CN114075431B - 一种油基钻井液堵漏用弱交联高聚物及其制备方法 - Google Patents

一种油基钻井液堵漏用弱交联高聚物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种油基钻井液堵漏用弱交联高聚物的制备方法，包括：含有活性基团的高聚物、油溶性交联剂、油溶性引发剂和溶剂，混合，加热反应，造粒，得到油基钻井液堵漏用弱交联高聚物；所述含有活性基团的高聚物为聚丁二烯、聚异戊二烯、聚丁二烯‑苯乙烯、聚丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯等中的一种或多种。本发明是以一种含有活性基团的高聚物的改性材料，具有高聚物亲油黏结性的基础上，通过交联改性提高了材料的弹性变形性。在漏层温度下，高聚物未交联部分逐渐吸油变黏，可提高堵漏材料在油相下的驻留性；交联部分仍为橡胶状态，具有弹性变形性，有利于封堵不同粒径的孔隙。在漏层压力下，高聚物颗粒黏附在一起，提高封堵层的抗破坏性能。

Description

一种油基钻井液堵漏用弱交联高聚物及其制备方法
技术领域
本发明涉及油田化学技术领域，尤其是涉及一种油基钻井液堵漏用弱交联高聚物及其制备方法。
背景技术
随着我国能源需求量不断增加，非常规油气资源勘探开发越来越深入，此时钻遇的复杂地层越来越多，对油基钻井液堵漏技术的需求逐渐增强。适用于油基钻井液堵漏材料的研发和应用却发展比较缓慢。现阶段，国内仍以常规的堵漏材料如不同粒径的刚性颗粒材料、纤维材料、变形材料等进行封堵。但是这些常规堵漏材料多为亲水性，在油基钻井液中配伍性差，导致堵漏材料的驻留性差、或者封堵层的抗破坏能力弱，封堵效果不理想。
为提高堵漏材料在油基钻井液中封堵性能，许多学者研发了一些亲油材料。中国石油大学(华东)由单体甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸十六烷基酯(HMA)采用悬浮聚合法制备了吸油聚合物(OAP)，该材料可显著降低油基钻井液高温高压降滤失量。Ivan C D介绍了油基钻井液堵漏用交联聚合物，用于解决诱导性裂缝漏失问题。当该交联聚合物剂被挤压到诱导性裂缝中，裂缝诱导压力就会增加，这有助于裂缝愈合，进而阻止漏失。SPE 121111-MS提出使用可熔颗粒作为堵漏材料来解决严重的漏失情况。这种堵漏材料包括熔融颗粒、最佳粒径的加重材料以及控制材料漏失率和分散性的各种添加剂。该堵漏材料已经用在美国加利福尼亚贝克斯菲尔德的ElkHills油田，并产生明显的堵漏效果。美国专利US7838469B2公开了一种熔融材料用于堵漏。该堵漏材料包含可融化的硬沥青类材料以及树脂包膜的颗粒材料。该熔融固体是沥青，或一种类似的材料，或树脂涂覆的颗粒。该组合物可以任选含有一个或更多的纤维，薄片，活化剂，和一种分散剂。
综上，可以看出，现阶段通过研发或添加亲油材料如亲油交联聚合物以及熔融(可溶)聚合物材料于常规堵漏材料中，来得到改善油基钻井液封堵性能，是一种发展趋势。但现有技术公开的交联反应困难大，反应过程和结构不易控制，同时在油相环境下驻留困难、封堵层较松散、与孔隙粒径级配困难等问题。
因此，开发一种交联容易，堵漏材料的封堵性能高，满足油基钻井液堵漏的需求的材料是非常必要的。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决技术问题在于提供一种油基钻井液堵漏用弱交联高聚物，本发明提供的油基钻井液堵漏用弱交联高聚物封堵性能好，封堵层抗破坏性能好。
本发明提供了一种式(I)结构的油基钻井液堵漏用弱交联高聚物，
其中，分子量为80,000～600,000，m,n,p为聚合度，m:n:p＝(200～6,000):(0～1,000):(0～6,000)；R1为H、C1～C10的烷基；R2为H、C1～C10的烷基，C6～C20的芳基、C1～C10的烷基酯中的一种或几种；R3为H、C1～C10的烷基；R4为S或
优选的，所述R1为H或CH3；R2为H、CH3、(CH2)nCH3、COOCH3、COOCH2CH3或OOCCH3；R3为H或CH3。
优选的，具体为式(I-1)～式(I-3)所示结构：
本发明提供了一种油基钻井液堵漏用弱交联高聚物的制备方法，其包括：
含有活性基团的高聚物、油溶性交联剂、油溶性引发剂和溶剂混合，加热反应，剪切造粒，得到油基钻井液堵漏用弱交联高聚物；
所述含有活性基团的高聚物为聚丁二烯、聚异戊二烯、聚丁二烯-苯乙烯、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯等中的一种或多种。
优选的，所述溶剂白油、柴油、苯、乙酸乙酯、丙烯酸丁酯或二氯甲烷的一种或多种。
优选的，所述油溶性引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化氢和过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种或多种。
优选的，所述亲油性交联剂为二乙烯基苯、二异氰酸酯和硫磺中的一种或多种。
优选的，所述加热反应的温度为70～90℃；所述加热反应的时间为6～8h。
优选的，所述造粒具体为采用剪切造粒的方式，得到粒径为0.47～125mm的聚合物颗粒。
本发明提供了一种油基钻井液堵漏材料，包括上述技术方案任意一项所述的式(I)结构的油基钻井液堵漏用弱交联高聚物或上述技术方案任意一项所述的油基钻井液堵漏用弱交联高聚物的制备方法制备得到的油基钻井液堵漏用弱交联高聚物。
与现有技术相比，本发明提供了一种油基钻井液堵漏用弱交联高聚物的制备方法，其包括：含有活性基团的高聚物、油溶性交联剂、油溶性引发剂和溶剂，混合，加热反应，造粒，得到油基钻井液堵漏用弱交联高聚物；所述含有活性基团的高聚物为聚丁二烯、聚异戊二烯、聚丁二烯-苯乙烯、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯等中的一种或多种。本发明是以一种含有活性基团的高聚物的改性(弱交联)材料，具有高聚物亲油黏结性的基础上，通过交联改性提高了材料的弹性变形性。该产物常温下为固态，对油基钻井液的流变性能影响较小，方便泵送至漏层；在漏层温度下，高聚物未交联部分逐渐吸油变黏，可提高堵漏材料在油相下的驻留性；交联部分仍为橡胶状态，具有弹性变形性，有利于封堵不同粒径的孔隙。在漏层压力下，高聚物颗粒黏附在一起，变成一个具有连续的黏稠状橡胶段塞，提高封堵层的抗破坏性能。本发明以可反应亲油聚合物为原料，而非易燃、易爆、易挥发、毒性较大的亲油单体，具有较好的安全环保性，在生产上尤其是大规模生产中具有较大优势。
具体实施方式
本发明提供了一种油基钻井液堵漏用弱交联高聚物及其制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都属于本发明保护的范围。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
本发明提供了一种式(I)结构的油基钻井液堵漏用弱交联高聚物，
其中，本发明m、n、p为聚合度，其中，m:n:p＝(200～6,000):(0～1,000):(0～6,000)。m为200～6,000；n为0～1,000；p为0～6,000。其中，m:n:p优选为(200～6,000):(0～1,000):(0～6,000)；更优选为(500～2,000):(0～800):(2,000～5,500)。
本发明分子量为80,000～600,000。
本发明R1为H、C1～C10的烷基；优选为H、C1～C5的烷基；更优选为H、甲基、乙基、丙基或丁基，最优选为H或甲基。
R2为H、C1～C10的烷基，C6～C20的芳基、C1～C10的烷基酯中的一种或几种；优选的，R2为H、C1～C5的烷基、C6～C15的芳基、C1～C5的烷基酯中的一种或几种；更优选的，R2为H、CH3、(CH2)nCH3、COOCH3、COOCH2CH3或OOCCH3；
R3为H、C1～C10的烷基；优选为H、C1～C5的烷基；更优选为H、甲基、乙基、丙基或丁基，最优选为H或甲基。
R4为S或
按照本发明，具体为式(I-1)～式(I-3)所示结构：
其中m、n、p同上限定。
本发明提供了一种油基钻井液堵漏用弱交联高聚物的制备方法，其包括：
含有活性基团的高聚物、油溶性交联剂、油溶性引发剂和溶剂混合，加热反应，剪切造粒，得到油基钻井液堵漏用弱交联高聚物；
所述含有活性基团的高聚物为聚丁二烯、聚异戊二烯、聚丁二烯-苯乙烯、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯等中的一种或多种。
本发明提供的油基钻井液堵漏用弱交联高聚物的制备方法将含有活性基团的高聚物、油溶性交联剂、油溶性引发剂和溶剂混合。
首先将含有活性基团的高聚物在溶剂中溶解或者加热熔融，搅拌。
本发明所述含有活性基团的高聚物为聚丁二烯、聚异戊二烯、聚丁二烯-苯乙烯、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯等中的一种或多种。
本发明所述溶剂为白油、柴油、苯、乙酸乙酯、丙烯酸丁酯或二氯甲烷的一种或多种。本发明对其来源不进行限定，本领域技术人员熟知的市售即可。
本发明所述加热熔融的加热温度优选为70～100℃；时间优选为5～30min；
本发明对于所述搅拌的具体方式不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。
待溶液搅拌均匀后，与油溶性交联剂混合，搅拌。
本发明所述油溶性引发剂优选为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化氢和过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种或多种。本发明对其来源不进行限定，本领域技术人员熟知的市售即可。
而后与油溶性引发剂加热反应，得到反应产物。即为：混合后，为加热，静置反应。
本发明所述油溶性引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化氢和过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种或多种。本发明对其来源不进行限定，本领域技术人员熟知的市售即可。
本发明所述含有活性基团的高聚物、油溶性交联剂、油溶性引发剂的质量比优选为100:(0.5～5):(0.6～6)。
本发明所述含有活性基团的高聚物和溶剂的质量比优选为:1：(2～10)。
本发明所述加热反应的温度优选为70～90℃；更优选为75～85℃；最优选为80℃；所述加热反应的时间优选为6～8h。
将反应得到的材料剪切造粒，得到油基钻井液堵漏用弱交联高聚物。
所述造粒具体为采用剪切造粒的方式，得到粒径为0.47～125mm的聚合物颗粒。
本发明由一种或多种含有活性基团的高聚物、交联剂、引发剂等通过溶液聚合法，得到橡胶状物质，经造粒后即得到弱交联高聚物堵漏材料。
该堵漏材料可有效解决常规堵漏材料在油相环境下驻留困难、封堵层较松散、与孔隙粒径级配困难等问题，提高堵漏材料的封堵性能，满足油基钻井液堵漏的需求。本发明选用可反应亲油聚合物作为原料，避免了气味或毒性较大的可反应亲油单体，具有较强的环保性。
本发明解决了常规的堵漏材料在油相环境下的驻留性不足以及形成的封堵层松散，稳定性较差，而导致封堵效果不理想的问题，引入一种油基钻井液堵漏用弱交联高聚物，该材料在漏层温度下，同时具有黏结性及弹性变形性，可有效解决常规堵漏材料在油相环境下驻留困难、封堵层较松散、与孔隙粒径级配困难等问题，提高堵漏材料的封堵性能。
本发明是一种含有活性基团的高聚物改性(弱交联)方法，保证高聚物亲油黏结性的基础上，通过改性(弱交联)降低高聚物在油相中的溶解性，提高高聚物的弹性变形性。与亲油单体溶液聚合相比，得到的改性高聚物性能更加稳定且易控制；
本发明提供了一种油基钻井液堵漏材料，包括上述技术方案任意一项所述的式(I)结构的油基钻井液堵漏用弱交联高聚物或上述技术方案任意一项所述的油基钻井液堵漏用弱交联高聚物的制备方法制备得到的油基钻井液堵漏用弱交联高聚物。
本发明提供了一种油基钻井液堵漏材料包括堵漏基浆和上述技术方案任意一项所述的式(I)结构的油基钻井液堵漏用弱交联高聚物或上述技术方案任意一项所述的油基钻井液堵漏用弱交联高聚物的制备方法制备得到的油基钻井液堵漏用弱交联高聚物。
本发明所述式(I)结构的油基钻井液堵漏用弱交联高聚物的添加质量为2％～10％。
本发明对于所述堵漏基浆不进行限定，本领域技术人员熟知的即可，优选具体为：
堵漏浆配方：在柴油中添加一些提切剂(悬浮剂)，作为油基堵漏基浆；
所述提切剂(悬浮剂)为有机土、聚丙烯纤维、乳化剂等，添加质量百分比为0.2％～5％。
砂床制备：将粒径为40-60目石英砂，在90℃下预热后，加入可视砂床中压堵漏仪中(刻度到200mL处)；
本发明油基钻井液堵漏用弱交联高聚物制备原料是含有活性基团的高聚物，具有较好的安全环保性，而常规的亲油单体活性较大，大都易燃、易爆、毒性较大，所以该产品更有利于大规模生产。
本发明油基钻井液堵漏用弱交联高聚物产品是一种弱交联亲油高聚物。该产物常温下在油相环境下呈固态，随着温度升高，在80-120℃下，高聚物未交联部分会吸油变软，并具有较好的黏结性，交联部分为橡胶状态。
本发明油基钻井液堵漏用弱交联高聚物产物常温下为固态，对油基钻井液的流变性能影响较小，方便泵送至漏层；在漏层温度和压力下，固相颗粒黏附在一起，变成一个具有连续的黏稠状高聚物。
黏稠的未交联部分能够提高堵漏材料在油相下的驻留性和封堵层的抗破坏性能；交联部分能够吸油变形，有利于封堵不同粒径的孔隙。
本发明堵漏材料可有效解决常规堵漏材料在油相环境下驻留困难、封堵层较松散、与孔隙粒径级配困难等问题，提高堵漏材料的封堵性能，满足油基钻井液堵漏的需求。
本发明提供了一种油基钻井液堵漏用弱交联高聚物的制备方法，其包括：含有活性基团的高聚物、油溶性交联剂、油溶性引发剂和溶剂，混合，加热反应，造粒，得到油基钻井液堵漏用弱交联高聚物；所述含有活性基团的高聚物为聚丁二烯、聚异戊二烯、聚丁二烯-苯乙烯、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯等中的一种或多种。本发明是以一种含有活性基团的高聚物的改性(弱交联)材料，具有高聚物亲油黏结性的基础上，通过交联改性提高了材料的弹性变形性。该产物常温下为固态，对油基钻井液的流变性能影响较小，方便泵送至漏层；在漏层温度下，高聚物未交联部分逐渐吸油变黏，可提高堵漏材料在油相下的驻留性；交联部分仍为橡胶状态，具有弹性变形性，有利于封堵不同粒径的孔隙。在漏层压力下，高聚物颗粒黏附在一起，变成一个具有连续的黏稠状橡胶段塞，提高封堵层的抗破坏性能。本发明以可反应亲油聚合物为原料，而非易燃、易爆、易挥发、毒性较大的亲油单体，具有较好的安全环保性，在生产上尤其是大规模生产中具有较大优势。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种油基钻井液堵漏用弱交联高聚物及其制备方法进行详细描述。
实施例1
将20g聚丁二烯溶于乙酸乙酯中，充分溶解后加入0.8g交联剂二乙烯基苯、0.8g引发剂偶氮二异丁腈，充分溶解后加热到80℃，聚合6h后，造粒，得到油基钻井液堵漏用弱交联高聚物，其结构式为：
其中，分子量为250,000～330,000，m，p为聚合度，范围为m:p＝(450～560)：(4100～5100)。
实施例2
将20g聚异戊二烯溶于乙酸乙酯中，充分溶解后加入0.8g交联剂二乙烯基苯、0.8g引发剂BPO，搅拌均匀后加热到80℃，聚合6h后，造粒，得到油基钻井液堵漏用弱交联高聚物，其结构式为：
其中，分子量为280,000～350,000，m，p为聚合度，范围为m:p＝(400～750)：(3400～4500)。
实施例3
将10g聚异戊二烯、10g丁苯共聚物-I(丁二烯与苯乙烯的共聚物)溶于乙酸乙酯中，充分溶解后加入0.8g交联剂二乙烯基苯、0.8g引发剂偶氮二异丁腈，搅拌均匀后加热到80℃，聚合6h后，造粒，得到油基钻井液堵漏用弱交联高聚物，其结构式为：
其中，分子量为250,000～400,000，m，n，p为聚合度，范围为m:n:p＝(800～1,200)：(500～800):(3,000～4,000)。
对比例1
将20g苯乙烯溶于乙酸乙酯中，充分溶解后加入0.8g交联剂二乙烯基苯、0.8g引发剂偶氮二异丁腈，充分溶解后加热到80℃，聚合6h后，造粒，得到油基钻井液堵漏用弱交联高聚物，分子量为50,000～300,000，聚合度为500～3,000。
对比例2
将20g苯乙烯和丙烯酸丁酯共聚物溶于乙酸乙酯中，充分溶解后加入0.8g交联剂二乙烯基苯、0.8g引发剂偶氮二异丁腈，充分溶解后加热到80℃，聚合6h后，造粒，得到油基钻井液堵漏用弱交联高聚物，分子量为80,000～300,000，苯乙烯和丙烯酸丁酯聚合度为(500～2,500)：(500～1,000)。
对比例3
将20g苯乙烯溶于乙酸乙酯中，充分溶解后加入0.8g交联剂低聚硅氧烷、0.8g引发剂偶氮二异丁腈，充分溶解后加热到80℃，聚合6h后，造粒，得到油基钻井液堵漏用弱交联高聚物，分子量为50,000～300,000，聚合度为500～3,000。
对本发明产品进行相关性能评价，结果如下：
(1)吸油倍数测试
将2g实施例1、实施例2、实施例3以及对比例1、对比例2、对比例3产物分别加入40mL柴油放入烧杯中，在90℃下密封加热6h后，趁热过滤，用滤纸吸附产物周围的柴油，测定产物的质量，计算吸油倍数，结果如表1所示。
表1
质量(g) 吸油倍数
实施例1 12.42 5.21
实施例2 12.65 5.325
实施例3 12.13 5.065
对比例1 2.62 0.31
对比例2 3.08 0.54
对比例3 2.64 0.32
由表1可知，实施例产物吸油倍数均5倍左右，具有较好的吸油膨胀和吸油变黏性，而对比例几乎不吸油。
(2)封堵性评价
采用可视砂床堵漏仪对所发明的堵漏材料进行堵漏效果评价。
堵漏浆配方：在柴油中添加一些提切剂，作为油基堵漏基浆；将不同浓度的实例3产物加入150mL油基堵漏基浆中，搅拌均匀；
砂床制备：将粒径为40-60目石英砂，在90℃下预热后，加入可视砂床中(刻度到200mL处)；
实验步骤：
150mL堵漏浆，静置密封，在90℃下静置6h；搅拌均匀后，加入预热的砂床，进行堵漏实验。
为了更好地说明该堵漏材料的效果，使用8％传统填充材料如天然橡胶粉、沥青粉、碳酸钙颗粒等替换产品，配制成堵漏浆，进行对比实验。
表2
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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 (4)

1.一种油基钻井液堵漏用弱交联高聚物的制备方法，其特征在于，将20g聚异戊二烯溶于乙酸乙酯中，充分溶解后加入0.8g交联剂二乙烯基苯、0.8g引发剂BPO，搅拌均匀后加热到80℃，聚合6h后，造粒，得到油基钻井液堵漏用弱交联高聚物。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述造粒具体为采用剪切造粒的方式，得到粒径为0.47~125mm的聚合物颗粒。
3.一种油基钻井液堵漏用弱交联高聚物，其特征在于，由权利要求1所述的制备方法制备得到。
4.一种油基钻井液堵漏材料，其特征在于，包括权利要求1~2任意一项所述的制备方法制备得到的油基钻井液堵漏用弱交联高聚物或权利要求3所述的油基钻井液堵漏用弱交联高聚物。
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