裂缝宽度分布较广，一种桥接堵漏剂很难同时封堵所有的孔隙和裂缝，堵漏效果往往不理想。此外，井下的漏失通道的尺寸和形状很难准确获取，也给堵漏带来一定困难。

发明内容

针对漏层孔隙直径或裂缝宽度不易获得及常规桥接堵漏剂封堵范围窄的实际问题，本发明提出一种自适应堵漏隔离液体系及其制备方法，能够对较宽尺寸分布的孔隙或裂缝产生有效的封堵作用，将在一定程度上克服传统桥接堵漏剂对漏失通道尺寸的依赖，提高防漏堵漏的成功率，减少漏失发生。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种自适应堵漏隔离液体系，以重量份计，其原料组成为：水100份，悬浮剂1-2份，胶束聚合物0.2-0.3份，弹性材料1-5份，加固材料0.1-0.5份，消泡剂0.2-0.8份，密度调节剂40-250份。

所述悬浮剂为钠基膨润土。

所述胶束聚合物为疏水缔合聚合物。

所述弹性材料为复合橡胶颗粒。

其中复合橡胶颗粒由40wt％的6目橡胶颗粒、20wt％的20目橡胶颗粒、40wt％的50目橡胶颗粒。

所述加固材料为锯末。

所述密度调节剂为重晶石粉或铁矿粉。

所述的自适应堵漏隔离液体系的制备方法，其具体步骤为：

(1.1)按比例称取各原料，备用；

(1.2)将悬浮剂、胶束聚合物、消泡剂加入水中，高速搅拌，混合均匀，得混合物I；

(1.3)向混合物I中加入密度调节剂，低速搅拌，使密度调节剂在体系中分散均匀，然后加入弹性材料和加固材料，低速搅拌，得自适应堵漏隔离液体系。

本发明中，所述的疏水缔合聚合物以甲基丙烯酸十八烷基酯、N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯酰胺、甲基丙烯酸为共聚单体，以水为溶剂，以十二烷基硫酸钠为表面活性剂，加入引发剂和反应助剂，采用胶束聚合法制得。

其中，丙烯酰胺和甲基丙烯酸作为亲水单体，作为聚合物主链；甲基丙烯酸十八酯为长链烷基的疏水单体，在聚合物主链上引入带油长链烷基的疏水基团，使合成的共聚物在一定浓度下发生疏水缔合作用，实现聚合物溶液增粘的效果。所采用单体不可用其他单体代替。引入分子中含有五元环结构的N-乙烯基吡咯烷酮，其基团在高温条件下开环，生成的线性侧链能够进一步增加聚合物的流体力学体积，提高聚合物的耐温性能。

由于疏水单体甲基丙烯酸十八酯不能溶于水中，在不加表面活性剂的情况下不能在水中分散，因此加入表面活性剂可以使疏水单体在水中形成胶束，能够与亲水单体丙烯酰胺和甲基丙烯酸发生共聚反应，在聚合物主链上引入疏水基团，使合成的共聚物在一定浓度下发生疏水缔合作用，实现聚合物溶液增粘的效果。

在疏水缔合聚合物的合成过程中，反应单体丙烯酰胺、甲基丙烯酸和N-乙烯基吡咯烷酮酸能够溶于蒸馏水中形成水相，表面活性化剂使甲基丙烯酸十八酯在水相中形成胶束，在高速搅拌反应过程中能够实现丙烯酰胺、甲基丙烯酸、N-乙烯基吡咯烷酮和甲基丙烯酸十八酯的共聚反应；尿素和甲酸钠为反应助剂。在聚合物水溶液中，聚合物的疏水基团因疏水作用而发生聚集，使大分子链产生分子内和分子间缔合。疏水缔合封堵剂发生疏水缔合作用，封堵高渗层或架桥材料之间的微孔隙，提高材料封堵能力。

所述的疏水缔合聚合物的制备方法，其具体步骤为：

(2.1)无氧环境下，在三口烧瓶中加入蒸馏水I和丙烯酰胺、甲基丙烯酸和N-乙烯基吡咯烷酮，搅拌至丙烯酰胺、甲基丙烯酸和N-乙烯基吡咯烷酮完全溶解，加入0.5mol/L的氢氧化钠溶液调节三口烧瓶内溶液的pH值为7，得混合物I；

(2.2)将称取的甲基丙烯酸十八酯放入蒸馏水II中，缓慢加入十二烷基硫酸钠，不断搅拌，使甲基丙烯酸十八酯以胶束状态完全溶解于水中后，形成胶束溶液；

(2.3)将胶束溶液加入混合物I中，升温至45℃～60℃，加入助溶剂和引发剂，继续搅拌15～30min后静止反应4～6h，反应结束后，将产物在80℃下烘干72h后粉碎，即得疏水缔合聚合物。

本发明中，由于甲基丙烯酸偏酸性，因此反应过程中调节溶液pH值为中性。

所述的共聚单体丙烯酰胺、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸十八酯、N-乙烯基吡咯烷酮摩尔比为74～75:15:0～1：10，共聚单体加入量为共聚单体和水的总质量的24-26％，表面活性剂加入量为疏水单体质量的10％～40％，引发剂加入量为共聚单体质量的0.3％～0.7％，所述反应助剂的加入量为共聚单体和水的总质量的2％，超过2％后增溶效果不是很明显。此处所述的水是指步骤(2.1)和步骤(2.2)中蒸馏水I和蒸馏水II的总称。

所述的助溶剂为尿素和甲酸钠的混合物，以质量比计，尿素：甲酸钠＝1000：1。

步骤(2.2)中，胶束溶液在500～600r/min转速下搅拌10min得到。

步骤(2.3)中反应温度为45℃～60℃，加入引发剂后继续搅拌15～30min后静止反应4～6h；反应结束后，将产物在80℃下烘干72h后粉碎。

本发明利用多种堵漏材料按一定配比配制堵漏浆，使橡胶颗粒在压力作用下，产生不同尺寸的变形，先对不同尺寸的裂缝及孔隙通道产生一定的封堵作用；疏水缔合聚合物含有大量的亲水基团，通过氢键作用吸附在橡胶颗粒和岩石表面。当疏水缔合聚合物在岩石表面达到一定浓度后发生疏水缔合作用，从而在岩石表面形成封堵层，降低橡胶封堵后剩下的微孔隙或微裂缝；锯末可以通过充填加固作用封堵橡胶颗粒和胶束聚合物所形成封堵层的微孔隙，进一步降低封堵层渗透率，提高堵漏效果。通过三者协同作用，实现对较宽尺寸分布的孔隙或裂缝的封堵，提高固井成功率。

与现有技术相比，本发明针对于传统桥接堵漏剂难以适用漏失通道尺寸差异较大的非均质性强的漏失地层的难题，以及井下的漏失通道的尺寸和形状很难准确获取，难以准确确定堵漏材料尺寸的难题，提出了一种自适应堵漏隔离液体系及其制备方法，能够对较大尺寸范围分布的孔隙或裂缝产生有效的封堵作用，将在一定程度上克服传统桥接堵漏剂对漏失通道尺寸的依赖，提高防漏堵漏的成功率，减少漏失发生。

具体实施方式

实施例1

一种自适应堵漏隔离液体系，以重量份计，其原料组成为：水100份，悬浮剂1.5份，胶束聚合物0.25份，弹性材料1份，加固材料0.5份，消泡剂0.5份，密度调节剂50份。

所述悬浮剂为钠基膨润土；所述密度调节剂为重晶石粉。

所述胶束聚合物为疏水缔合聚合物；所述弹性材料为复合橡胶颗粒；所述加固材料为锯末。

所述复合橡胶颗粒由40wt％的6目橡胶颗粒、20wt％的20目橡胶颗粒、40wt％的50目橡胶颗粒组成。

所述的自适应堵漏隔离液体系，其具体制备步骤为：

(1)按比例称取各原料，备用；

(2)将悬浮剂、胶束聚合物、消泡剂加入水中，高速搅拌2h，混合均匀，得混合物I；

(3)向混合物I中加入密度调节剂，低速搅拌30min，使密度调节剂在体系中分散均匀，然后加入弹性材料和加固材料，低速搅拌10min，得自适应堵漏隔离液体系。

所述的疏水缔合聚合物采用以下方法获得：

(1)无氧环境下，在装有温度计、回流冷凝管、磁力转子和通氮气管的三口烧瓶中加入50g蒸馏水和16.61g丙烯酰胺、4.06g甲基丙烯酸和3.50gN-乙烯基吡咯烷酮，使用磁力搅拌器搅拌至丙烯酰胺、甲基丙烯酸和N-乙烯基吡咯烷酮完全溶解，加入0.5mol/L的氢氧化钠溶液调节三口烧瓶内溶液的pH值为7，得混合物I；

(2)将0.84g甲基丙烯酸十八酯放入25g蒸馏水中，缓慢加入0.252g十二烷基硫酸钠，不断搅拌，搅拌速度为500r/min，搅拌10min，使甲基丙烯酸十八酯以胶束状态完全溶解于水中形成胶束溶液；

(3)将胶束溶液加入混合物I中，升温至55℃，加入2g尿素、0.002g甲酸钠和0.075g的引发剂(过硫酸铵、亚硫酸氢钠和偶氮二异丁眯盐酸盐，质量比为1:1:1)，继续搅拌25min后静止反应6h，反应结束后，将产物在80℃下烘干72h后粉碎，得疏水缔合聚合物。

实施例2

一种自适应堵漏隔离液体系，以重量份计，其原料组成为：水100份，悬浮剂1.5份，胶束聚合物0.25份，弹性材料3份，加固材料0.5份，消泡剂0.5份，密度调节剂50份。

所述悬浮剂为钠基膨润土；所述密度调节剂为重晶石粉。

所述胶束聚合物为疏水缔合聚合物；所述弹性材料为复合橡胶颗粒；所述加固材料为锯末。

所述复合橡胶颗粒由40wt％的6目橡胶颗粒、20wt％的20目橡胶颗粒、40wt％的50目橡胶颗粒组成。

所述的自适应堵漏隔离液体系，其具体制备步骤为：

(1)按比例称取各原料，备用；

(2)将悬浮剂、胶束聚合物、消泡剂加入水中，高速搅拌2h，混合均匀，得混合物I；

(3)向混合物I中加入密度调节剂，低速搅拌30min，使密度调节剂在体系中分散均匀，然后加入弹性材料和加固材料，低速搅拌10min，得自适应堵漏隔离液体系。

所述的疏水缔合聚合物采用实施例1所述方法获得。

实施例3

一种自适应堵漏隔离液体系，以重量份计，其原料组成为：水100份，悬浮剂1.5份，胶束聚合物0.25份，弹性材料5份，加固材料0.1份，消泡剂0.5份，密度调节剂50份。

所述悬浮剂为钠基膨润土；所述密度调节剂为重晶石粉。

所述胶束聚合物为疏水缔合聚合物；所述弹性材料为复合橡胶颗粒；所述加固材料为锯末。

所述复合橡胶颗粒由40wt％的6目橡胶颗粒、20wt％的20目橡胶颗粒、40wt％的50目橡胶颗粒组成。

所述的自适应堵漏隔离液体系，其具体制备步骤为：

(1)按比例称取各原料，备用；

(2)将悬浮剂、胶束聚合物、消泡剂加入水中，高速搅拌2h，混合均匀，得混合物I；

(3)向混合物I中加入密度调节剂，低速搅拌30min，使密度调节剂在体系中分散均匀，然后加入弹性材料和加固材料，低速搅拌10min，得自适应堵漏隔离液体系。

所述的疏水缔合聚合物采用实施例1所述方法获得。

实施例4

一种自适应堵漏隔离液体系，以重量份计，其原料组成为：水100份，悬浮剂1.5份，胶束聚合物0.25份，弹性材料5份，加固材料0.3份，消泡剂0.5份，密度调节剂50份。

所述悬浮剂为钠基膨润土；所述密度调节剂为重晶石粉。

所述胶束聚合物为疏水缔合聚合物；所述弹性材料为复合橡胶颗粒；所述加固材料为锯末。

所述复合橡胶颗粒由40wt％的6目橡胶颗粒、20wt％的20目橡胶颗粒、40wt％的50目橡胶颗粒组成。

所述的自适应堵漏隔离液体系，其具体制备步骤为：

(1)按比例称取各原料，备用；

(2)将悬浮剂、胶束聚合物、消泡剂加入水中，高速搅拌2h，混合均匀，得混合物I；

(3)向混合物I中加入密度调节剂，低速搅拌30min，使密度调节剂在体系中分散均匀，然后加入弹性材料和加固材料，低速搅拌10min，得自适应堵漏隔离液体系。

所述的疏水缔合聚合物采用实施例1所述方法获得。

实施例5

一种自适应堵漏隔离液体系，以重量份计，其原料组成为：水100份，悬浮剂1.5份，胶束聚合物0.25份，弹性材料5份，加固材料0.5份，消泡剂0.5份，密度调节剂50份。

所述悬浮剂为钠基膨润土；所述密度调节剂为重晶石粉。

所述胶束聚合物为疏水缔合聚合物；所述弹性材料为复合橡胶颗粒；所述加固材料为锯末。

所述复合橡胶颗粒由40wt％的6目橡胶颗粒、20wt％的20目橡胶颗粒、40wt％的50目橡胶颗粒组成。

所述的自适应堵漏隔离液体系，其具体制备步骤为：

(1)按比例称取各原料，备用；

(2)将悬浮剂、胶束聚合物、消泡剂加入水中，高速搅拌2h，混合均匀，得混合物I；

(3)向混合物I中加入密度调节剂，低速搅拌30min，使密度调节剂在体系中分散均匀，然后加入弹性材料和加固材料，低速搅拌10min，得自适应堵漏隔离液体系。

所述的疏水缔合聚合物采用实施例1所述方法获得。

实施例6

一种自适应堵漏隔离液体系，以重量份计，其原料组成为：水100份，悬浮剂1.0份，胶束聚合物0.2份，弹性材料1份，加固材料0.1份，消泡剂0.5份，密度调节剂50份。

所述悬浮剂为钠基膨润土；所述密度调节剂为铁矿粉。

所述胶束聚合物为疏水缔合聚合物；所述弹性材料为复合橡胶颗粒；所述加固材料为锯末。

所述复合橡胶颗粒由40wt％的6目橡胶颗粒、20wt％的20目橡胶颗粒、40wt％的50目橡胶颗粒组成。

所述的自适应堵漏隔离液体系，其具体制备步骤为：

(1)按比例称取各原料，备用；

(2)将悬浮剂、胶束聚合物、消泡剂加入水中，高速搅拌2h，混合均匀，得混合物I；

(3)向混合物I中加入密度调节剂，低速搅拌30min，使密度调节剂在体系中分散均匀，然后加入弹性材料和加固材料，低速搅拌10min，得自适应堵漏隔离液体系。

所述的疏水缔合聚合物采用实施例1所述方法获得。

实施例7

一种自适应堵漏隔离液体系，以重量份计，其原料组成为：水100份，悬浮剂2.0份，胶束聚合物0.3份，弹性材料3份，加固材料0.3份，消泡剂0.8份，密度调节剂150份。

所述悬浮剂为钠基膨润土；所述密度调节剂为重晶石粉。

所述胶束聚合物为疏水缔合聚合物；所述弹性材料为复合橡胶颗粒；所述加固材料为锯末。

所述复合橡胶颗粒由40wt％的6目橡胶颗粒、20wt％的20目橡胶颗粒、40wt％的50目橡胶颗粒组成。

所述的自适应堵漏隔离液体系，其具体制备步骤为：

(1)按比例称取各原料，备用；

(2)将悬浮剂、胶束聚合物、消泡剂加入水中，高速搅拌2h，混合均匀，得混合物I；

(3)向混合物I中加入密度调节剂，低速搅拌30min，使密度调节剂在体系中分散均匀，然后加入弹性材料和加固材料，低速搅拌10min，得自适应堵漏隔离液体系。

所述的疏水缔合聚合物采用实施例1所述方法获得。

实施例8

一种自适应堵漏隔离液体系，以重量份计，其原料组成为：水100份，悬浮剂1.5份，胶束聚合物0.2份，弹性材料2份，加固材料0.5份，消泡剂0.2份，密度调节剂250份。

所述悬浮剂为钠基膨润土；所述密度调节剂为铁矿粉。

所述胶束聚合物为疏水缔合聚合物；所述弹性材料为复合橡胶颗粒；所述加固材料为锯末。

所述复合橡胶颗粒由40wt％的6目橡胶颗粒、20wt％的20目橡胶颗粒、40wt％的50目橡胶颗粒组成。

所述的自适应堵漏隔离液体系，其具体制备步骤为：

(1)按比例称取各原料，备用；

(2)将悬浮剂、胶束聚合物、消泡剂加入水中，高速搅拌2h，混合均匀，得混合物I；

(3)向混合物I中加入密度调节剂，低速搅拌30min，使密度调节剂在体系中分散均匀，然后加入弹性材料和加固材料，低速搅拌10min，得自适应堵漏隔离液体系。

所述的疏水缔合聚合物采用实施例1所述方法获得。

实施例9所述自适应堵漏隔离液体系性能测试

依据中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5840-93《钻井用桥接堵漏材料室内试验方法》，对实施例1～5隔离液体系进行堵漏防漏性能的测试。使用QD-2堵漏仪做堵漏模拟装置。装置内采用砂床或不锈钢裂缝模具模拟地层孔隙或裂缝，孔隙或裂缝尺寸为0.1～2mm，模拟深度为77mm。压力变化为0.2MPa/min，考察在不同压力作用下，隔离液的总体漏失量。

表1不同温度下流变和失水性能测试结果

表2不同温度下隔离液沉降稳定性测试结果

表3隔离液体系封堵性能测试结果

表4隔离液与钻井液相容性测试结果

表5隔离液与水泥浆相容性测试结果

注：隔离液掺量为0％和5％时，六速旋转粘度计φ600时无示数。

Claims (7)

1.一种自适应堵漏隔离液体系，其特征在于，以重量份计，其原料组成为：水100份，悬浮剂1-2份，胶束聚合物0.2-0.3份，弹性材料1-5份，加固材料0.1-0.5份，消泡剂0.2-0.8份，密度调节剂40-250份。

2.根据权利要求1所述的一种自适应堵漏隔离液体系，其特征在于，所述悬浮剂为钠基膨润土；所述密度调节剂为重晶石粉或铁矿粉。

3.根据权利要求1所述的一种自适应堵漏隔离液体系，其特征在于，所述胶束聚合物为疏水缔合聚合物；所述弹性材料为复合橡胶颗粒；所述加固材料为锯末。

4.根据权利要求3所述的一种自适应堵漏隔离液体系，其特征在于，所述疏水缔合聚合物以甲基丙烯酸十八烷基酯、N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯酰胺、甲基丙烯酸为共聚单体，采用胶束聚合法制备而成。

5.根据权利要求3所述的一种自适应堵漏隔离液体系，其特征在于，所述复合橡胶颗粒由40wt％的6目橡胶颗粒、20wt％的20目橡胶颗粒、40wt％的50目橡胶颗粒组成。

6.根据权利要求4所述的一种自适应堵漏隔离液体系，其特征在于，以摩尔比计，丙烯酰胺：甲基丙烯酸：N-乙烯基吡咯烷酮：甲基丙烯酸十八酯＝74～75:15:0～1:10。

7.制备权利要求1所述的一种自适应堵漏隔离液体系的方法，其特征在于，其具体步骤为：

(1.1)按比例称取各原料，备用；

(1.2)将悬浮剂、胶束聚合物、消泡剂加入水中，高速搅拌，混合均匀，得混合物I；

(1.3)向混合物I中加入密度调节剂，低速搅拌，使密度调节剂在体系中分散均匀，然后加入弹性材料和加固材料，低速搅拌，得自适应堵漏隔离液体系。