CN117447649A - 一种凝胶颗粒封堵剂体系及制备方法 - Google Patents

一种凝胶颗粒封堵剂体系及制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及油田化学封堵剂技术领域,尤其涉及一种凝胶颗粒封堵剂体系及制备方法;所述封堵剂体系的原料包括:水溶性单体、第一疏水单体、第二疏水单体、交联剂和引发剂,第二疏水单体中含有贻贝疏水功能基团;封堵剂体系具有如式1所示的分子结构;设计封堵剂体系的原料包括溶性单体、第一疏水单体、第二疏水单体、交联剂和引发剂,引入交联剂赋予颗粒封堵剂自聚结性能且提高了颗粒与岩石间的粘附性能,此外在分子链上赋存了复合仿生贻贝疏水功能基团,增加与其他物质表面的接触面积和相互作用力,还通过氢键、π‑π共轭、阳离子‑π作用及静电力作用大幅增强粘附性;而高分子链中其他疏水基团会发生聚集,可以极大提高凝胶的力学性质。

Description

一种凝胶颗粒封堵剂体系及制备方法
技术领域
本申请涉及油田化学封堵剂技术领域,尤其涉及一种凝胶颗粒封堵剂体系及制备方法。
背景技术
由于地下存在天然裂缝或施工设计不合理等原因,在石油和天然气勘探开发中钻井液、修井液、固井水等在钻井、修井作业中会常常发生泄漏问题,而井漏事故不仅会导致钻井液的损失,还会影响到钻井作业的正常进行。针对这类问题,往往会在工作液中加入不同尺寸和功能的堵漏材料,以形成与漏失裂缝宽度相匹配的封堵体系,这便于对漏失裂缝进行快速封堵。
凝胶作为一种可靠的井漏控制技术,在钻井液领域如防漏、堵漏、井壁稳定、无固相钻井液等方面应用广泛,可以通过凝胶提高油气勘探、开采和输送的效率和安全性,以减少井漏带来的经济损失和环境影响。目前凝胶防井漏技术的研究和应用已成为当前石油工业技术创新的重要方向,其中,智能凝胶材料不仅具有应对外界环境变化能力,还具有针对性强、封堵效果突出等特点,因此得到了广泛关注。
常见的用作凝胶堵漏剂的智能凝胶材料有两种类型:原位交联凝胶和预制凝胶颗粒,其中,原位交联聚合物凝胶具有胶凝时间可控、强度可调、注入性好等优点,但是由于储层矿物和流体接触所引起的不可预测的剪切降解和凝胶成分的变化现象,这给原位交联聚合物凝胶基液稀释带来了许多不确定性。而预制凝胶颗粒是一种在地面成胶的堵漏剂,具有尺寸和强度可控、高溶胀性等特点,常见的凝胶颗粒封堵剂进入裂缝后通过吸水膨胀堆积在裂缝中实现封堵,然而在实际应用中,大部分凝胶颗粒靠溶胀后的相互挤压堆积在裂缝中,对岩石的几乎没有粘附作用,这使得部分凝胶颗粒会被冲刷出来,从而影响对裂缝的有效封堵。
发明内容
本申请提供了一种凝胶颗粒封堵剂体系及制备方法,以解决现有技术中预制凝胶颗粒存在对岩石粘附作用差的技术问题。
第一方面,本申请提供了一种凝胶颗粒封堵剂体系,所述封堵剂体系的原料包括:水溶性单体、第一疏水单体、第二疏水单体、交联剂和引发剂,所述封堵剂体系具有如式1所示的分子结构:
式1中,
n为80~92,
m为6~10,
l为2~10。
可选的,所述交联剂具有如式2所示的分子结构:
可选的,所述交联剂的原料包括四甲基乙二胺与丙烯酸,所述四甲基乙二胺和所述丙烯酸的质量比为1:1.5~2.0。
可选的,所述第一疏水单体为十六烷基二甲基烯丙基氯化铵;
所述第二疏水单体具有如式3所示的分子结构:
可选的,所述水溶性单体包括丙烯酰胺。
可选的,所述引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐。
第二方面,本申请提供了一种制备第一方面所述的封堵剂体系的方法,所述方法包括:
溶解第一疏水单体和第二疏水单体于溶剂中,并进行搅拌,得到单体混合液;
混合水溶性单体、交联剂和所述单体混合液,得到第一溶液;
使引发剂溶解于所述溶剂中,得到引发剂溶液;
混合所述第一溶液和所述引发剂溶液,得到第二溶液;
对所述第二溶液进行紫外固化,后进行干燥和粉碎,得到自聚结强粘黏凝胶颗粒封堵剂。
可选的,所述搅拌的转速为200r/min~300r/min。
可选的,所述紫外固化的时间为4h~6h。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点:
本申请实施例提供的一种凝胶颗粒封堵剂体系,设计封堵剂体系的原料包括水溶性单体、第一疏水单体、第二疏水单体、交联剂和引发剂,交联剂两端的双键能在高分子链之间起到架桥连接作用,一方面当凝胶颗粒相互接触后,离子键合交联剂两侧的离子单元可动态成键,赋予颗粒封堵剂自聚结性能,另一方面铵根上的正电荷大大提高了颗粒与岩石间的粘附性能,此外该封堵剂体系在分子链上赋存了复合仿生贻贝疏水功能基团,该功能基团可以和其他物质表面形成氢键或通过范德华力的相互作用,从而增加与其他物质表面的接触面积和相互作用力,其次,该功能基团结构中的苯环结构能形成ℼ-ℼ共轭及阳离子-ℼ作用而进一步增强粘附性,同时该封堵剂体系的高分子链中其他疏水基团会发生聚集,使高分子链产生分子内和分子间的缔合,形成超分子结构和动态物理交联的三维网状结构,极大提高了凝胶的力学性质,以此提高封堵剂体系与岩石的粘附能力。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本申请的实施例,并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的凝胶颗粒封堵剂体系的扫描电镜图;
图2为本申请实施例提供的制备凝胶颗粒封堵剂体系方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
除非另有特别说明,本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等,均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请的创造性思维为:
预制凝胶颗粒是一种在地面成胶的堵漏剂,具有尺寸和强度可控、高溶胀性等特点,目前预制凝胶颗粒包括:
(1)适用于裂缝性漏失地层的温敏凝胶颗粒封堵剂,该温敏凝胶颗粒封堵剂由固定相、可逆相、有机交联剂、引发剂、去离子水制备而成,且该温敏凝胶颗粒封堵剂可以适用不同尺寸的裂缝,具有较好的耐高温性能,受热后膨胀,且膨胀率高。
(2)杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂,该杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂由反应性单体、交联剂、引发剂、硅烷偶联剂、纳米级刚性颗粒制备而成,且该杂化凝胶颗粒随钻堵漏剂具有强度高、耐高温、封堵效果好等优势。
但是上述的预制凝胶颗粒封堵剂进入裂缝后都是通过吸水膨胀堆积在裂缝中实现封堵,然而在实际应用中大部分凝胶颗粒靠溶胀后的相互挤压堆积在裂缝中,对岩石的几乎没有粘附作用,这使得部分凝胶颗粒会被冲刷出来,从而影响对裂缝的有效封堵。
因此如何提供一种提高与岩石粘附性能的凝胶颗粒封堵剂体系,是目前亟需解决的技术问题。
如图1所示,本申请实施例提供一种凝胶颗粒封堵剂体系,所述封堵剂体系的原料包括:水溶性单体、第一疏水单体、第二疏水单体、交联剂和引发剂,所述封堵剂体系具有如式1所示的分子结构:
式1中,
n为80~92,
m为6~10,
l为2~10。
需要说明的是,该封堵剂体系的分子结构中通过交联剂两端的双键可以形成架桥连接作用,一方面当凝胶颗粒之间相互接触后,离子键合交联剂两侧的离子单元可动态成键,赋予颗粒封堵剂自聚结性能,另一方面铵根上的正电荷大大提高了凝胶颗粒与岩石间的粘附性能,从而提高封堵剂体系与岩石的粘附力。
该封堵剂体系的分子结构通过第二疏水单体赋存复合仿生贻贝疏水功能基团,该疏水功能基团可以和其他物质表面形成氢键或范德华力相互作用,从而增加与其他物质表面的接触面积和相互作用力。
该复合仿生贻贝疏水功能基团中所含有的苯环结构还能形成ℼ-ℼ堆积以及阳离子-ℼ作用,进一步增强粘附性,同时高分子链中的疏水基团会发生聚集,使高分子链产生分子内和分子间的缔合,形成超分子结构和动态物理交联的三维网状结构,这极大提高了凝胶的力学性质。
在一些可选的实施方式中,所述交联剂具有如式2所示的分子结构:
在一些可选的实施方式中,所述交联剂的原料包括四甲基乙二胺与丙烯酸,所述四甲基乙二胺和所述丙烯酸的质量比为1:1.5~2.0。
本申请实施例中,限定四甲基乙二胺与丙烯酸的具体质量比,利用四甲基乙二胺与丙烯酸的酸碱中和反应,可以得到如式2所示的能使凝胶具备自聚结功能的交联剂,在凝胶颗粒制备阶段四甲基乙二胺会在水中发生质子化,同时结合氢离子形成两个铵根,而形成的铵根可以分别与两个丙烯酸中的羧基结合,使得交联剂两端形成双键。
在一些可选的实施方式中,所述第一疏水单体为十六烷基二甲基烯丙基氯化铵;
所述第二疏水单体具有如式3所示的分子结构:
本申请实施例中,限定第一疏水单体的具体种类,以及第二疏水单体的具体结构,可以进一步在封堵剂体系中引入复合仿生贻贝疏水功能基团和其他疏水功能基团,该复合仿生贻贝疏水功能基团可以和其他物质表面形成氢键或通过范德华力的相互作用,从而增加与其他物质表面的接触面积和相互作用力,同时其他疏水功能基团会发生聚集,使高分子链产生分子内和分子间的缔合,形成超分子结构和动态物理交联的三维网状结构,极大提高了凝胶的力学性质。
在一些可选的实施方式中,所述水溶性单体包括丙烯酰胺。
本申请实施例中,限定水溶性单体的具体种类,由于丙烯酰胺含有碳碳双键和酰胺基,具有双键的化学通性,且在紫外线照射下或在熔点温度时,很容易聚合,因此引入水溶性单体可以配合引发剂使得第一疏水单体和第二疏水单体形成凝胶颗粒封堵剂体系。
在一些可选的实施方式中,所述引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐。
本申请实施例中,限定引发剂的具体种类,通过引发剂在紫外光条件下的聚合作用,促使水溶性单体、第一疏水单体、第二疏水单体、交联剂之间聚合形成凝胶颗粒封堵剂体系。
如图2所示,基于一个总的发明构思,本申请实施例提供了一种制备所述封堵剂体系的方法,所述方法包括:
S1.溶解第一疏水单体和第二疏水单体于溶剂中,并进行搅拌,得到单体混合液;
S2.混合水溶性单体、交联剂和所述单体混合液,得到第一溶液;
S3.使引发剂溶解于所述溶剂中,得到引发剂溶液;
S4.混合所述第一溶液和所述引发剂溶液,得到第二溶液;
S5.对所述第二溶液进行紫外固化,后进行干燥和粉碎,得到自聚结强粘黏凝胶颗粒封堵剂。
需要说明的是,所用溶剂一般是去离子水,该去离子水的用量可以是35.0g~37.5g。
该方法是针对上述封堵剂体系的制备方法,该封堵剂体系的具体组成可参照上述实施例,由于该方法采用了上述实施例的部分或全部技术方案,因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果,在此不再一一赘述。
在一些可选的实施方式中,所述搅拌的转速为200r/min~300r/min。
本申请实施例中,限定搅拌的具体转速,可以使得第一疏水单体和第二疏水单体之间混合充分,方便后续紫外固化后形成自聚结强粘黏凝胶颗粒封堵剂。
该搅拌的转速可以是200r/min,也可以是210r/min,也可以是220r/min,也可以是230r/min,也可以是250r/min,也可以是260r/min,也可以是270r/min,也可以是280r/min,也可以是290r/min,还可以是300r/min。
在一些可选的实施方式中,所述紫外固化的时间为4h~6h。
本申请实施例中,限定紫外固化的具体时间,可以在引发剂的作用下使得水溶性单体、第一疏水单体、第二疏水单体、交联剂之间有足够的时间固化完全。
该紫外固化的时间可以是4.0h,也可以是4.5h,也可以是5.0h,也可以是5.5h,还可以是6.0h。
下面结合具体的实施例,进一步阐述本申请。应理解,这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准,则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
实施例1
称取5g的四甲基乙二胺,加入37.5g去离子水中,到入100mL烧杯中,加入7.5g的丙烯酸,搅拌均匀,得到交联剂溶液;
称取10g十六烷基二甲基烯丙基氯化铵加入至装有65g去离子水的200mL烧杯中,用机械搅拌器以200r/min的转速搅拌溶液,直至十六烷基二甲基烯丙基氯化铵在去离子水中均匀分散,称取5g的第二疏水单体并加入至溶液中,用机械搅拌器以搅拌300r/min溶液,直至第二疏水单体在溶液中均匀分散,再称取20g丙烯酰胺加入至溶液中搅拌均匀,得到第一溶液;
用移液枪取0.1mL交联剂溶液加入至第一溶液中搅拌均匀,称取1g的偶氮二异丁脒盐酸盐加入至去离子水中,配制成质量浓度为5%的引发剂溶液,用移液枪取0.1mL引发剂溶液加入至溶液中搅拌均匀,得到第二溶液;
将上述第二溶液放在紫外光引发箱中静置4h,得到自聚结强粘黏凝胶颗粒基料,将自聚结强粘黏凝胶颗粒封堵剂基料放在电热恒温鼓风干燥箱中干燥,粉碎,得到自聚结强粘黏凝胶颗粒封堵剂。
实施例2
称取5g的四甲基乙二胺,加入35g去离子水中,到入100mL烧杯中,加入10g的丙烯酸,搅拌均匀,得到交联剂溶液;
称取20g十六烷基二甲基烯丙基氯化铵加入至装有50g去离子水的200mL烧杯中,用机械搅拌器以300r/min的转速搅拌溶液,直至十六烷基二甲基烯丙基氯化铵在去离子水中均匀分散,称取10g的第二疏水单体并加入至溶液中,用机械搅拌器以搅拌300r/min溶液,直至第二疏水单体在溶液中均匀分散,再称取30g丙烯酰胺加入至溶液中搅拌均匀,得到第一溶液;
用移液枪取1.0mL交联剂溶液加入至第一溶液中搅拌均匀,称取1g的偶氮二异丁脒盐酸盐加入至去离子水中,配制成质量浓度为5%的引发剂溶液,用移液枪取0.5mL引发剂溶液加入至溶液中搅拌均匀,得到第二溶液;
将上述第二溶液放在紫外光引发箱中静置6h,得到自聚结强粘黏凝胶颗粒基料,将自聚结强粘黏凝胶颗粒封堵剂基料放在电热恒温鼓风干燥箱中干燥,粉碎,得到自聚结强粘黏凝胶颗粒封堵剂。
实施例3
称取5g的四甲基乙二胺,加入37.5g去离子水中,到入100mL烧杯中,加入7.5g的丙烯酸,搅拌均匀,得到交联剂溶液;
称取20g十六烷基二甲基烯丙基氯化铵加入至装有55g去离子水的200mL烧杯中,用机械搅拌器以200r/min的转速搅拌溶液,直至十六烷基二甲基烯丙基氯化铵在去离子水中均匀分散,称取5g的第二疏水单体并加入至溶液中,用机械搅拌器以搅拌300r/min溶液,直至第二疏水单体在溶液中均匀分散,再称取20g丙烯酰胺加入至溶液中搅拌均匀,得到第一溶液;
用移液枪取0.1mL交联剂溶液加入至第一溶液中搅拌均匀,称取1g的偶氮二异丁脒盐酸盐加入至去离子水中,配制成质量浓度为5%的引发剂溶液,用移液枪取0.1mL引发剂溶液加入至溶液中搅拌均匀,得到第二溶液;
将上述第二溶液放在紫外光引发箱中静置4h,得到自聚结强粘黏凝胶颗粒基料,将自聚结强粘黏凝胶颗粒封堵剂基料放在电热恒温鼓风干燥箱中干燥,粉碎,得到自聚结强粘黏凝胶颗粒封堵剂。
实施例4
称取5g的四甲基乙二胺,加入37.5g去离子水中,到入100mL烧杯中,加入7.5g的丙烯酸,搅拌均匀,得到交联剂溶液;
称取10g十六烷基二甲基烯丙基氯化铵加入至装有60g去离子水的200mL烧杯中,用机械搅拌器以200r/min的转速搅拌溶液,直至十六烷基二甲基烯丙基氯化铵在去离子水中均匀分散,称取10g的第二疏水单体并加入至溶液中,用机械搅拌器以搅拌300r/min溶液,直至第二疏水单体在溶液中均匀分散,再称取20g丙烯酰胺加入至溶液中搅拌均匀,得到第一溶液;
用移液枪取0.1mL交联剂溶液加入至第一溶液中搅拌均匀,称取1g的偶氮二异丁脒盐酸盐加入至去离子水中,配制成质量浓度为5%的引发剂溶液,用移液枪取0.1mL引发剂溶液加入至溶液中搅拌均匀,得到第二溶液;
将上述第二溶液放在紫外光引发箱中静置4h,得到自聚结强粘黏凝胶颗粒基料,将自聚结强粘黏凝胶颗粒封堵剂基料放在电热恒温鼓风干燥箱中干燥,粉碎,得到自聚结强粘黏凝胶颗粒封堵剂。
实施例5
称取5g的四甲基乙二胺,加入37.5g去离子水中,到入100mL烧杯中,加入7.5g的丙烯酸,搅拌均匀,得到交联剂溶液;
称取10g十六烷基二甲基烯丙基氯化铵加入至装有65g去离子水的200mL烧杯中,用机械搅拌器以200r/min的转速搅拌溶液,直至十六烷基二甲基烯丙基氯化铵在去离子水中均匀分散,称取5g的第二疏水单体并加入至溶液中,用机械搅拌器以搅拌300r/min溶液,直至第二疏水单体在溶液中均匀分散,再称取20g丙烯酰胺加入至溶液中搅拌均匀,得到第一溶液;
用移液枪取1mL交联剂溶液加入至第一溶液中搅拌均匀,称取1g的偶氮二异丁脒盐酸盐加入至去离子水中,配制成质量浓度为5%的引发剂溶液,用移液枪取0.1mL引发剂溶液加入至溶液中搅拌均匀,得到第二溶液;
将上述第二溶液放在紫外光引发箱中静置4h,得到自聚结强粘黏凝胶颗粒基料,将自聚结强粘黏凝胶颗粒封堵剂基料放在电热恒温鼓风干燥箱中干燥,粉碎,得到自聚结强粘黏凝胶颗粒封堵剂。
对比例1
称取20g十六烷基二甲基烯丙基氯化铵加入至装有50g去离子水的200mL烧杯中,用机械搅拌器以300r/min的转速搅拌溶液,直至十六烷基二甲基烯丙基氯化铵在去离子水中均匀分散,称取10g的第二疏水单体并加入至溶液中,用机械搅拌器以搅拌300r/min溶液,直至第二疏水单体在溶液中均匀分散,再称取30g丙烯酰胺加入至溶液中搅拌均匀,得到第一溶液;
称取0.1g的N,N'-亚甲基双丙烯酰胺加入至第一溶液中搅拌均匀,称取1g的偶氮二异丁脒盐酸盐加入至去离子水中,配制成质量浓度为5%的引发剂溶液,用移液枪取0.5mL引发剂溶液加入至溶液中搅拌均匀,得到第二溶液;
将上述第二溶液放在紫外光引发箱中静置6h,得到自聚结强粘黏凝胶颗粒基料,将自聚结强粘黏凝胶颗粒封堵剂基料放在电热恒温鼓风干燥箱中干燥,粉碎,得到自聚结强粘黏凝胶颗粒封堵剂。
对比例2
称取5g的四甲基乙二胺,加入35g去离子水中,到入100mL烧杯中,加入10g的丙烯酸,搅拌均匀,得到交联剂溶液;
称取20g十六烷基二甲基烯丙基氯化铵加入至装有50g去离子水的200mL烧杯中,用机械搅拌器以300r/min的转速搅拌溶液,直至十六烷基二甲基烯丙基氯化铵在去离子水中均匀分散,再称取30g丙烯酰胺加入至溶液中搅拌均匀,得到第一溶液;
用移液枪取1mL交联剂溶液加入至第一溶液中搅拌均匀,称取1g的偶氮二异丁脒盐酸盐加入至去离子水中,配制成质量浓度为5%的引发剂溶液,用移液枪取0.5mL引发剂溶液加入至溶液中搅拌均匀,得到第二溶液;
将上述第二溶液放在紫外光引发箱中静置6h,得到自聚结强粘黏凝胶颗粒基料,将自聚结强粘黏凝胶颗粒封堵剂基料放在电热恒温鼓风干燥箱中干燥,粉碎,得到自聚结强粘黏凝胶颗粒封堵剂。
相关实验及效果数据:
分别对各实施例和对比例所得的自聚结强粘黏凝胶颗粒封堵剂体系进行粘附性能测试、自愈合性能测试、弹性模量测试和封堵承压测试。
(1)粘附性能测试步骤:
通过测试岩石与凝胶的分离强度,研究了岩石与凝胶的粘附强度,具体步骤如下:
用环氧胶在岩石的一侧粘上一个钩子,另一侧附着在凝胶上,用弹簧测力计测试凝胶与岩石分离时的力,黏附强度按下述公式计算:
P=F/A,
其中,F(N)为分离试验时的最大强度,A(m2)为凝胶与岩石的相互作用面积。
试验结果如表1所示。
表1 粘附性能测试结果表
由表1可知,实施例1、实施例2、对比例1具有较高的粘附性能,而对比例2的粘附性能较差,说明了第二疏水单体对凝胶颗粒的粘附性能有极大的影响,其结构中通过氢键、范德华力、ℼ-ℼ堆积、阳离子-π作用以及静电力作用等相互作用机制,大大提高了粘附性;而实施例3相对于实施例1的十六烷基二甲基烯丙基氯化铵含量增加,对凝胶粘附强度影响不大;实施例4相对于实施例1中第二疏水单体的含量增加,大幅度增加了凝胶的粘附强度;实施例5相对于实施例1中交联剂的含量增加,导致体系中的正电荷增加,一定程度增加了凝胶的粘附强度。
(2)自愈合性能测试步骤:
制备将两块哑铃形的自愈合凝胶,使用苋菜红将其中一块凝胶染成红色,将两块凝胶相互接触,观察接触面愈合情况,以接触面完全消失记为愈合完成,误差时间在10min内,试验结果如表2所示。
表2 自愈合性能测试结果表
由表2可知,通过实施例1、2、3、4和5可以看出自愈合时间主要跟交联剂和疏水单体的含量有关,尤其是交联剂含量越高,其自愈合时间越快,而对比例1中更换了交联剂类型,使凝胶无法实现自愈合,对比例2中移除了第二疏水单体,从粘附性能方面导致了自愈合时间的增长。
(3)弹性模量测试步骤:
采用HAAKE流变仪测试成胶后凝胶的弹性模量,用弹性模量来评价不同实施例的强度。测试时传感器采用平板结构,间隙设置为3mm,测量使用振荡频率曲线模式,测试频率设置为0.1Hz~20Hz,应力设置为1Pa,最后得到弹性模量(G’),试验结果如表3所示。
表3 弹性模量测试结果表
由表3可知,从实施例1、2、3、4、5之间的对比可以看出,影响凝胶弹性模量的主要成分为十六烷基二甲基烯丙基氯化铵,通过实施例1和实施例3对比可以看出仅仅增加十六烷基二甲基烯丙基氯化铵的含量,凝胶的弹性模量就大大增加。
(4)封堵承压测试步骤:
使用裂缝宽度为2mm的钢岩心,用质量浓度为1%的NaCl溶液将凝胶颗粒以0.5mL/min的注射速率注入裂缝中,并将岩心在45℃下老化4天后测试突破压力,试验结果如表4所示。
表4 封堵承压测试结果表
由表4可知,实施例1、实施例2的突破压力明显大于对比例1和对比例2,这是由于对比例1采用的是化学交联的方式,使得凝胶颗粒在裂缝中无法聚结成团;且对比例2对裂缝表面的粘附性不高,导致部分颗粒被冲刷出来。而实施例3相对于实施例1的十六烷基二甲基烯丙基氯化铵含量增加,同时凝胶强度也相对增加;实施例4相对于实施例1的第二疏水单体的含量增加,使得凝胶颗粒之间、颗粒与岩心之间的粘附性增加,随之突破压力增加;实施例5相对于实施例1的交联剂含量增加,颗粒间聚结交联能力也增加,从而可以使得颗粒不易被冲刷出来,因此使得突破压力增加。
综上所述,本申请实施例提供的一种凝胶颗粒封堵剂体系,通过设计包括溶性单体、第一疏水单体、第二疏水单体、交联剂和引发剂的封堵剂体系,具有以下优点:
(1)良好的聚结成团效果:依靠静电作用及疏水缔合作用,该凝胶颗粒封堵剂体系能够在短时间内聚结成团,形成胶塞对地下裂缝进行封堵。
(2)较强的粘附性能:该凝胶颗粒封堵剂体系进入目标裂缝再交联后能够稳固的粘附在岩石上,不易脱落。
(3)良好的力学性能:该凝胶颗粒封堵剂体系可以依靠疏水缔合作用形成三维网状结构,具备较强的力学性质。
同时本申请实施例提供的一种凝胶颗粒封堵剂体系的制备方法,其整体工艺简单、原料来源广泛、生产成本低。
本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在;应当理解,以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁,不应理解为对本申请范围的硬性限制;因此,应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如,应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围,例如从1到3,从1到4,从1到5,从2到4,从2到6,从3到6等,以及所述范围内的单一数字,例如1、2、3、4、5及6,此不管范围为何皆适用。另外,每当在本文中指出数值范围,是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
在本申请中,在未作相反说明的情况下,使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外,在本申请说明书的描述中,术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。 在本文中,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中,“和/或”,描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B的情况。其中A,B可以是单数或者复数。在本文中,“至少一个”是指一个或者多个,“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达,是指的这些项中的任意组合,包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如,“ a,b,或c中的至少一项(个)”,或,“a,b,和c中的至少一项(个)”,均可以表示:a, b, c, a-b(即a和b), a-c, b-c, 或a-b-c,其中a,b,c分别可以是单个,也可以是多个。
以上所述仅是本申请的具体实施方式,使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种凝胶颗粒封堵剂体系,其特征在于,所述封堵剂体系的原料包括:水溶性单体、第一疏水单体、第二疏水单体、交联剂和引发剂,所述封堵剂体系具有如式1所示的分子结构:
式1中,
n为80~92,
m为6~10,
l为2~10。
2.根据权利要求1所述的封堵剂体系,其特征在于,以质量分数计,所述封堵剂体系的原料包括:所述水溶性单体:20%~30%,所述第一疏水单体:10%~20%,所述第二疏水单体:10%~20%,所述交联剂:0.1%~1%,所述引发剂:0.1%~0.5%,其余为溶剂。
3.根据权利要求1或2所述的封堵剂体系,其特征在于,所述交联剂具有如式2所示的分子结构:
4.根据权利要求3所述的封堵剂体系,其特征在于,所述交联剂的原料包括四甲基乙二胺与丙烯酸,所述四甲基乙二胺和所述丙烯酸的质量比为1:1.5~2.0。
5.根据权利要求1或2所述的封堵剂体系,其特征在于,所述第一疏水单体为十六烷基二甲基烯丙基氯化铵;
所述第二疏水单体具有如式3所示的分子结构:
6.根据权利要求1或2所述的封堵剂体系,其特征在于,所述水溶性单体包括丙烯酰胺。
7.根据权利要求1或2所述的封堵剂体系,其特征在于,所述引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐。
8.一种制备如权利要求1-7任一项所述的封堵剂体系的方法,其特征在于,所述方法包括:
溶解第一疏水单体和第二疏水单体于溶剂中,并进行搅拌,得到单体混合液;
混合水溶性单体、交联剂和所述单体混合液,得到第一溶液;
使引发剂溶解于所述溶剂中,得到引发剂溶液;
混合所述第一溶液和所述引发剂溶液,得到第二溶液;
对所述第二溶液进行紫外固化,后进行干燥和粉碎,得到自聚结强粘黏凝胶颗粒封堵剂。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述搅拌的转速为200r/min~300r/min。
10.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述紫外固化的时间为4h~6h。
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