CN114989794B - 高触变高韧性有机固化堵漏材料、有机固化堵漏浆及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高触变高韧性有机固化堵漏材料、有机固化堵漏浆及其制备方法与应用，以重量份数计，所述有机固化堵漏材料包括亲水热固性树脂45‑85份，固化剂10‑24份，增韧剂1‑8份及流型调节剂0.4‑3份。本发明提供的该有机固化堵漏材料可与水基钻井液以任意比互溶，且不粘附管柱，地层温度下延迟可控固化；固化后强度高，韧性大，具有优良的漏层驻留能力、抗污染能力和承压能力。具体而言，本发明提供的有机固化堵漏材料的剪切稀释性能明显，抗钻井液污染能力优异；固化温度为80‑180℃，固化时间为1‑10h可调整，固化后单轴抗压15‑60MPa可调，抗弯强度>10MPa。
Description
技术领域
本发明涉及一种高触变高韧性有机固化堵漏材料、有机固化堵漏浆及其制备方法与应用，属于油气田勘探开发作业中的钻井工程技术领域。
背景技术
井漏严重威胁钻井安全、制约钻井速度、影响勘探开发进程、损害油气储层，并造成巨大的经济损失，这一问题一直没有得到很好解决。大缝洞、断层恶性井漏治理的关键是防漏堵漏材料，其中井下交联和可固化堵漏材料是目前处理恶性漏失最有效的堵漏材料之一。当前针对大缝洞地层堵漏作业，水泥和交联凝胶是现场应用最多的材料。但是，交联凝胶存在抗水解、抗污染性能弱、交联后强度不足的缺点；水泥存在抗水冲稀能力差、抗钻井液污染能力弱的缺点。
树脂固化类堵漏材料相比聚合物交联材料具有更高的承压、抗水解及耐盐能力，相比常规水泥具备更好的抗水冲稀能力。中国专利CN 112457830 A公开了一种延时膨胀堵漏剂，组分包括：酚醛树脂20-25份、丙烯酸单体20-30份、淀粉20-30份、轻质碳酸钙20-30份、催化剂4-6份和引发剂3-5份，在不同温度、压力、酸碱性条件下，该堵漏材料的膨胀效应均可得到响应，但该材料制备相对复杂，堵漏效率不高。中国专利CN 109943301 A公开了一种树脂乳液堵漏剂，包括水基树脂乳液、固化剂、偶联剂和纳米锂皂土，该堵漏材料分散均匀稳定，固化强度高、韧性好、胶结强度大，但成本较高，承压和抗污染性能还需提高。
因此，提供一种新型的高触变高韧性有机固化堵漏材料、有机固化堵漏浆及其制备方法与应用已经成为本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述的缺点和不足，本发明的一个目的在于提供一种有机固化堵漏材料。
本发明的另一个目的还在于提供一种有机固化堵漏浆，其包含以上所述的有机固化堵漏材料。
本发明的又一个目的还在于提供以上所述有机固化堵漏浆的制备方法。
本发明的再一个目的还在于提供以上所述有机固化堵漏材料或者所述有机固化堵漏浆在天然大缝洞或者断层恶性井漏堵漏中的应用。
本发明的最后一个目的还在于提供一种天然大缝洞或者断层恶性井漏堵漏方法，其中，所述方法利用以上所述的有机固化堵漏浆或者有机固化堵漏材料。
为了实现以上目的，一方面，本发明提供了一种有机固化堵漏材料，其中，以重量份数计，所述有机固化堵漏材料包括亲水热固性树脂45-85份，固化剂10-24份，增韧剂1-8份及流型调节剂0.4-3份。
作为本发明以上所述有机固化堵漏材料的一具体实施方式，其中，所述亲水热固性树脂包括酚醛树脂、丙烯酸树脂、氨基树脂、呋喃树脂、氰酸酯树脂、聚酰胺树脂及水性环氧树脂或其乳液中的一种或者几种的组合。
其中，当所述亲水热固性树脂为水性环氧树脂乳液时，以水性环氧树脂乳液中的固含量计算所述亲水热固性树脂。
作为本发明以上所述有机固化堵漏材料的一具体实施方式，其中，所述固化剂包括二乙烯三胺、六亚甲基四胺、双氰胺、间苯二胺、二氨基二苯基砜及苯磺酸中的一种或者几种的组合。
作为本发明以上所述有机固化堵漏材料的一具体实施方式，其中，所述增韧剂包括乙丙橡胶、聚丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)及乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)中的一种或几种的组合。
作为本发明以上所述有机固化堵漏材料的一具体实施方式，其中，所述流型调节剂包括黄原胶、瓜尔胶、羟丙基胍胶、锂皂石、海泡石、凹凸棒石及纳米二氧化硅中的一种或几种的组合。
另一方面，本发明还提供了一种有机固化堵漏浆，其中，所述有机固化堵漏浆包括以上所述的有机固化堵漏材料及水。
作为本发明以上所述有机固化堵漏浆的一具体实施方式，其中，所述水包括淡水或者海水。
作为本发明以上所述有机固化堵漏浆的一具体实施方式，其中，所述有机固化堵漏材料与水的质量比为0.3-1:1。
作为本发明以上所述有机固化堵漏浆的一具体实施方式，其中，所述有机固化堵漏浆的固化温度为80-180℃，固化时间为1-10h，80℃固化后单轴抗压强度为20-60MPa，抗折强度>10MPa；
其中，抗压强度试验时所用的加载速度为2mm/min，抗折试验时所用的加载速度为60N/s。
又一方面，本发明还提供了以上所述的有机固化堵漏浆的制备方法，其中，包括：
先向水中加入流型调节剂并使其全部溶解，然后加入亲水热固性树脂及增韧剂至充分混合分散，最后加入固化剂，混合均匀后即得到所述有机固化堵漏浆。
再一方面，本发明还提供了以上所述的有机固化堵漏材料或者有机固化堵漏浆在天然大缝洞或者断层恶性井漏堵漏中的应用。
最后一方面，本发明还提供了一种天然大缝洞或者断层恶性井漏堵漏方法，其中，所述方法利用以上所述的有机固化堵漏材料或者有机固化堵漏浆。
本发明所提供的有机固化堵漏材料以亲水类的热固性树脂为核心组分并配合固化剂、增韧剂、流型调节剂等助剂。该有机固化堵漏材料可与水基钻井液以任意比互溶，且不粘附管柱，地层温度下延迟可控固化；固化后强度高，韧性大，具有优良的漏层驻留能力、抗污染能力和承压能力。具体而言，本发明提供的有机固化堵漏材料的剪切稀释性能明显，抗钻井液污染能力优异；固化温度为80-180℃，固化时间为1-10h可调整，固化后单轴抗压15-60MPa可调，抗弯强度>10MPa。
另外，本发明提供的该有机固化堵漏材料使用工艺简单、风险低，克服了现有水泥及交联凝胶的抗水冲稀能力差、抗污染性能弱或交联后强度不足的工程应用缺点，可完美解决天然大缝洞、断层恶性井漏堵漏技术难题，为解决大缝洞地层井漏堵漏、断层恶性井漏堵漏难题提供了技术支撑。
具体实施方式
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”以及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明所公开的“范围”以下限和上限的形式给出。可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。给定的范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的。选定的下限和上限限定了特别范围的边界。所有以这种方式进行限定的范围是可组合的，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，针对特定参数列出了60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是可以预料到的。此外，如果列出的最小范围值为1和2，列出的最大范围值为3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。
在本发明中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本发明中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。
在本发明中，如果没有特别的说明，本发明所提到的所有实施方式以及优选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。
在本发明中，如果没有特别的说明，本发明所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附表及实施例，对本发明进行进一步详细说明。下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
本实施例提供了一种有机固化堵漏材料，其中，所述有机固化堵漏材料包括60重量份水性丙烯酸树脂、20重量份氨基树脂、5重量份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、1重量份的瓜尔胶和14重量份二乙烯三胺。
本实施例还提供了一种有机固化堵漏浆，其中，所述有机固化堵漏浆包括以上所述的有机固化堵漏材料及清水；
其是通过包括如下步骤的制备方法制得的：
取100重量份的清水，先加入流型调节剂(瓜尔胶)，高速搅拌3min至全部溶解，然后加入亲水热固性树脂(水性丙烯酸树脂和氨基树脂)及增韧剂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)，高速搅拌10min至充分混合分散，最后加入固化剂(二乙烯三胺)，搅拌均匀，得到所述有机固化堵漏浆。
实施例2
本实施例提供了一种有机固化堵漏材料，其中，所述有机固化堵漏材料包括80重量份氨基树脂、5重量份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、1重量份的瓜尔胶和14重量份二乙烯三胺。
本实施例还提供了一种有机固化堵漏浆，其中，所述有机固化堵漏浆包括以上所述的有机固化堵漏材料及清水；
其是通过包括如下步骤的制备方法制得的：
取100重量份的清水，先加入流型调节剂(瓜尔胶)，高速搅拌3min至全部溶解，然后加入亲水热固性树脂(氨基树脂)及增韧剂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)，高速搅拌10min至充分混合分散，最后加入固化剂(二乙烯三胺)，搅拌均匀，得到所述有机固化堵漏浆。
实施例3
本实施例提供了一种有机固化堵漏材料，其中，所述有机固化堵漏材料包括80重量份氨基树脂、5重量份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、1重量份的瓜尔胶和10重量份二乙烯三胺。
本实施例提供了一种有机固化堵漏浆，其中，所述有机固化堵漏浆包括以上所述的有机固化堵漏材料及清水；
其是通过包括如下步骤的制备方法制得的：
取96重量份的清水，先加入流型调节剂(瓜尔胶)，高速搅拌3min至全部溶解，然后加入亲水热固性树脂(氨基树脂)及增韧剂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)，高速搅拌10min至充分混合分散，最后加入固化剂(二乙烯三胺)，搅拌均匀，得到所述有机固化堵漏浆。
对比例1
本对比例提供了一种有机固化堵漏材料，其中，所述有机固化堵漏材料包括80重量份氨基树脂、5重量份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、1重量份瓜尔胶和4重量份二乙烯三胺。
本对比例还提供了一种有机固化堵漏浆，其中，所述有机固化堵漏浆包括以上所述的有机固化堵漏材料及清水；
其是通过包括如下步骤的制备方法制得的：
取90重量份的清水，先加入流型调节剂(瓜尔胶)，高速搅拌3min至全部溶解，然后加入亲水热固性树脂(氨基树脂)及增韧剂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)，高速搅拌10min至充分混合分散，最后加入固化剂(二乙烯三胺)，搅拌均匀，得到所述有机固化堵漏浆。
对比例2
本对比例提供了一种有机固化堵漏材料，其中，所述有机固化堵漏材料包括30重量份氨基树脂、5重量份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、1重量份的瓜尔胶和14重量份二乙烯三胺。
本对比例还提供了一种有机固化堵漏浆，其中，所述有机固化堵漏浆包括以上所述的有机固化堵漏材料及清水；
其是通过包括如下步骤的制备方法制得的：
取50重量份的清水，先加入流型调节剂(瓜尔胶)，高速搅拌3min至全部溶解，然后加入亲水热固性树脂(氨基树脂)及增韧剂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)，高速搅拌10min至充分混合分散，最后加入固化剂(二乙烯三胺)，搅拌均匀，得到所述有机固化堵漏浆。
对比例3
本对比例提供了一种有机固化堵漏材料，其中，所述有机固化堵漏材料包括80重量份氨基树脂、0份增韧剂、1重量份的瓜尔胶和14重量份二乙烯三胺。
本对比例还提供了一种有机固化堵漏浆，其中，所述有机固化堵漏浆包括以上所述的有机固化堵漏材料及清水；
其是通过包括如下步骤的制备方法制得的：
取95重量份的清水，先加入流型调节剂(瓜尔胶)，高速搅拌3min至全部溶解，然后加入亲水热固性树脂(氨基树脂)，高速搅拌10min至充分混合分散，最后加入固化剂(二乙烯三胺)，搅拌均匀，得到所述有机固化堵漏浆。
对比例4
本对比例提供了一种有机固化堵漏材料，其中，所述有机固化堵漏材料包括80重量份氨基树脂、5重量份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、0份的瓜尔胶和14重量份二乙烯三胺。
本对比例还提供了一种有机固化堵漏浆，其中，所述有机固化堵漏浆包括以上所述的有机固化堵漏材料及清水；
其是通过包括如下步骤的制备方法制得的：
取99重量份的清水，先加入亲水热固性树脂(氨基树脂)及增韧剂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)，高速搅拌10min至充分混合分散，再加入固化剂(二乙烯三胺)，搅拌均匀，得到所述有机固化堵漏浆。
测试例
本测试例采用本领域的现有常规方法对实施例1-实施例3和对比例1-对比例4提供的有机固化堵漏浆的固化时间及其固化后的承压强度、抗折、抗钻井液污染等诸多性能进行测试，其中，固化时间及其固化后的承压强度按照GB/T19139-2012油井水泥试验方法测定；
固化后抗折测试所用的样品尺寸为40mm×40mm×160mm，抗压/承压强度试验时加载速度为2mm/min，抗折试验时加载速度为60N/s，采用的仪器为水泥抗折抗压恒应力试验机(本领域常规设备)；
抗钻井液污染测试的参考指标为固化时间，将实施例1-3和对比例1-4提供的有机固化堵漏浆与一定比例的钻井液搅拌混合，搅拌过程为5000rpm×5min，然后在80℃测试固化时间，如果固化时间≤24h，表示抗污染性能达标；
其中，所用钻井液的配方为300mL水+6g钠膨润土+0.9g的XC+3g的PAC-LV。其中，XC为黄原胶，购自山东日轩生物科技有限公司，PAC-LV为低粘度聚阴离子纤维素，购自江苏立成化学有限公司。
本测试例中所得到的测试结果如下表1所示。
表1实施例1-3和对比例1-4制备的有机固化堵漏材料的性能评价结果
从以上表1中可以看出，本发明实施例1-实施例3提供的有机固化堵漏浆的剪切稀释性能明显，触变性良好，抗钻井液污染能力强，固化时间和温度可调，固化后强度高，韧性大，具有优良的漏层驻留能力、抗污染能力和承压能力。
从表1中所示的对比例1-对比例4提供的有机固化堵漏浆的实验数据还可以看出，配方中缺少本发明有机固化堵漏材料所使用的任一原料或所使用的原料用量不在权利要求所请求保护范围内都会对所制得的有机固化堵漏浆的性能产生巨大影响，比如对比例1，其所使用的固化剂用量不在权利要求所请求保护的范围之内，相较于实施例1提供的产品，对比例1中提供的有机固化堵漏浆的性能显著变差；另外，对于对比例4，其未使用流型调节剂原料，相较于实施例1提供的产品，对比例4中提供的有机固化堵漏浆的流型指数n不在0.4-0.7之间，表明其触变性差，进而也会显著影响其固化时间和强度。
综上所述，本发明实施例所提供的有机固化堵漏材料以亲水类的热固性树脂为核心组分并配合固化剂、增韧剂、流型调节剂等助剂。该有机固化堵漏材料可与水基钻井液以任意比互溶，且不粘附管柱，地层温度下延迟可控固化；固化后强度高，韧性大，具有优良的漏层驻留能力、抗污染能力和承压能力。具体而言，本发明实施例提供的有机固化堵漏材料剪切稀释性能明显，抗钻井液污染能力优异；固化温度为80-180℃，固化时间为1-10h可调整，固化后单轴抗压15-60MPa可调，抗弯强度>10MPa。
另外，本发明实施例提供的该有机固化堵漏材料使用工艺简单、风险低，克服了现有水泥及交联凝胶的抗水冲稀能力差、抗污染性能弱或交联后强度不足的工程应用缺点，可完美解决天然大缝洞、断层恶性井漏堵漏技术难题，为解决大缝洞地层井漏堵漏、断层恶性井漏堵漏难题提供了技术支撑。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术发明之间、技术发明与技术发明之间均可以自由组合使用。
Claims (8)
1.一种有机固化堵漏材料，其特征在于，以重量份数计，所述有机固化堵漏材料包括亲水热固性树脂45-85份，固化剂10-24份，增韧剂1-8份及流型调节剂0.4-3份；
其中，所述亲水热固性树脂包括丙烯酸树脂、氨基树脂或其乳液中的一种或者几种的组合；
所述固化剂包括二乙烯三胺、六亚甲基四胺、双氰胺、间苯二胺、二氨基二苯基砜中的一种或者几种的组合；
所述增韧剂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物；
所述流型调节剂包括黄原胶、瓜尔胶、羟丙基胍胶中的一种或几种的组合。
2.一种有机固化堵漏浆，其特征在于，所述有机固化堵漏浆包括权利要求1所述的有机固化堵漏材料及水。
3.根据权利要求2所述的有机固化堵漏浆，其特征在于，所述水包括淡水或者海水。
4.根据权利要求2或3所述的有机固化堵漏浆，其特征在于，所述有机固化堵漏材料与水的质量比为0.3-1:1。
5.根据权利要求2或3所述的有机固化堵漏浆，其特征在于，所述有机固化堵漏浆的固化温度为80-180℃，固化时间为1-10h，80℃固化后单轴抗压强度为20-60MPa，抗折强度>10MPa；
其中，抗压强度试验时所用的加载速度为2mm/min，抗折试验时所用的加载速度为60N/s。
6.权利要求2-5任一项所述的有机固化堵漏浆的制备方法，其特征在于，包括：
先向水中加入流型调节剂并使其全部溶解，然后加入亲水热固性树脂及增韧剂至充分混合分散，最后加入固化剂，混合均匀后即得到所述有机固化堵漏浆。
7.权利要求1所述的有机固化堵漏材料或者权利要求2-5任一项所述的有机固化堵漏浆在天然大缝洞或者断层恶性井漏堵漏中的应用。
8.一种天然大缝洞或者断层恶性井漏堵漏方法，其特征在于，所述方法利用权利要求1所述的有机固化堵漏材料或者权利要求2-5任一项所述的有机固化堵漏浆。
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