一種凝膠堵漏劑及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種油氣田鉆井堵漏作業中的凝膠堵漏劑及其制備方法，特別是一種 分子中含可增強與地層相互作用的功能基團的凝膠膨脹堵漏劑。
【背景技術】
[0002] 井漏是鉆井作業中存在的復雜問題，它使鉆井液從井眼漏入漏失通道，不僅耗費 大量的泥漿和堵漏材料，而且可能造成井塌、卡鉆、井噴，甚至導致井眼報廢等重大事故，造 成巨大的經濟損失。堵漏材料是鉆井防漏堵漏過程中必不可少的物質，其性能直接影響堵 漏施工的成功率。
[0003] 國內在20世紀60年代就開始應用堵漏材料處理井漏，并開展了一些基礎研究工 作。20世紀70年代以前的整個時期，主要采用高粘切鉆井液加橋堵材料（鋸末、云母、稻 草、泥球、磚塊等）和打水泥塞等方法，堵漏材料和方法單一，往往造成井漏處理的失敗。20 世紀80年代，橋接堵漏材料的研究應用拉開了這個發展階段的序幕，各種化學堵劑、高失 水堵劑、混合堵漏稠漿等新型堵劑應運而生，為對付各種類型的井漏、提高處理井漏的成功 率提供了手段。近些年來，人們更加注重井漏的預防，防漏堵漏劑大范圍應用于現場，減少 了井漏發生率；單一的橋接堵漏材料轉化成了復合堵漏劑，提高了堵漏效率；注重了油氣 層的保護，開發出了酸溶性高失水暫堵劑、單向壓力封堵劑、酸溶性固化材料、膨脹堵漏劑 等一系列的堵漏劑。但是，在嚴重漏失井況下，復合堵漏劑存在各組分分離無法提供協同作 用、膨脹堵漏劑吸水膨脹量小、在外部作用力下堵漏劑不易于穩定滯留在漏層中等問題，從 而易于造成堵漏效果不佳和堵漏后發生重復性漏失。
[0004] 因此，行之有效的新型堵漏劑仍是目前研究的重點領域，也是鉆井防漏堵漏工作 的重要一環，對于推動鉆井安全作業具有現實意義。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的之一在于提供了一種鉆井堵漏用凝膠堵漏劑。
[0006] 本發明的目的之二在于提供了這種凝膠堵漏劑的制備方法。
[0007] 本發明所述的凝膠堵漏劑，其由以下四類單體共聚而成：第一單體選自丙烯酰胺、 丙烯酸鈉中的一種或其混合物；第二單體選自丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨、甲基丙烯 酰氧乙基二甲基芐基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨中的一種；第三單體選自乙 烯基二乙氧基石圭燒、乙烯基二甲氧基石圭燒、乙烯基二（2 _甲氧乙氧基）??圭燒、乙烯基二異丙 氧基硅烷、Υ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、Υ-甲基丙烯酰氧基丙基三異丙氧基 硅烷、甲基丙烯酰氧基甲基二甲氧基硅烷中的一種；第四單體選自二甲基二烯丙基氯化銨、 Ν，Ν-亞甲基雙丙烯酰胺中的一種。
[0008] 其中，四類聚合單體的質量比例如下：第一單體：50-95% ;第二單體：1-40% ;第三 單體：1_20% ;第四單體：0· 01_1%。
[0009] 在制備的凝膠堵漏劑中，四類單體分別提供不同作用，如第一單體為丙烯酸鈉或 丙烯酰胺，可以為堵漏劑提供親水性，促進材料的吸水膨脹；第二單體為陽離子單體，通過 共聚合后，可以進一步增加材料的吸水性，同時可以通過提供帶正電荷的基團，增加堵漏劑 同漏失孔道井壁的電荷相互吸引作用；第三類為不飽和有機硅偶聯劑單體，這類單體可以 通過硅醚鍵的水解、縮合作用，和井壁粘土產生化學膠合，達到提高堵漏劑在漏失層位滯留 能力的作用；第四類為多不飽和鍵功能單體，使堵漏劑形成化學交聯，提供吸水后材料的強 度和保持堵漏劑形狀的作用。
[0010] -種凝膠堵漏劑的制備方法，包括下述四個步驟： (1) 將第一單體、第二單體、第三單體和第四單體配制成水溶液，使得所述單體質量濃 度為 10%-40% ; (2) 在溶液溫度0-KTC下，向單體溶液中加入引發劑，持續向水溶液中通入惰性氣體氮 氣以除去氧氣，保持30分鐘-60分鐘； (3) 在氮氣氛圍，升溫至10°C -80°C，，使所述單體溶液進行溶液聚合1-6小時， (4) 反應所得膠狀物置于真空干燥箱中30-80°C干燥24小時，粉碎后得到粒狀凝膠堵 漏劑。
[0011] 在制備過程中，采用的引發劑為氧化-還原引發體系，具體為過硫酸鈉-亞硫酸氫 鈉、過硫酸銨-季戊四醇其中之一，氧化劑過硫酸鈉或過硫酸銨與還原劑亞硫酸氫鈉或季 戊四醇質量比為1 :1。引發劑質量占單體總質量的〇. 001%-0. 05%。
[0012] 和現有技術相比，本發明的有益效果有： (1) 原料中吸水單體含量較高，制備的堵漏劑吸水膨脹能力強； (2) 含有多種與漏層可形成力學相互作用的功能基團，提高堵漏材料在漏層的滯留能 力，增加堵漏成功率。
【具體實施方式】
[0013] 下面通過實施例對本發明作進一步的說明，其目的僅在于更好的理解本發明而非 限制本發明保護的范圍。
[0014] 實施例1 在500mL四口瓶中加入第一單體丙烯酰胺12. 50g，第二單體丙烯酰氧乙基二甲基芐基 氯化銨10. 00g，第三單體甲基丙烯酰氧基甲基二甲氧基硅烷2. 25g，第四單體N，N-亞甲基 雙丙烯酰胺〇. 25g以及蒸餾水200. 00g，機械攪拌使其溶解完全；冰水浴降溫至2°C，加入過 硫酸鈉0. 〇〇13g，亞硫酸氫鈉0. 0013g ;向水溶液中通入惰性氣體氮氣，保持60分鐘；在氮 氣氛圍下，升溫至l〇°C下，攪拌反應10小時后，出料，置于真空干燥箱中40°C干燥24小時， 粉碎得顆粒狀堵漏劑樣品1。將樣品細粉末通過紅外光譜分析，可見各特征基團吸收峰。
[0015] 實施例2 在250mL四口瓶中加入第一單體丙烯酰胺47. 5g，第二單體甲基丙烯酰氧乙基三甲 基氯化銨0. 50g，第三單體乙烯基三甲氧基硅烷1. 00g，第四單體N，N-亞甲基雙丙烯酰 胺0. 005g以及蒸餾水75. 00g，機械攪拌使其溶解完全；冰水浴降溫至5°C，加入過硫酸銨 0. 0125g，亞硫酸氫鈉0. 0125g ;向水溶液中通入惰性氣體氮氣，保持30分鐘；在氮氣氛圍 下，升溫至30°C下，攪拌反應4小時后，出料，置于真空干燥箱中80°C干燥12小時，粉碎得 顆粒狀堵漏劑樣品2。
[0016] 實施例3 在250mL四口瓶中第一單體加入丙烯酸鈉25. 00g，第二單體甲基丙烯酰氧乙基二甲基 芐基氯化銨14. 90g，第三單體乙烯基三異丙氧基硅烷10. 00g，第四單體N，N-亞甲基雙丙烯 酰胺〇. l〇g以及蒸餾水150. 00g，機械攪拌使其溶解完全；冰水浴降溫至5°C，加入過硫酸銨 〇. 〇〇8g，季戊四醇0. 008g ;向水溶液中通入惰性氣體氮氣，保持60分鐘；在氮氣氛圍下，升 溫至30°C下，攪拌反應8小時后，出料，置于真空干燥箱中60°C干燥12小時，粉碎得顆粒狀 堵漏劑樣品3。
[0017] 實施例4 堵漏劑對粘彈性和膨脹性有要求，因此測定了制備的樣品吸水膨脹速度和吸水能力。
[0018] 吸水膨脹性能測定方法：取8-16目顆粒狀交聯聚合物堵漏劑樣品1. 00g，室溫下 加入到300mL蒸饋水中，20min、40min、60min、120min及240min后過40目篩，除掉可流動水 分，稱量吸水后樣品的質量ml，按照以下公式計算吸水膨脹倍數Q : Q=(m「l)/1 測試結果表1 : 表1凝膠堵漏劑吸水膨脹性能
【主權項】
1. 一種凝膠堵漏劑，其特征在于由以下四類單體共聚而成： 第一單體選自丙烯酰胺、丙烯酸鈉中的一種或其混合物； 第二單體選自丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化銨、甲基丙烯酰氧乙基二甲基芐基氯化 銨、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨中的一種； 第三單體選自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三（2-甲氧乙氧基） 硅烷、乙烯基三異丙氧基硅烷、Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、Y-甲基丙烯酰氧 基丙基二異丙氧基??圭燒、甲基丙稀醜氧基甲基-甲氧基石圭燒中的一種； 第四單體選自二甲基二烯丙基氯化銨、Ν，Ν-亞甲基雙丙烯酰胺中的一種； 其中，四類聚合單體的質量比例如下：第一單體：50-95% ;第二單體：1-40% ;第三單體： 1-20% ;第四單體：0. 01-1%。2. -種制備如權利要求書1所述的凝膠堵漏劑的制備方法，包括下述步驟： (1) 將第一單體、第二單體、第三單體和第四單體配制成水溶液，使得所述單體質量濃 度為 10%-40% ; (2) 在溶液溫度0-KTC下，向單體溶液中加入引發劑，持續向水溶液中通入惰性氣體氮 氣以除去氧氣，保持30分鐘-60分鐘； (3) 在氮氣氛圍，升溫至10°C -80°C，使所述單體溶液進行溶液聚合1-6小時， (4) 反應所得膠狀物置于真空干燥箱中30-80°C干燥24小時，粉碎后得到粒狀凝膠堵 漏劑。3. 如權利要求書2所述的凝膠堵漏劑的制備方法，其特征在于所述引發劑為氧化-還 原引發體系，為過硫酸鈉-亞硫酸氫鈉、過硫酸銨-季戊四醇之一，氧化劑與還原劑質量比 為 1:1。4. 如權利要求書2所述的凝膠堵漏劑的制備方法，其特征在于所述引發劑質量占單體 總質量的 〇· 001%-0· 05%。
【專利摘要】本發明涉及一種油氣田鉆井堵漏作業中的凝膠堵漏劑及其制備方法，特別是一種分子中含可增強與地層相互作用的功能基團的凝膠膨脹堵漏劑。該堵漏劑由四種單體共聚而成，第一單體為堵漏劑提供親水性，促進材料的吸水膨脹；第二單體為陽離子單體，提供帶正電荷的基團，增加堵漏劑同漏失孔道井壁的電荷相互吸引作用；第三類單體為不飽和有機硅偶聯劑單體，這類單體可以提高堵漏劑在漏失層位滯留能力；第四類單體為多不飽和鍵功能單體，使堵漏劑形成化學交聯。本發明采用水溶液聚合，工藝簡單，便于操作。本發明所制備得堵漏劑具有吸水膨脹能力強、含有多種與漏層可形成力學相互作用的功能基團可提高堵漏材料在漏層的滯留能力的優點。
【IPC分類】C08F4/40, C08F220/56, C08F222/38, C08F220/06, C09K8/44, C08F230/08, C08F220/34
【公開號】CN105567190
【申請號】CN201410553801
【發明人】朱魁, 胡德云, 袁俊秀, 龐雨微, 逯貴廣, 封心領, 周成華, 楊國興, 張珍, 王權陽, 李堯
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 南化集團研究院, 中石化西南石油工程有限公司鉆井工程研究院
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2014年10月17日