CN114736660A - 一种性能良好的超低渗透封堵剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油田化学应用领域,具体来讲,本发明涉及一种性能良好的超低渗透封堵剂的制备方法。所述封堵剂由以下质量百分比原材料制备而成:以去离子水的质量为100%计算,膨润土4%‑5%;碳酸钠0.2%‑0.25%;TPS共混物8%‑10%。其中,TPS共混物以去离子水的质量为100%计算,TPS8%‑10%,纳米二氧化钛5%,丙三醇10%。TPS自身属于环保、生物可降解材料,具有耐热性能,机械性能良好等特点并且成本低。纳米二氧化钛具有抗污染性能以及清洁性能,并且金属离子半径小,易于进入淀粉分子内部,同增塑剂作用一样,破坏淀粉分子间的氢键,从而使淀粉分子易于运动。降低成本的同时增加了环保特性,促进油气资源未来的低成本开发。
Description
技术领域
本发明涉及油田化学应用领域,具体来讲,本发明涉及一种性能良好的超低渗透封堵剂的制备方法。
背景技术
钻井液是在油气井钻进过程中运用自身多种功能特性来满足钻井工作需求的各种各样循环流体的统称。现在的钻井液在保证安全快速钻进的同时还要有一定的环保要求,以不污染环境且可持续发展为准。常用的有机纳米封堵剂通常是由聚合物纳米复合材料组成。因为高分子量聚合物中非极性部分向外伸展,它降低了泥饼的渗透性,从而达到减少钻井液漏失的目的。Fe3O4纳米材料、铁基纳米颗粒(FeNP)/钙基纳米颗粒(CaNP)等无机纳米封堵剂具有良好的降滤失效果。有机/无机纳米封堵剂是由无机刚性材料和一种或几种有机可变形纳米材料的复合物。但常规封堵剂存在环境污染性,不利于持续发展,且不能有效封堵微纳米裂缝地层。
淀粉是一大类来源丰富、可再生、可完全生物降解及价格低廉的天然高分子,广泛应用于食品、降解塑料、包装和医药等领域。然而,淀粉内部的结晶和半晶结构使其熔融温度大于分解温度,因而不能热塑加工,这一问题严重制约了其在各领域的应用与发展。源于谷类、薯类等植物的天然淀粉广泛应用于制备淀粉基塑料,其本质是破坏天然淀粉的结晶结构,使之成为无定形的淀粉大分子,从而具有热塑加工性能,称之为热塑性淀粉(TPS)。近年来的研究发现,在TPS基体中加入增强体形成复合材料,可显著改善其力学和耐水性能。主要的增强体为无机矿物、无机纳米粒子以及有机纤维。
中国发明专利“一种环保型强抑制成膜封堵水基钻井液及配制方法”(申请号202110150149.8)公开了一种一种环保型强抑制成膜封堵水基钻井液,主要由原矿土、纯碱、降失水增稠剂PAC-LV、降失水增稠剂DTP、降滤失剂SIFB-1、包被抑制剂JXA-1、成膜封堵剂FDM-1、NaOH、CaO、抑制润滑剂YKZJ-1、KCl、重晶石和水组成。另外,该发明还公开了一种环保型成膜封堵水基钻井液配制方法。
中国发明专利“一种基于改性玄武岩纤维粉的环保型钻井液用封堵剂及制备方法”(申请号202010336731.9)公开了一种基于改性玄武岩纤维粉的环保型钻井液用封堵剂,包括玄武岩纤维粉的重量份数为50~75份,纳米二氧化硅的重量份数为10~25份,表面活性剂的重量份数为1~3份,硅烷偶联剂的重量份数为1~3份,乙醇2-6份,多糖聚合物的重量份数为10~20份,其中,所述表面活性剂选自鼠李糖脂、大豆卵磷脂、槐糖脂或甘油酯;所述多糖聚合物为壳聚糖、多聚果糖或海藻酸钠;所述玄武岩纤维粉的粒径大小为100目-500目。
中国发明专利“一种环保型抗高温水基钻井液封堵防塌剂的制备方法”(申请号201911324934.X)公开了一种环保型抗高温水基钻井液封堵防塌剂的制备方法,包括步骤:将苯乙烯类单体、丙烯酸类单体、乳化剂MS-1水溶液混合乳化制备前聚乳液;将亲水型单体、阳离子单体和乳化剂MS-1分散于水中,调节pH至6.5-8.5,然后加入苯乙烯类单体和丙烯酸类单体的混合单体混合乳化制备后聚乳液;前聚乳液中加入交联剂1、引发剂1,分散均匀后进行反应;然后滴加后聚乳液,加入交联剂2、引发剂2,分散均匀后继续反应,经干燥、粉碎得到封堵防塌剂。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种性能良好的超低渗透封堵剂。
本发明的另一个目的是提供该超低渗透封堵剂的具体制备方式。
为实现目的,本发明提供了一种性能良好的超低渗透封堵剂及其制备方法。由以下质量百分比原材料制备而成:以去离子水的质量为100%计算,膨润土4%-5%;碳酸钠0.2%-0.25%;TPS共混物8%-10%。
根据本发明一些具体实施方案,包括如下步骤:
S1:以TPS为原料,采用球磨预处理TPS为粉末,将TPS粉末与纳米二氧化钛以及少量沸石放入三口烧瓶;
S2:加入120ml的水以及30ml的丙三醇至三口烧瓶;
S3:将三口烧瓶放入DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器中进行加热搅拌,设置参数为135℃,转速为20转/分钟;
S4:加热搅拌2h后即得到TPS与纳米二氧化钛的共混物;
S5:以去离子水的质量为100%计算,称取4%-5%的膨润土,0.2%-0.25%的碳酸钠,将膨润土与碳酸钠以及去离子水用电动搅拌器搅拌30min,搅拌均匀后静置24h;
S6:将8%-10%的TPS共混物加入S5制备的基浆中,用电动搅拌器搅拌30min即获得超低渗透封堵剂。
根据本发明一些具体实施方案,其中,TPS自身属于环保、生物可降解材料,其本身具有耐热性能,机械性能良好等特点,起到环保封堵的效果。碳酸钠作用机理是利用离子间作用所造成的交换与沉淀将钙土转化为钠土。该反应将黏土水化分散性能变的更为优良,配置成功的水基钻井液滤失量更低,提升切力同时粘度微量增大。到要考虑加量问题,过多会导致黏土颗粒发生聚结效应,导致性能破坏。因此加入膨润土加量的5%属于合适范畴。
根据本发明一些具体实施方案,其中,丙三醇的作用机理是对淀粉的塑化效果较好,能够持续提高淀粉的塑化性能。淀粉分子内和分子间有大量氢键,因此淀粉分子间的作用力很强。在淀粉中加入小分子塑化剂,与淀粉形成氢键取代淀粉分子间的氢键,降低淀粉分子间作用力,提高淀粉分子的活动能力,使淀粉具有热塑性。本发明使用热塑性淀粉以及丙三醇目的在于使得其在砂床表面形成薄膜,以达到封堵目的。综合分析结果看,对水分和丙三醇含量搭配使用,能发挥淀粉热塑性能的最佳效果。单纯的丙三醇共混体系很难达到消除体系晶区影响的结果。加入金属盐作为其它组分和淀粉-丙三醇体系共混,有助于结晶度进一步下降,从而达到基本消除晶区影响的目的,进一步提高共混体系的塑化效果。
根据本发明一些具体实施方案,其中,纳米二氧化钛自身具有抗污染性能以及清洁性能,并且对纳米裂缝的封堵起一定的作用。并且金属离子半径小,易于进入淀粉分子内部,同增塑剂作用一样,破坏淀粉分子间的氢键,从而使淀粉分子易于运动,故断裂伸长率增大。
综上,本发明致力于提供一种一种性能良好的超低渗透封堵剂及其制备方法。具备如下优点:
1、本发明制备的TPS共混物具有原料易获取、可降解及环境友好的特点,解决了常规封堵剂存在环境污染性的问题,热塑性淀粉克服了传统淀粉不耐高温、力学性能差等缺点。
2、本发明共混所用的纳米二氧化钛具有抗污染性能以及清洁性能,并且对纳米裂缝的封堵起一定的作用。
3、本发明通过添加TPS共混物,在并且对纳米裂缝的封堵起一定的作用,TPS的成膜效果好。本发明所配制的封堵剂在高密度条件下依旧能保持抗温性能良好,钻井液即使在高温下同样具备优良的流动性,流态易于调控,现场实际应用中监控维护简易方便。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案,通过一下实施例对本发明进行详细描述,本部分的描述仅是示范性和解释性,不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
实施例1
TPS共混物的制备:
(1)药品准备:称取前期预处理的热塑性淀粉TPS40g(干计),纳米二氧化钛5g,丙三醇15ml,去离子水135ml,沸石少许。
(2)将准备好的药品加入固定在集热式恒温加热磁力搅拌器中的三口烧瓶里,安装冷凝管,并调节温度为135℃使温度恒定。
(3)设置转速为20转/分钟,加热搅拌2h,待结束后倒出,冷却后即可使用。
封堵剂制备:
(1)药品准备:以去离子水的质量为100%计算,称取5%的膨润土,0.25%的碳酸钠,将膨润土与碳酸钠以及去离子水用电动搅拌器搅拌30min,搅拌均匀后静置24h;
(2)将8%的TPS共混物加入(1)制备的基浆中,液体体积共500ml,用电动搅拌器搅拌30min即获得超低渗透封堵剂。
封堵效果:
(1)将80-100目砂放进FA型无渗透钻井液滤失仪中,制备砂床。
(2)将500ml配置好的超低渗透封堵剂沿管壁缓慢倒入滤失仪中。
(3)将仪器压力升高至0.69MPa,打开仪器下方的法兰,观测30min内封堵剂的侵入深度。
使用未加入TPS共混物的基浆做一组对照实验,以便观测封堵效果。试验数据对比如表1所示。
实施例2
TPS共混物的制备:
(1)药品准备:称取前期预处理的热塑性淀粉TPS40g(干计),纳米二氧化钛5g,丙三醇15ml,去离子水135ml,沸石少许。
(2)将准备好的药品加入固定在集热式恒温加热磁力搅拌器中的三口烧瓶里,安装冷凝管,并调节温度为135℃使温度恒定。
(3)设置转速为20转/分钟,加热搅拌2h,待结束后倒出,冷却后即可使用。
封堵剂制备:
(1)药品准备:以去离子水的质量为100%计算,称取5%的膨润土,0.25%的碳酸钠,将膨润土与碳酸钠以及去离子水用电动搅拌器搅拌30min,搅拌均匀后静置24h;
(2)将8.5%的TPS共混物加入(1)制备的基浆中,液体体积共500ml,用电动搅拌器搅拌30min即获得超低渗透封堵剂。
封堵效果:
(1)将80-100目砂放进FA型无渗透钻井液滤失仪中,制备砂床。
(2)将500ml配置好的超低渗透封堵剂沿管壁缓慢倒入滤失仪中。
(3)将仪器压力升高至0.69MPa,打开仪器下方的法兰,观测30min内封堵剂的侵入深度。
使用未加入TPS共混物的基浆做一组对照实验,以便观测封堵效果。试验数据对比如表1所示。
实施例3
TPS共混物的制备:
(1)药品准备:称取前期预处理的热塑性淀粉TPS40g(干计),纳米二氧化钛5g,丙三醇15ml,去离子水135ml,沸石少许。
(2)将准备好的药品加入固定在集热式恒温加热磁力搅拌器中的三口烧瓶里,安装冷凝管,并调节温度为135℃使温度恒定。
(3)设置转速为20转/分钟,加热搅拌2h,待结束后倒出,冷却后即可使用。
封堵剂制备:
(1)药品准备:以去离子水的质量为100%计算,称取5%的膨润土,0.25%的碳酸钠,将膨润土与碳酸钠以及去离子水用电动搅拌器搅拌30min,搅拌均匀后静置24h;
(2)将9%的TPS共混物加入(1)制备的基浆中,液体体积共500ml,用电动搅拌器搅拌30min即获得超低渗透封堵剂。
封堵效果:
(1)将80-100目砂放进FA型无渗透钻井液滤失仪中,制备砂床。
(2)将500ml配置好的超低渗透封堵剂沿管壁缓慢倒入滤失仪中。
(3)将仪器压力升高至0.69MPa,打开仪器下方的法兰,观测30min内封堵剂的侵入深度。
使用未加入TPS共混物的基浆做一组对照实验,以便观测封堵效果。试验数据对比如表1所示。
实施例4
TPS共混物的制备:
(1)药品准备:称取前期预处理的热塑性淀粉TPS40g(干计),纳米二氧化钛5g,丙三醇15ml,去离子水135ml,沸石少许。
(2)将准备好的药品加入固定在集热式恒温加热磁力搅拌器中的三口烧瓶里,安装冷凝管,并调节温度为135℃使温度恒定。
(3)设置转速为20转/分钟,加热搅拌2h,待结束后倒出,冷却后即可使用。
封堵剂制备:
(1)药品准备:以去离子水的质量为100%计算,称取5%的膨润土,0.25%的碳酸钠,将膨润土与碳酸钠以及去离子水用电动搅拌器搅拌30min,搅拌均匀后静置24h;
(2)将10%的TPS共混物加入(1)制备的基浆中,液体体积共500ml,用电动搅拌器搅拌30min即获得超低渗透封堵剂。
封堵效果:
(1)将80-100目砂放进FA型无渗透钻井液滤失仪中,制备砂床。
(2)将500ml配置好的超低渗透封堵剂沿管壁缓慢倒入滤失仪中。
(3)将仪器压力升高至0.69MPa,打开仪器下方的法兰,观测30min内封堵剂的侵入深度。
使用未加入TPS共混物的基浆做一组对照实验,以便观测封堵效果。试验数据对比如表1所示。
表1封堵实验数据
对比上述数据可知,本发明方法制备的封堵剂,封堵效果较好。本发明封堵剂,碳酸钠将黏土水化分散性能变的更为优良,配置成功的水基钻井液滤失量更低,提升切力同时粘度微量增大。TPS具有耐温耐压的特点,力学性能较好,与纳米二氧化钛共混后效果增加,并且性能以及共混效果十分稳定,粒子分布均匀,对于纳米裂缝同样具有封堵效果,并且金属粒子会破坏淀粉分子间的氢键,从而使淀粉分子易于运动。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种性能良好的超低渗透封堵剂的制备方法,包括如下步骤:
S1:以TPS为原料,采用球磨预处理TPS为粉末,将TPS粉末与纳米二氧化钛以及少量沸石放入三口烧瓶;
S2:加入120ml的水以及30ml的丙三醇至三口烧瓶;
S3:将三口烧瓶放入DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器中进行加热搅拌,设置参数为135℃,转速为20转/分钟;
S4:加热搅拌2h后即得到TPS与纳米二氧化钛的共混物;
S5:以去离子水的质量为100%计算,称取4%-5%的膨润土,0.2%-0.25%的碳酸钠,将膨润土与碳酸钠以及去离子水用电动搅拌器搅拌30min,搅拌均匀后静置24h;
S6:将8%-10%的TPS共混物加入S5制备的基浆中,用电动搅拌器搅拌30min即获得超低渗透封堵剂。
2.根据权利要求1所述的一种性能良好的超低渗透封堵剂的制备方法,其特征在于:步骤S1中的预处理的TPS粒径要足够小,至少要用一百目筛网过筛。
3.根据权利要求1所述的一种性能良好的超低渗透封堵剂的制备方法,其特征在于:步骤S2中丙三醇是作为塑化剂使用,增强TPS与纳米二氧化钛之间的作用。
4.根据权利要求1所述的一种性能良好的超低渗透封堵剂的制备方法,其特征在于:步骤S2中,加入水后,TPS会团聚,导致转子被包裹不能充分搅拌,因此可以用玻棒预搅拌。
5.根据权利要求1所述的一种性能良好的超低渗透封堵剂的制备方法,其特征在于:步骤S3中,共混条件需要高温以增加热力学性能。
6.根据权利要求1所述的一种性能良好的超低渗透封堵剂的制备方法,其特征在于:步骤S3中,根据实验室实际操作情况,调整最佳工艺参数为温度135℃,转子转速20转/分钟。
7.根据权利要求1所述的一种性能良好的超低渗透封堵剂的制备方法,其特征在于:步骤S4中,加热搅拌时需要注意根据烧瓶内状况对转速轻微调整。
8.根据权利要求1所述的一种性能良好的超低渗透封堵剂的制备方法,其特征在于:步骤S4中,制备的TPS共混物需要放凉后使用。
9.根据权利要求1所述的一种性能良好的超低渗透封堵剂的制备方法,其特征在于:步骤S5中,搅拌好的基浆需要充分静置。
10.根据权利要求1所述的一种性能良好的超低渗透封堵剂的制备方法,其特征在于:步骤S6中,基浆与TPS共混物的搅拌要时间足够长,以便于混合均匀。
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Legal Events
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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