CN109503762A - 一种绿色全可溶高强度化学封隔器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绿色全可溶高强度化学封隔器，由原料乳酸、丙烯酸、N‑乙烯基吡咯烷酮在引发剂作用下引发聚合制成。各原料组分重量百分比如下：乳酸15‑20％、丙烯酸10‑15％、N‑乙烯基吡咯烷酮5‑10％、蒸馏水53‑69％、引发剂0.02‑0.05％。制备方法如下：(1)向反应容器中加入蒸馏水，通入氮气置换排出空气；(2)将乳酸、丙烯酸、N‑乙烯基吡咯烷酮加入反应容器，搅拌均匀后加入引发剂，加热使反应液温度升至120℃，恒温搅拌反应30min，然后调节反应体系pH值7‑8；(3)继续加热使反应液体系升温至150℃，恒温搅拌反应4h，然后，提纯，干燥，得到初产物。本发明的化学封隔器在不同温度压裂液环境中完全溶解，无残留固体，降解率100％。

Description

一种绿色全可溶高强度化学封隔器及其制备方法

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，具体涉及一种绿色全可溶高强度化学封隔器及其制备方法。

背景技术

常见的储层改造技术为多段分层压裂技术，常规的分段压裂是利用机械封隔器进行分层改造的，但是此技术施工步骤复杂，压裂施工成本高，尤其是在超深、高温髙压等复杂井况条件下，分段压裂效果也难保证。鉴于此，发展了化学暂堵、投球暂堵等技术，该技术利用储层各位置之间的的破裂压力差，对储层进行分段压裂，裂缝首先在应力最小、最易破裂的小层中产生，使用缝口化学封隔器封堵己压开层段的孔眼和主裂缝，迫使井筒压力上升，达到另一级破裂压力值时，压裂液沿分簇孔眼压开新裂缝，以此类推，多次投放化学封隔器，直到每一级依次压开，提高纵向剖面动用程度，増加沟通油气富集区的几率。

缝口暂堵转向压裂技术作为一种有效的压裂改造手段，是指在压裂施工中通过一次或多次投放高强度水溶性颗粒化学封隔器，颗粒化学封隔器在炮眼和裂缝高渗透带形成滤饼，临时封堵老裂缝，提高井筒中的压力，结合射孔技术，促使水平产层段其他位置裂缝的开启，最终形成多条新裂缝，达到密集切割储层的目的，有效增加单井改造体积。

缝口暂堵转向压裂机理：由于储层一般存在非均质性，不同储层段的储层物性及破裂压力也各不相同，通常是先压开储层物性好、破裂压力低的层段，然后投放高强度水溶性化学封隔器封堵已压裂的裂缝，并提高缝内应力从而迫使流体转向，促使次级裂缝的开启，达到压开新裂缝的目的，多次投放化学封隔器可促使多条次级裂缝额开启，最终达到多条裂缝的相对均衡扩展，最大程度的切割致密储层。举例如下：假设水平井的不同射孔位置的破裂压力值是各不相同的，相应的破裂压力分别为20MPa、25MPa、30MPa、35MPa。当井底压力达到20MPa时，第一条裂缝先被压开；随后注入化学封隔器实现第一条裂缝缝口暂堵，井筒内憋压，井底压力开始升高，当井底压力升高到25MPa时，第二条裂缝被压开；继续注入化学封隔器封堵第二条裂缝，井筒内憋压，井底压力继续升高，当井底压力升高到30MPa时，第三条裂缝被压开，以此类推。层间转向的条件为井底压力增量大于层间破裂压力差值。该技术的优点：在不增加分段工具的基础上，可以在施工过程中通过投送化学封隔器的次数与数量来实现每个分段内裂缝数量、间距与规模的控制。

但是，现有的化学封隔器普遍存在不足，首先，溶解性差，降解率低，在压裂液中只能部分溶解，存在固体残留；其次，抗压强度低，抗高温稳定性差；直接影响到压裂施工。

专利CN201710118249.6公开了一种低密度、高强度可降解化学封隔器及其制备方法，包括以重量百分比的组分：聚乳酸60-85％，淀粉5-20％，聚己内酯5-10％，增溶剂2-5％，增韧剂2-5％。采用聚合后的聚乳酸同淀粉、聚己内酯、增溶剂、增韧剂进行共混，挤塑成型，该制备方法属于物理加工制备过程。该封隔器的承压强度大于52MPa，堵剂在储层温度失去力学强度时48小时，最终降解时间168小时；适宜温度30℃至90℃储层。但是，上述化学封隔器的承压强度不够高，降解时间较长，适宜温度最高才90℃，封隔器的应用范围有限。

发明内容

本发明的目的是针对现有化学封隔器存在的溶解性差，降解率低，抗压强度低，抗高温稳定性差等缺点，提供一种绿色全可溶高强度化学封隔器。

本发明提供的绿色全可溶高强度化学封隔器，由原料乳酸、丙烯酸、N-乙烯基吡咯烷酮在引发剂作用下引发聚合制成。各原料组分重量百分比如下：乳酸15-20％、丙烯酸10-15％、N-乙烯基吡咯烷酮5-10％、蒸馏水53-69％、引发剂0.02-0.05％。所述引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠。

该封隔器适用于150℃以上的油气井暂堵施工。

上述绿色全可溶高强度化学封隔器的制备方法，包括如下步骤：

(1)向反应容器中加入蒸馏水，通入氮气置换排出空气；

(2)将乳酸、丙烯酸、N-乙烯基吡咯烷酮加入反应容器，搅拌均匀后加入引发剂，加热使反应液温度升至120℃，恒温搅拌反应30min，然后加入碱性物质调节反应体系pH值7-8；

(3)继续加热使反应液体系升温至150℃，恒温搅拌反应4h，然后，提纯，干燥，得到初产物。

优选的是，步骤(2)中的碱性物质为氢氧化镁、氢氧化钠或氢氧化钾。

优选的是，步骤(3)得到的初产物通过螺杆挤出机加热熔融并挤出，用造粒机切割造粒，成型为粒径在3-8mm的颗粒，或者，用注塑机加工成5-25mm的暂堵球。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用天然乳酸作为原料之一，乳酸与N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯酸进行多元共聚反应得到可溶性的高分子量的共聚物，然后将该共聚物加工成颗粒或球状，得到的化学封隔器无生物毒性，绿色环保，具有很好的生物降解性，降解液对地层伤害小；实验结果表明，该化学封隔器在不同温度压裂液环境中完全溶解，无残留固体，降解率100％；压裂液中暂堵剂加5-10％时，抗压强度达到80MPa以上，暂堵剂降解后岩心渗透率恢复率可达到99，而且降解液无毒无害，清洁环保。

(2)该化学封隔器抗压强度高，最高可达80Mpa，耐高温稳定性好，适用于150℃以上的油气井暂堵施工。

(3)该化学封隔器适用范围大，适用性强，在清水、酸液、碱液中均可溶解，可以用于压裂暂堵，也可用于酸化暂堵。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1、XX45006井压裂施工图。

图2、XX45006井压后产量图。

图3、XX41081井压裂施工图。

图4、XX41081井压后产量图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

实施例1

一种绿色全可溶高强度化学封隔器的制备方法，包括如下步骤：(1)在500毫升反应烧瓶中加入200克蒸馏水，通氮气置换空气；(2)将40克乳酸、15丙烯酸、20克N-乙烯基吡咯烷酮单体加入烧瓶中并开启搅拌，然后加入0.08克过硫酸铵基和0.04亚硫酸钠作为引发剂，并将反应液体系逐渐升温至120℃，恒温30min后向加入氢氧化钠调节反应液体系pH为7-8；(3)将体系温度升至150℃并恒温反应4.0h，将得到的产物进行提纯干燥得到初产品共聚物；(4)将共聚物通过螺杆挤出机加热熔融并挤出，用造粒机切割造粒，成型为粒径在3-8mm的颗粒，或者用注塑机加工成5-25mm的暂堵球。

利用制备的颗粒状化学封堵器配置成暂堵滑溜水压裂液，配方如下：

0.1％减阻剂+0.1％杀菌剂+0.1％助排剂+0.2％粘土稳定剂+8％颗粒化学封隔器，其中，各组分的百分数指的是该组分与压裂液的重量百分比。

在90℃下进行性能测试实验，化学封隔器性能测试结果见表1。可以看出，该化学封隔器降解时间60h，降解率为100％，完全降解，抗压强度高于80MPa。

表1、化学封隔器性能测试数据

实施例2

一种绿色全可溶高强度化学封隔器的制备方法，包括如下步骤：(1)在500毫升反应烧瓶中加入200克蒸馏水，通氮气置换空气；(2)然后将60克乳酸、10克丙烯酸、25克N-乙烯基吡咯烷酮单体加入烧瓶中并开启搅拌，然后加入0.08克过硫酸铵和0.04亚硫酸氢钠作为引发剂，并将反应液体系逐渐升温至120℃，恒温反应30min后向体系中加入氢氧化钾调节pH值为7-8；(3)将反应液体系温度升至150℃并恒温反应4h，将得到的产物进行提纯干燥得到初产品共聚物；(4)将合成的共聚物通过螺杆挤出机加热熔融并挤出，用造粒机切割造粒，成型为粒径在3-8mm的颗粒，或者用注塑机加工成5-25mm的暂堵球。

利用制备的颗粒状化学封堵器配置成暂堵滑溜水压裂液，配方如下：

0.1％减阻剂+0.1％杀菌剂+0.1％助排剂+0.2％粘土稳定剂+5％化学封隔器粉末；其中，各组分的百分数指的是该组分与压裂液的重量百分比。

在150℃下进行性能测试实验，化学封隔器性能测试结果见表2。可以看出，该化学封隔器降解时间48h，降解率为100％，完全降解；在150℃高温条件下，抗压强度为80MPa。

表2、化学封隔器性能测试数据

项目	指标
		降解时间，h	48
降解率，％	100
		抗压强度，MPa	80
岩心渗透率恢复率，％	97.7
		溶解后破胶液表面张力，mN/m	25.9
溶解后破胶液防膨率，％	89.0

应用实施例1

以XX45006井作为应用施工对象，将实施例1制备的化学封隔器应用到XX45006井中。该井的射孔井段情况见表3。

表3、XX45006井射孔井段表

向该井投入一次颗粒化学封隔器材料，三次粉末化学封隔器材料，井口压力均上升，表明形成新的裂缝及缝内复杂裂缝，具体压裂施工见图1。

该井压裂前不出液，压后初期日产油2.2t，目前日产油3.3t，累增油338.2t，XX45006井压后产量见图2。

应用实例2

以XX41081井作为应用施工对象，将实施例2制备的化学封隔器应用到XX41081井中。该井的射孔井段情况见表4。

表4、XX41081井射孔井段表

向该井投入一次颗粒化学封隔器材料，两次粉末化学封隔器材料，井口压力均上升，表明形成新的裂缝及缝内复杂裂缝，具体压裂施工见图3。

压裂前日产油1.9t，压后初期日产油9.9t，目前日产油3.3t，累增油737.9t，措施效果较好，XX41081井压后产量见图4。

综上所述，本发明提供了一种绿色全可溶高强度化学封隔器，采用天然乳酸作为原料之一，乳酸与N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯酸进行多元共聚反应得到可溶性的高分子量的共聚物，得到的化学封隔器无生物毒性，绿色环保，具有很好的生物降解性，降解液对地层伤害小。该化学封隔器抗压强度高，最高可达80Mpa，耐高温稳定性好，适用于150℃以上的油气井暂堵施工。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种绿色全可溶高强度化学封隔器，其特征在于，由原料乳酸、丙烯酸、N-乙烯基吡咯烷酮在引发剂作用下引发聚合制成。

2.如权利要求1所述的绿色全可溶高强度化学封隔器，其特征在于，各原料组分重量百分比如下：乳酸15-20％、丙烯酸10-15％、N-乙烯基吡咯烷酮5-10％、蒸馏水53-69％、引发剂0.02-0.05％。

3.如权利要求2所述的绿色全可溶高强度化学封隔器，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵和亚硫酸氢钠。

4.如权利要求2所述的绿色全可溶高强度化学封隔器，其特征在于，该封隔器适用于150℃以上的油气井暂堵施工。

5.一种如权利要求1-4任意一项所述的绿色全可溶高强度化学封隔器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)向反应容器中加入蒸馏水，通入氮气置换排出空气；

(2)将乳酸、丙烯酸、N-乙烯基吡咯烷酮加入反应容器，搅拌均匀后加入引发剂，加热使反应液温度升至120℃，恒温搅拌反应30min，然后调节反应体系pH值7-8；

(3)继续加热使反应液体系升温至150℃，恒温搅拌反应4h，然后，提纯，干燥，得到初产物。

6.如权利去5所述的绿色全可溶高强度化学封隔器的制备方法，其特征在于，步骤(2)中采用氢氧化镁、氢氧化钠或氢氧化钾调节反应体系pH。

7.如权利去6所述的绿色全可溶高强度化学封隔器的制备方法，其特征在于，步骤(3)得到的初产物通过螺杆挤出机加热熔融并挤出，用造粒机切割造粒，成型为粒径在3-8mm的颗粒，或者，用注塑机加工成5-25mm的暂堵球。