CN113943558B - 一种共价键-非共价键复合作用的自愈合凝胶随钻防漏剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种共价键-非共价键复合作用的自愈合凝胶随钻防漏剂及其制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113943558B
CN113943558B CN202111202204.XA CN202111202204A CN113943558B CN 113943558 B CN113943558 B CN 113943558B CN 202111202204 A CN202111202204 A CN 202111202204A CN 113943558 B CN113943558 B CN 113943558B
Authority
CN
China
Prior art keywords
agent
solution
self
covalent bond
parts
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111202204.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN113943558A (zh
Inventor
白英睿
张启涛
吕开河
孙金声
王金堂
刘敬平
黄贤斌
金家锋
黎剑
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Petroleum East China
Original Assignee
China University of Petroleum East China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Petroleum East China filed Critical China University of Petroleum East China
Priority to CN202111202204.XA priority Critical patent/CN113943558B/zh
Publication of CN113943558A publication Critical patent/CN113943558A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113943558B publication Critical patent/CN113943558B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/02—Well-drilling compositions
    • C09K8/03—Specific additives for general use in well-drilling compositions
    • C09K8/035—Organic additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/42—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells
    • C09K8/426—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells for plugging
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
    • C09K8/42—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells
    • C09K8/44—Compositions for cementing, e.g. for cementing casings into boreholes; Compositions for plugging, e.g. for killing wells containing organic binders only

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

本发明涉及一种共价键‑非共价键复合作用的自愈合凝胶随钻防漏剂及其制备方法与应用，它包括以下重量份的原料：第一共聚单体20‑40份、第二共聚单体10‑20份、引发剂0.01‑1份、第一交联剂1‑4份、第二交联剂1‑3份、氢键增强剂1‑3份、余量为乙酸水溶液，以上各原料之和为100。将本发明的材料以颗粒的形式注入地层裂缝，在地层裂缝中可愈合成具有良好力学强度的整体凝胶，从而实现对裂缝孔隙的良好封堵，且由于本材料的自愈合特性，可对封堵层产生的微观裂缝实现自行修复，从而形成良好而稳定的封堵，并且承压能力强、适用温度高。

Description

一种共价键-非共价键复合作用的自愈合凝胶随钻防漏剂及 其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种共价键-非共价键复合作用的自愈合凝胶随钻防漏剂及其制备方法与应用，属于钻井液防漏堵漏技术领域。
技术背景
无论是在陆地还是海洋的钻井工程中，井漏都是其中最常见且难以治理的工程复杂事故。在钻井期间，当钻遇裂缝性、缝洞性和破碎性及胶结较差地层时极易发生漏失，且在海洋钻井的深水钻井期间，需要较长且内径较大的隔水管，需要开增压泵携带钻岩，易发生井漏，但由于深水钻进的“呼吸效应”，早期井漏很难被发现，待井漏加强后导致溢流甚至井喷，带来了巨大的损失。合适的防漏/堵漏材料可以及时防治漏失的发生，聚合物凝胶是最常用的裂缝性地层防漏和堵漏材料之一。自愈合凝胶堵漏材料在受损后可以凭借体系中具有的可逆特性的功能性化学键或结构单元来实现自愈合，形成接近原始强度的整体凝胶，其可弥补常用凝胶材料的不足，可随钻进入漏失通道，并在其中充填、堆积后，自愈形成整体凝胶，提高承压能力，节约堵漏作业时间。
中国专利文献CN104987856A提供了一种海洋钻井液用承压堵漏剂及其应用方法，所述的承压堵漏剂是以铝矿石粉、钠土、粉煤灰、木质纤维粉、复合抗盐聚合物、糠醛渣粉、交联剂配制而成，该堵漏剂虽承压能力较强，但是该堵漏剂不具备智能的愈合特性。
中国专利文献CN110864975A提供了一种自愈合凝胶堵漏材料的愈合堵漏性能评价方法，其中涉及一种自愈合凝胶堵漏材料的制备，该自愈合凝胶堵漏材料以聚乙烯醇、阳离子纤维素、氯化铁和丙烯酸为原料，在引发剂过硫酸铵存在下制备得到。中国专利文献CN110929400A提供了一种自愈合凝胶堵漏材料的愈合堵漏稳定性评价方法，其中涉及一种自愈合凝胶堵漏材料的制备，该自愈合凝胶堵漏材料是以聚乙烯醇、羧甲基壳聚糖、氯化铁和丙烯酸为原料，在引发剂过硫酸铵存在下制备得到，在引发剂过硫酸铵存在下制备得到。但是，上述两种堵漏材料均是基于金属配位键和氢键作用制得，得到的自愈合凝胶堵漏材料由于键合作用比较弱，其承压能力较弱、适用温度较低。
中国专利文献CN105504158A提供了一种在地层条件下可再交联的智能凝胶颗粒及其制备方法与应用，所述智能凝胶颗粒是由丙烯酰胺、阴离子单体、阳离子单体、N,N-乙烯基吡咯烷酮，pH值调节剂、引发剂、交联剂Ⅰ、交联剂II、稳定剂、纳米颗粒材料和水配制而成，该凝胶颗粒进入地层后，在地层条件下，颗粒之间重新进行交联，形成高强度凝胶，实现有效封堵，上述方法是通过交联剂Ⅰ形成预交联的凝胶颗粒注入地层，其在地层堆积、聚集后，通过交联剂II再次交联形成整体凝胶，虽然强度高，但是该凝胶颗粒配方复杂，并且其制备工艺比较复杂。
目前采用的自愈合凝胶堵漏材料研究尚处于初级阶段，针对现有堵漏材料配方、制备工艺复杂以及承压能力弱、适用温度低的缺陷，需要开发新的基于不同愈合机理的自愈合凝胶堵漏材料。因此，开发一种新的具有自愈合特性的凝胶颗粒堵漏剂，从而达到有效封堵裂缝孔隙的目的具有重要的意义。
发明内容：
针对现有常规凝胶防漏/堵漏剂的不足，本发明提供一种共价键-非共价键复合作用的自愈合凝胶随钻防漏剂及其制备方法与应用。
本发明提供的堵漏剂为共价键-非共价键多网络自愈合凝胶颗粒随钻堵漏剂，也可作防漏剂，具有受到外部损伤可愈合的特性，将该材料以颗粒的形式注入地层裂缝，在地层裂缝中可愈合成具有良好力学强度的整体凝胶，从而实现对裂缝孔隙的良好封堵，且由于本材料的自愈合特性，可对封堵层产生的微观裂缝实现自行修复，从而形成良好而稳定的封堵，并且承压能力强、适用温度高。
为达到以上目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
一种共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂，包括以下重量份的原料：第一共聚单体20-40份、第二共聚单体10-20份、引发剂0.01-1份、第一交联剂1-4份、第二交联剂1-3份、氢键增强剂1-3份、余量为乙酸水溶液，以上各原料之和为100。
根据本发明优选的，所述的共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂，包括以下重量份的原料：第一共聚反应单体26-31份、第二共聚反应单体13-18份、引发剂0.2-0.5份、第一交联剂2-3.5份、第二交联剂2-2.5份、氢键增强剂2-2.5份、余量为乙酸水溶液，以上各原料之和为100。
根据本发明优选的，所述的第一共聚反应单体为富含羟基的天然大分子。
根据本发明优选的，富含羟基的天然大分子为海藻酸钠、淀粉、壳聚糖、木聚糖、纤维素中一种或两种以上的组合；
进一步优选的，富含羟基的天然大分子为海藻酸钠、木聚糖、壳聚糖中一种或两种以上的组合。
根据本发明优选的，所述的第二反应单体富含羟基，且经冻融循环产生微晶区域，形成氢键。
根据本发明优选的，所述的第二反应单体为聚乙烯醇和/或二聚丙三醇。
根据本发明优选的，引发剂为氧化-还原引发剂，形成氧化还原引发体系，所述氧化-还原引发剂包括氧化剂和还原剂，其中氧化剂为过硫酸钾/过硫酸铵，还原剂为亚硫酸氢钠/或亚硫酸钠；氧化剂与还原剂的质量比为(0.5-0.8)：1。
根据本发明优选的，氧化剂与还原剂的质量比为(0.5-1)：1。
根据本发明优选的，所述的第一交联剂选自N，N-亚甲基多丙烯酰胺、1,6-六亚甲基二胺、戊二醛、二异氰酸酯中一种或两种以上的组合。
根据本发明优选的，所述的第一交联剂可与第一共聚反应单体、第二共聚反应单体形成氢键。
根据本发明优选的，所选的第二交联剂为含有硼酸根离子的交联剂。由于硼酸根离子的存在可与羟基产生硼酸酯键。
根据本发明优选的，所选的第二交联剂为硼砂和/或硼酸。
根据本发明优选的，所述的氢键增强剂为三聚氰胺。氢键增强剂可增强已形成的氢键网络。
根据本发明优选的，乙酸水溶液的浓度为0.3-0.6mol/L。
上述共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)按重量份，将第一共聚反应单体加入乙酸水溶液中，充分搅拌，使大分子充分溶解，得溶液A，
(2)在溶液A中加入第二共聚反应单体，充分搅拌后得溶液B，
(3)将第一交联剂和第二交联剂加入溶液B中，充分搅拌后得溶液C，
(4)将引发剂加入溶液C中，搅拌至其完全溶解，得到溶液D，
(5)在溶液D中加入氢键增强剂，充分搅拌，得到溶液E；
(6)将溶液E快速脱气后，进行冻融循环后，静置，得到堵漏剂基料；
(7)将基料烘干、粉碎后即得共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂。
根据本发明优选的，步骤(1)中，乙酸水溶液的浓度为0.3-0.6mol/L，搅拌温度为20-40℃，搅拌速率为400-700转/分钟，搅拌时间为4-7h。
进一步优选的，步骤(1)中，搅拌温度为27-35℃，搅拌速率为500-650转/分钟，搅拌时间为5-6h。
根据本发明优选的，步骤(2)中，搅拌温度为80-100℃，搅拌速率为300-600转/分钟，搅拌时间为5-8h。
进一步优选的，步骤(2)中，搅拌温度为90-95℃，搅拌速率为350-450转/分钟，搅拌时间为6-7h。
根据本发明优选的，步骤(3)中，搅拌温度为70-95℃，搅拌速率为300-500转/分钟，搅拌时间为3-5h。
进一步优选的，步骤(3)中，搅拌温度为75-85℃，搅拌速率为300-400转/分钟，搅拌时间为3-4h。
根据本发明优选的，步骤(4)中，搅拌温度为60-90℃，搅拌速率为为200-500转/分钟，搅拌时间为2-3h。
进一步优选的，步骤(4)中，搅拌温度为80-90℃，搅拌速率为200-300转/分钟，搅拌时间为2-3h。
根据本发明优选的，步骤(5)中，搅拌温度、搅拌速率与步骤(4)相同，搅拌时间为0.5-1h。
根据本发明优选的，步骤(6)中，脱气方式为减压抽真空；冻融循环具体为，将脱气后的溶液E在-25℃下冷冻6-8h，在常温下解冻8-10h。
根据本发明优选的，步骤(7)中，所述干燥是在真空度为0.07-0.1MPa、温度为60-80℃条件下真空干燥26-32h。粉碎粒径根据不同现场需求做出调整。
根据本发明，上述共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂在防漏或堵漏中的应用。
根据本发明优选的，具体应用方法如下：
将共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂以颗粒的形式分散在钻井液中，共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂的加量为钻井液质量的2-5％，随钻进入目的层位。
本发明有益效果如下：
1、本发明共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂以颗粒的形式分散在钻井液中，随钻进入目的层，该材料依靠硼酸酯键与氢键的可逆性质实现具有仿生的自愈合，可在目标层位中，在地层压力、温度作用下堆叠压实重新成键愈合从而形成具有整体凝胶力学强度的封堵层，从而解决常规预交联凝胶颗粒防漏/堵漏材料形成的封堵层强度不够的缺点，且由于以凝胶颗粒的形式随钻进入，可节约钻进时间。
2、本发明的自愈合凝胶颗粒具备硼酸酯键与双重氢键，第一共聚反应单体与第二共聚反应单体由于羟基的存在，在第一交联剂与引发剂的作用下产生氢键，形成第一重网络，增强剂的存在可加密已存在的氢键，第二交联剂与第一、二共聚反应单体依靠羟基与硼酸根离子作用产生硼酸酯键形成第二重网络，第一共聚反应单体经冻融循环产生微晶从而形成氢键，形成第三重网络，多网络互穿保证了本发明具备优异的力学性能与愈合能力。在目标层位凝胶颗粒可依靠一层弱氢键实现初步愈合形成一层网络，后在初步网络的基础上依靠硼酸酯键与加密氢键对初步网络进行加固形成力学强度良好的凝胶封堵层，硼酸酯键与氢键均具有良好的愈合效果，多网络的存在保证了凝胶封堵层的力学性能，因此，本发明形成的凝胶承压能力强。
3、本发明的凝胶颗粒与地层配伍性良好，制备简单，方便生产作业，且选用了天然生物大分子作为共聚单体，天然大分子分子量高、侧链丰富，可通过相互缠结优化凝胶的力学性能，且对环境较为友好。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例中所用原料均为常规原料，可市购获得；所述方法如无特殊说明均为现有技术。
实施例1
一种共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂，包括以下重量份原料，第一共聚反应单体28份、第二共聚反应单体15份、引发剂0.2份、第一交联剂3.2份、第二交联剂2.5份、氢键增强剂2.3份、浓度为0.5mol/L的乙酸水溶液48.8份。
其中，第一共聚反应单体为海藻酸钠和木聚糖的组合，海藻酸钠和木聚糖的质量比为1：5；第二共聚反应单体为聚乙烯醇；引发剂为氧化-还原引发剂，引发剂中的氧化剂为过硫酸钾，还原剂为亚硫酸氢钠，过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为0.6∶1；第二交联剂为硼砂；第一交联剂为戊二醛与二异氰酸酯的组合，戊二醛与二异氰酸酯的质量比为3：1；氢键增强剂为三聚氰胺。
共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂的制备方法，包括步骤如下：
(1)按上述重量份将第一共聚反应单体加入0.5mol/L的乙酸水溶液中，调整温度至32℃，在32℃下，以600转/分钟的速度搅拌5.5h，使其充分溶解得到溶液A，
(2)将第二共聚单体加入溶液A中，调整温度至92℃，以400转/分钟的速度搅拌6.5h，使其充分溶解得到溶液B，
(3)将第一交联剂、第二交联剂加入溶液B中，调节温度至80℃，在80℃下，以300转/分钟的速度搅拌3h，使其充分溶解得到溶液C，
(4)将引发剂加入溶液C中，调节温度至85℃，在85℃下，以250转/分钟的速度搅拌2.5h得溶液D，
(5)将氢键增强剂加入溶液D，调节温度至80℃，在80℃下，以200转/分钟搅拌0.5h得到溶液E，
(6)对溶液E进行减压抽真空，脱气后在-25℃下冷冻7h，在常温下再解冻8h得到凝胶基料，
(7)将凝胶基料在真空度为0.08MPa、温度为80℃下真空干燥26h后，研磨至粒径为1.5mm即得自愈合凝胶堵漏剂，记作产品A1。
实施例2
一种共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂，包括以下重量份原料，第一共聚反应单体28份、第二共聚反应单体15份、引发剂0.2份、第一交联剂2.6份、第二交联剂2.3份、氢键增强剂2份、浓度为0.4mol/L的乙酸水溶液49.9份。
其中，第一共聚反应单体为木聚糖；第二共聚反应单体为聚乙烯醇；引发剂为氧化-还原引发剂，引发剂中的氧化剂为过硫酸钾，还原剂为亚硫酸氢钠，过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为0.6∶1；第二交联剂为硼砂；第一交联剂为戊二醛与二异氰酸酯的组合，戊二醛与二异氰酸酯的质量比为3：1；氢键增强剂为三聚氰胺。
上述共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂的制备方法如实施例1所述，制得自愈合凝胶堵漏剂，记作产品A2。
实施例3
一种共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂，包括以下重量份原料，第一共聚反应单体20份、第二共聚反应单体11份、引发剂0.2份、第一交联剂2.5份、第二交联剂2.3份、氢键增强剂2份、浓度为0.3mol/L乙酸水溶液62份。
其中，第一共聚反应单体为壳聚糖和木聚糖的组合，壳聚糖和木聚糖的质量比为1：2.5；第二共聚反应单体为聚乙烯醇和二聚丙三醇的组合，聚乙烯醇和二聚丙三醇的质量比为2：1，引发剂为氧化-还原引发剂，引发剂中的氧化剂为过硫酸铵，还原剂为亚硫酸氢钠，过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为0.5∶1；第二交联剂为硼砂；第一交联剂为戊二醛；氢键增强剂为三聚氰胺。
上述共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂的制备方法如实施例1所述，制得自愈合凝胶堵漏剂，记作产品A3。
实施例4
一种共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂，包括以下重量份原料，第一共聚反应单体27份、第二共聚反应单体14份、引发剂0.3份、第一交联剂1.5份、第二交联剂1.7份、氢键增强剂2.1份、浓度为0.6mol/L乙酸水溶液53.4份。
其中，第一共聚反应单体为海藻酸钠和木聚糖的组合，海藻酸钠和木聚糖的质量比为1：5；第二共聚反应单体为聚乙烯醇和二聚丙三醇的组合，聚乙烯醇和二聚丙三醇的质量比为2：1，引发剂为氧化-还原引发剂，引发剂中的氧化剂为过硫酸铵，还原剂为亚硫酸氢钠，过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为0.5∶1；第二交联剂为硼砂与硼酸的组合，硼砂与硼酸的质量比为3：1；第一交联剂为戊二醛；氢键增强剂为三聚氰胺。
上述共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂的制备方法如实施例1所述，制得自愈合凝胶堵漏剂，记作产品A4。
实施例5
一种共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂，包括以下重量份原料，第一共聚反应单体26份、第二共聚反应单体16份、引发剂0.5份、第一交联剂3.5份、第二交联剂2份、氢键增强剂1.5份、浓度为0.5mol/L乙酸水溶液50.5份。
其中，第一共聚反应单体为海藻酸钠和木聚糖的组合，海藻酸钠和木聚糖的质量比为1：5；第二共聚反应单体为聚乙烯醇和二聚丙三醇的组合，聚乙烯醇和二聚丙三醇的质量比为2：1，引发剂为氧化-还原引发剂，引发剂中的氧化剂为过硫酸铵，还原剂为亚硫酸氢钠，过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为0.5∶1；第二交联剂为硼砂与硼酸的组合，硼砂；第一交联剂为戊二醛和二异氰酸酯的组合，戊二醛与二异氰酸酯的质量比为3：1；氢键增强剂为三聚氰胺。
上述共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂的制备方法如实施例1所述，制得自愈合凝胶堵漏剂，记作产品A5。
实施例6
一种共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂，包括以下重量份原料，第一共聚反应单体23份、第二共聚反应单体16份、引发剂0.15份、第一交联剂3.3份、第二交联剂2.3份、氢键增强剂2.1份、浓度为0.5mol/L乙酸水溶液53.15份。
其中，第一共聚反应单体为海藻酸钠、木聚糖、壳聚糖的组合，海藻酸钠和木聚糖的质量比为1：5：3；第二共聚反应单体为聚乙烯醇和二聚丙三醇的组合，聚乙烯醇和二聚丙三醇的质量比为2：1，引发剂为氧化-还原引发剂，引发剂中的氧化剂为过硫酸铵，还原剂为亚硫酸氢钠，过硫酸钾与亚硫酸氢钠的质量比为0.5∶1；第二交联剂为硼砂与硼酸的组合，硼砂；第一交联剂为戊二醛和二异氰酸酯的组合，戊二醛与二异氰酸酯的质量比为3：1；氢键增强剂为三聚氰胺。
上述共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂的制备方法如实施例1所述，制得自愈合凝胶堵漏剂，记作产品A6。
对比例1
一种随钻防漏/堵漏剂，除不加入第一交联剂外，其余皆采用与实施例1相同的原料及方法制备，得到的产品记作B1。
对比例2
一种随钻防漏/堵漏剂，除不加入第二交联剂外，其余皆采用与实施例1相同的原料及方法制备，得到的产品记作B2。
对比例3
一种随钻防漏/堵漏剂，除不加入氢键增强剂外，其余皆采用与实施例1相同的原料及方法制备，得到的产品记作B3。
对比例4
一种随钻防漏/堵漏剂，引发剂仅使用过硫酸钾，其余皆采用与实施例1相同的原料及方法制备，得到的产品记作B4。
对比例5
一种随钻防漏/堵漏剂，步骤(6)不采用冻融循环工艺，其余皆采用与实施例1相同的原料及方法制备，得到的产品记作B5。
实验例
将各实施例及对比例制得的堵漏剂进行性能测试
测试1、自愈合凝胶愈合效果测试
测试方法如下：
步骤一、将已制备的自愈合凝胶堵漏剂置于长2cm、宽1cm、高6cm的长方体容器内，向其中加入水并缓慢加压，在110℃下静置4h愈合成整体凝胶。
步骤二、将已愈合的整体凝胶切割为两块长2cm、宽1cm、高3cm的条状凝胶试样，将其高作为凝胶初始长度L0。
步骤三、将其中一条长2cm、宽1cm、高3cm的条状凝胶试样采用使用WDW-20电子式万能试验机测得其室温下拉伸至断裂时的长度记为L1。
步骤四、将另一条长2cm、宽1cm、高3cm的条状凝胶试样经烘干粉碎得到目标粒径的凝胶颗粒，将凝胶颗粒置于长2cm、宽1cm、高3cm的长方体容器中，向其中加入水并缓慢加压,在110℃下静置4h再次愈合为整体凝胶，采用使用WDW-20电子式万能试验机，设定拉伸速率为60.0mm/min，将凝胶上下两端装入夹持器，测得其室温下拉伸至断裂时的长度记为L2。
利用公式i、ii计算自愈合凝胶材料的拉伸率和愈合率：
Figure BDA0003305407970000091
Figure BDA0003305407970000092
各实施例及对比例制得的堵漏剂的拉伸率和愈合率测试结果见表2。
测试2、自愈合凝胶颗粒随钻防漏承压能力测试
含有凝胶颗粒的钻井液基浆配置方法如下：取4份膨润土，缓慢加入100份以2300转/min搅拌下的蒸馏水中，2h后，停止搅拌，静置24h，得到钻井液基浆；然后将8份凝胶颗粒分散于100份钻井液基浆中，得到含有凝胶颗粒的钻井液基浆；
将含有凝胶颗粒的钻井液基浆加入高温高压动静态漏失仪中，在110℃下，含有凝胶颗粒的钻井液基浆经过的缝宽为0.1mm的防漏裂缝模型，自愈合凝胶颗粒在压力堆积压实愈合，当出口漏失量缓慢下降至不变时，视为自愈合凝胶颗粒将裂缝封堵；待凝胶颗粒在110℃下充分愈合至出口漏失量为0时，缓慢增加堵漏仪的压力直至产生漏失时所对应的压力即为防漏承压强度τ1，各实施例及对比例制得的堵漏剂经测试2的测试结果见表2。
测试3、自愈合凝胶颗粒随钻防漏承压能力测试
将含有凝胶颗粒的钻井液基浆加入高温高压动静态漏失仪中，在110℃下，含有凝胶颗粒的钻井液基浆经过的缝宽为3mm的堵漏裂缝模型，自愈合凝胶颗粒在压力堆积压实愈合，当出口漏失量缓慢下降至不变时，视为自愈合凝胶颗粒将裂缝封堵；待凝胶颗粒在110℃下充分愈合至出口漏失量为0时，缓慢增加堵漏仪的压力直至产生漏失时所对应的压力即为堵漏承压强度τ2。各实施例及对比例制得的堵漏剂经测试3的测试结果见表2。
愈合堵漏性能评价方式见表1所示。
表1愈合堵漏性能评价方式
τ<sub>1</sub> τ<sub>2</sub> σ θ 愈合堵漏性能
≥5Mpa ≥7Mpa ≥1400％ 90-100％ 极优
4-5Mpa 6-7Mpa 1100-1400％ 70-85％ 较优
3-4Mpa 4-6Mpa 800-1100％ 60-70％ 良好
2-3Mpa 3-4Mpa 500-800％ 50-60％ 中等
0-2Mpa 0-3Mpa 0-500％ 0-50％ 差
表2实施例及对比例制得的堵漏剂测试结果
Figure BDA0003305407970000101
以上数据皆保留小数点后一位
从表2中可以看出，本发明实施例制备的共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂具有良好的承压能力、愈合能力。对比例1中未加入第一交联剂限制了硼酸酯键的形成，对比例2中未加入第二交联剂限制了部分氢键的形成，二者承压能力和愈合能力均大幅下降，从对比例1、对比例2可以看出氢键和硼酸酯键对凝胶的力学性能均有较大贡献，且由于对比例1力学性能更差，说明硼酸酯键对本材料力学性能的贡献更大，氢键与硼酸酯键网络的互穿保证了材料优异的堵漏性能与愈合性能，二者相辅相成，缺一不可；对比例3未加入氢键增强剂，氢键未得到加密，导致堵漏性能和愈合性能也被削弱，氢键增强剂的加入大大提高了凝胶材料的愈合堵漏性能；对比例4中未使用氧化还原引发体系，而仅仅使用过硫酸钾作为引发剂，导致材料的堵漏和愈合性能被削弱，说明了氧化还原引发体系对凝胶材料的强度和愈合性能有重要影响；对比例5中未使用冻融循环这一步骤，从对比例五中可以看出经冻融循环产生的氢键与第一层氢键并不相同，第二层氢键与第一层氢键和硼酸酯键相互穿插可优化本材料的性能，说明了冻融循环这一步骤在本材料制备中的必要性。
综上可以看出，本发明的共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂具有优异的自愈合性能，且愈合后具有良好的承压和再次愈合能力，可以对裂缝、微裂缝均实现良好封堵。

Claims (6)

1.一种共价键-非共价键复合作用的自愈合凝胶随钻防漏剂，包括以下重量份的原料：第一共聚反应单体20-40份、第二共聚反应单体10-20份、引发剂0.01-1份、第一交联剂1-4份、第二交联剂1-3份、氢键增强剂1-3份、余量为乙酸水溶液，以上各原料之和为100；
所述的第一共聚反应单体为富含羟基的天然大分子，所述的第二共聚反应单体为聚乙烯醇和/或二聚丙三醇；
所述的富含羟基的天然大分子为海藻酸钠、淀粉、壳聚糖、木聚糖、纤维素中一种或两种以上的组合；
所述的引发剂为氧化-还原引发剂，形成氧化还原引发体系；
所述的第一交联剂选自N，N-亚甲基多丙烯酰胺、1, 6-六亚甲基二胺、戊二醛、二异氰酸酯中一种或两种以上的组合；
所述的第二交联剂为硼砂和/或硼酸，所述的氢键增强剂为三聚氰胺，乙酸水溶液的浓度为0.3-0.6mol/L；
所述的共价键-非共价键复合作用的自愈合凝胶随钻防漏剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）按重量份，将第一共聚反应单体加入乙酸水溶液中，充分搅拌，使大分子充分溶解，得溶液A，
（2）在溶液A中加入第二共聚反应单体，充分搅拌后得溶液B，
（3）将第一交联剂和第二交联剂加入溶液B中，充分搅拌后得溶液C，
（4）将引发剂加入溶液C中，搅拌至其完全溶解，得到溶液D，
（5）在溶液D中加入氢键增强剂，充分搅拌，得到溶液E；
（6）将溶液E快速脱气后，进行冻融循环后，静置，得到堵漏剂基料；
（7）将基料烘干、粉碎后即得共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂。
2.根据权利要求1所述的共价键-非共价键复合作用的自愈合凝胶随钻防漏剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：第一共聚反应单体26-31份、第二共聚反应单体13-18份、引发剂0.2-0.5份、第一交联剂2-3.5份、第二交联剂2-2.5份、氢键增强剂2-2.5份、余量为乙酸水溶液，以上各原料之和为100。
3.根据权利要求1所述的共价键-非共价键复合作用的自愈合凝胶随钻防漏剂，其特征在于，所述氧化-还原引发剂包括氧化剂和还原剂，其中氧化剂为过硫酸钾/过硫酸铵，还原剂为亚硫酸氢钠/亚硫酸钠；氧化剂与还原剂的质量比为(0.5-0.8):1。
4.权利要求1所述的共价键-非共价键复合作用的自愈合凝胶随钻防漏剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）按重量份，将第一共聚反应单体加入乙酸水溶液中，充分搅拌，使大分子充分溶解，得溶液A，
（2）在溶液A中加入第二共聚反应单体，充分搅拌后得溶液B，
（3）将第一交联剂和第二交联剂加入溶液B中，充分搅拌后得溶液C，
（4）将引发剂加入溶液C中，搅拌至其完全溶解，得到溶液D，
（5）在溶液D中加入氢键增强剂，充分搅拌，得到溶液E；
（6）将溶液E快速脱气后，进行冻融循环后，静置，得到堵漏剂基料；
（7）将基料烘干、粉碎后即得共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，乙酸水溶液的浓度为0.3-0.6mol/L，搅拌温度为20-40℃，搅拌速率为400-700转/分钟，搅拌时间为4-7h；
步骤(2)中，搅拌温度为80-100℃，搅拌速率为300-600转/分钟，搅拌时间为5-8h；
步骤(3)中，搅拌温度为70-95℃，搅拌速率为300-500转/分钟，搅拌时间为3-5h；
步骤(4)中，搅拌温度为60-90℃，搅拌速率为200-500转/分钟，搅拌时间为2-3h；
步骤(5)中，搅拌温度、搅拌速率与步骤（4）相同，搅拌时间为0.5-1h；
步骤(6)中，脱气方式为减压抽真空；冻融循环具体为，将脱气后的溶液E在-25℃下冷冻6-8h，在常温下解冻8-10h；
步骤(7)中，所述烘干是在真空度为0.07-0.1MPa、温度为60-80℃条件下真空干燥26-32h。
6.权利要求1所述的共价键-非共价键复合作用的自愈合凝胶随钻防漏剂在防漏或堵漏中的应用，具体应用方法如下：将共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂以颗粒的形式分散在钻井液中，共价-非共价键自愈合凝胶堵漏剂的加量为钻井液质量的2-5%，随钻进入目的层共价键-非共价键复合作用的自愈合凝胶随钻防漏剂位。
CN202111202204.XA 2021-10-15 2021-10-15 一种共价键-非共价键复合作用的自愈合凝胶随钻防漏剂及其制备方法与应用 Active CN113943558B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111202204.XA CN113943558B (zh) 2021-10-15 2021-10-15 一种共价键-非共价键复合作用的自愈合凝胶随钻防漏剂及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111202204.XA CN113943558B (zh) 2021-10-15 2021-10-15 一种共价键-非共价键复合作用的自愈合凝胶随钻防漏剂及其制备方法与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113943558A CN113943558A (zh) 2022-01-18
CN113943558B true CN113943558B (zh) 2023-03-31

Family

ID=79330164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111202204.XA Active CN113943558B (zh) 2021-10-15 2021-10-15 一种共价键-非共价键复合作用的自愈合凝胶随钻防漏剂及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113943558B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114507515B (zh) * 2022-02-21 2023-06-06 中国石油大学(华东) 一种用于裂缝性地层的超分子凝胶堵漏剂及其制备方法与应用
CN114736394A (zh) * 2022-03-09 2022-07-12 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种动态键自愈合功能的水凝胶组合物及其制备方法与应用
CN117736705B (zh) * 2024-02-20 2024-05-03 中国石油大学(华东) 一种自愈合树脂随钻堵漏剂及其制备方法与应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103113530A (zh) * 2013-02-01 2013-05-22 河北工业大学 一种pvc共价键合纳米微粒合金树脂的制备方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9945220B2 (en) * 2008-10-08 2018-04-17 The Lubrizol Corporation Methods and system for creating high conductivity fractures
US8822386B2 (en) * 2010-06-28 2014-09-02 Baker Hughes Incorporated Nanofluids and methods of use for drilling and completion fluids
CN105441046B (zh) * 2015-11-25 2018-04-20 长江大学 适用于裂缝及溶洞堵漏的氢键水凝胶
CN108341961B (zh) * 2017-01-25 2023-08-25 厦门天策材料科技有限公司 一种含有组合动态共价键的动态聚合物制备及其应用
CN110929400B (zh) * 2019-11-21 2021-04-06 中国石油大学(华东) 一种自愈合凝胶堵漏材料的愈合堵漏稳定性评价方法
CN111875908B (zh) * 2020-07-22 2021-05-11 深圳大学 一种可自愈合气凝胶
CN111961452B (zh) * 2020-08-04 2021-05-07 中国石油大学(华东) 耐高温高强度触变型凝胶堵漏剂及其制备方法与应用
CN111944170B (zh) * 2020-08-26 2022-04-12 清华大学 一种自愈合水凝胶的制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103113530A (zh) * 2013-02-01 2013-05-22 河北工业大学 一种pvc共价键合纳米微粒合金树脂的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113943558A (zh) 2022-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113943558B (zh) 一种共价键-非共价键复合作用的自愈合凝胶随钻防漏剂及其制备方法与应用
CN113501910B (zh) 一种多重非共价键协同自愈合凝胶堵漏剂及其制备与应用
US4246124A (en) Gelled compositions and well treating
US4413680A (en) Permeability reduction in subterranean reservoirs
CN110079288B (zh) 一种膨胀性暂堵剂及其制备方法
CN103113862B (zh) 两性离子聚磺超高温钻井液
CN114621743B (zh) 缓交联耐温耐盐聚合物冻胶压裂液及其制备方法和应用
CN109971451B (zh) 一种压裂液用氧化石墨烯纳米交联剂及其制备方法
CN102603968A (zh) 一种钻井堵漏用高分子聚合物吸水材料
Su et al. Thermoviscosifying smart polymers for oil and gas production: state of the art
CN112898488B (zh) 一种页岩气压裂液用多糖改性抗盐降阻剂及其制备方法
CN111944510A (zh) 一种清洁压裂液用增稠剂及其制备方法
CN111574976A (zh) 一种增强型堵漏凝胶及其制备方法
CN113512414B (zh) 延缓交联型抗高温低摩阻加重胍胶压裂液及其应用方法
CN113234425B (zh) 一种中低渗油藏深部调剖用复合铝凝胶堵剂及其制备方法与应用
CN102993356A (zh) 一种基于控制填充剂加量的随钻防漏堵漏剂制备工艺
CN113150208B (zh) 基于高分子引发交联一体化技术的高韧性水凝胶制备方法及水凝胶
CN113929801A (zh) 一种超高温度酸化压裂用稠化剂的制备方法
CN113527574A (zh) 一种乳液型高分子硼交联剂及其制备方法和应用
CN102994056A (zh) 一种聚合物随钻防漏堵漏剂
CN105114032A (zh) 一种采用交联聚合物凝胶堵漏剂进行中深井堵漏的方法
CN114380946A (zh) 自增粘转向酸液稠化剂及其制备方法与应用
CN113444505B (zh) 一种自适应堵漏隔离液体系及其制备方法
CN102993362A (zh) 控制填充剂加量的随钻防漏堵漏剂制备工艺
CN111675787B (zh) 一种后水解的超高分子量梳形聚丙烯酰胺的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant