CN116023914B - 一种凝胶堵漏剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凝胶堵漏剂及其制备方法和应用。凝胶堵漏剂按重量百分比计，包括1‑5%的部分水解聚丙烯酰胺、0.5‑5%的壳聚糖、0.1‑0.5%的磷酸氢二铵、0.1‑5%的交联剂、0.1‑0.5%的分散剂、2‑5%的增韧剂以及余量的水。本发明的堵漏剂中添加有纳米壳聚糖，纳米壳聚糖的表面携带有正电荷进而够吸附在聚合物主链上，起到将主链基团“隐蔽”的作用，从而能够延长成胶时间，当堵漏液到达高温深层裂缝时，随着环境温度的升高，磷酸氢二铵发生分解，一方面，分解产生的偏磷酸根使得壳聚糖纳米粒子的电位发生变化并趋于中性，聚合物主链逐渐裸露并在交联剂的作用下成胶。另一方面，分解产生的氨气能使凝胶体积进一步膨胀，以填充裂缝空间并实现完全堵塞。

Description

一种凝胶堵漏剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及钻井液堵漏技术领域，具体涉及一种凝胶堵漏剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着石油勘探工作的开展，钻井过程中遇到的复杂情况不断增多。在大位移井，水平井的作业过程中，复杂地层的钻井液安全密度窗口狭窄，井漏问题日益突出，容易造成钻井液从井眼内通过漏失通道进入到地层，不仅会使钻井周期延长、钻井成本增加、影响地质录井，严重的会造成井喷、卡钻、井塌、井眼报废等一系列恶劣事故。

聚合物凝胶是常用的堵漏材料，利用聚合物凝胶相互交联形成三维笼状结构的黏弹体，与其他类型材料相比，聚合物凝胶材料具有良好的弹性和变形特征，能够不受漏失通道的限制，通过挤压变形进入裂缝和孔洞空间，滞留在漏层位置，通过在漏层位置发生固化反应或者体膨胀作用形成封堵层，可以适应不同尺度漏失通道的堵漏。

然而，现今钻井过程中所遇井漏事故通常较为复杂，井底环境难以预测，钻井液漏失层位置难以确定，常规聚合物凝胶堵漏材料的交联成胶时间难以控制，堵漏材料无法精确进入到漏层位置，无法适应不断变化的井下环境，种种不确定因素容易造成堵漏材料的大量浪费，堵漏效率较低，大量凝胶材料的使用也容易造成卡钻，钻孔堵塞等事故。基于上述技术问题，现有技术中提了一些解决方案，如参考文献1和2中所记载。

参考文献1：公开号为CN 111961452 B的中国专利文献

参考文献1记载了及一种耐高温高强度触变型凝胶堵漏剂，该凝胶溶液在剪切流动过程中表观黏度较低，容易泵入井筒并进入地层漏失通道；停止泵入后凝胶溶液黏度迅速增大，且具有很强粘附力，易在漏失通道内驻留，形成高强度封隔层，隔断井筒和地层，防止钻井液继续漏失。凝胶堵漏剂具有耐高温、高强度和触变性的优点，可用以解决高温深层裂缝性漏失地层的井漏难题。

参考文献2：公开号为CN 114292633 B的中国专利文献

参考文献2记载了一种钻井用可延迟交联凝胶堵漏剂，该堵漏剂具有可控的延迟交联性能，可根据需要调节凝胶形成时间，凝胶后发生膨胀，可准确到达漏失地层进行高效封堵，同时它具有良好的抗温抗盐性能，适用于裂缝性漏失的封堵。

参考文献1和2中均记载了具有延迟性能的堵漏剂，参考文献1属于剪切响应型堵漏剂，参考文献2属于触变自愈合型聚合物凝胶堵漏材料。然而，能够实现堵漏剂延迟交联的技术方法并不局限于上述两种，基于此，申请人提出一种不同于现有技术的堵漏剂，其也可实现延迟交联的技术效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种技术思路与现有技术不同的凝胶堵漏剂，该堵漏剂具有延迟交联的效果，能够解决高温深层裂缝性漏失地层的井漏难题，同时提供了该堵漏剂的制备方法以及在油井堵漏中的应用。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种凝胶堵漏剂，按重量百分比计，包括1-5%的部分水解聚丙烯酰胺、0.5-5%的壳聚糖、0.1-0.5%的磷酸氢二铵、0.1-5%的交联剂、0.1-0.5%的分散剂、2-5%的增韧剂以及余量的水。

作为本发明一种凝胶堵漏剂的进一步优化：凝胶堵漏剂按重量百分比计，包括2%的部分水解聚丙烯酰胺、1%的壳聚糖、0.5%的磷酸氢二铵、2%的交联剂、0.5%的分散剂、2%的增韧剂以及92%的水。

作为本发明一种凝胶堵漏剂的进一步优化：所述部分水解聚丙烯酰胺的分子量为2000～3000万，部分水解聚丙烯酰胺的水解度为25～35%。

作为本发明一种凝胶堵漏剂的进一步优化：所述交联剂为有机金属交联剂。

作为本发明一种凝胶堵漏剂的进一步优化：所述交联剂为乙酸铬、乳酸铬、丙酸铬和丙二酸铬中的一种或任意混合物。

作为本发明一种凝胶堵漏剂的进一步优化：所述分散剂为有机分散剂和无机分散剂质量比为1-10:1的混合分散剂。

作为本发明一种凝胶堵漏剂的进一步优化：所述有机分散剂为聚乙烯醇或羟丙基甲基纤维素，所述无机分散剂为碳酸钙或纳米二氧化硅。

作为本发明一种凝胶堵漏剂的进一步优化：所述增韧剂为纳米二氧化硅与聚丙烯纤维质量比为1-3:1的混合物。

一种凝胶堵漏剂的制备方法，包括以下步骤：

1)、将增韧剂分散于水中，得到增韧分散液；

2)、部分水解聚丙烯酰胺、磷酸氢二铵、壳聚糖和分散剂分散到增韧分散液中，得到聚合物分散液；

3)、将交联剂加入到所述聚合物分散液中，混合均匀，制得凝胶堵漏剂。

一种如上述凝胶堵漏剂或上述制备方法制备的凝胶堵漏剂在油井堵漏中的应用。

本发明具有以下有益效果：本发明的堵漏剂中添加有纳米壳聚糖，纳米壳聚糖的表面携带有正电荷，而聚丙烯酰胺经部分水解后产生携带负电荷的羧基基团，纳米壳聚糖能够吸附在聚合物主链上，起到将主链基团“隐蔽”的作用，从而能够延长成胶时间，当堵漏液到达高温深层裂缝时，随着环境温度的升高，磷酸氢二铵发生分解，一方面，分解产生的偏磷酸根使得壳聚糖纳米粒子的电位发生变化并趋于中性，聚合物主链逐渐裸露并在交联剂的作用下成胶。另一方面，分解产生的氨气能使凝胶体积进一步膨胀，以填充裂缝空间并实现完全堵塞。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容并不局限于下面的实施例。

<实施例1>

一种凝胶堵漏剂，按重量百分比计，包括2%的部分水解聚丙烯酰胺、1%的纳米壳聚糖、0.5%的磷酸氢二铵、2%的丙酸铬、0.5%的分散剂、2%的增韧剂以及92%的水。

其中，所述部分水解聚丙烯酰胺的分子量为2000-3000万，部分水解聚丙烯酰胺的水解度为30％。

其中，纳米壳聚糖可直接购买市售的产品或通过以下方法制备得到：将壳聚糖分散于去离子水中，超声处理30min，然后离心10 min，收集上清液得到纳米壳聚糖。

其中，分散剂为聚乙烯醇和碳酸钙质量比为1：1的混合物。

其中，增韧剂为纳米二氧化硅与聚丙烯纤维质量比为1:1的混合物。

该凝胶堵漏剂通过以下方法制备得到：

1)、将增韧剂（纳米二氧化硅与聚丙烯纤维质量比为1:1的混合物）分散于水中，得到增韧分散液；

2)、将部分水解聚丙烯酰胺、磷酸氢二铵、壳聚糖和分散剂（聚乙烯醇和碳酸钙质量比为1：1的混合物）分散到增韧分散液中，得到聚合物分散液；

3)、将丙酸铬加入到所述聚合物分散液中，混合均匀，制得凝胶堵漏剂。

<实施例2>

一种凝胶堵漏剂，按重量百分比计，包括包括1%的部分水解聚丙烯酰胺、5%的壳聚糖、0.1%的磷酸氢二铵、5%的乳酸铬、0.1%的分散剂、5%的增韧剂以及余量的水。

其中，所述部分水解聚丙烯酰胺的分子量为2000-3000万，部分水解聚丙烯酰胺的水解度为35％。

其中，纳米壳聚糖可直接购买市售的产品或通过以下方法制备得到：将壳聚糖分散于去离子水中，超声处理30min，然后离心10 min，收集上清液得到纳米壳聚糖。

其中，分散剂为羟丙基甲基纤维素和纳米二氧化硅质量比为5：1的混合物。

其中，增韧剂为纳米二氧化硅与聚丙烯纤维质量比为2:1的混合物。

该凝胶堵漏剂通过以下方法制备得到：

1)、将增韧剂（纳米二氧化硅与聚丙烯纤维质量比为2:1的混合物）分散于水中，得到增韧分散液；

2)、将部分水解聚丙烯酰胺、磷酸氢二铵、壳聚糖和分散剂（羟丙基甲基纤维素和纳米二氧化硅质量比为5：1的混合物）分散到增韧分散液中，得到聚合物分散液；

3)、将乳酸铬加入到所述聚合物分散液中，混合均匀，制得凝胶堵漏剂。

<实施例3>

一种凝胶堵漏剂，按重量百分比计，包括5%的部分水解聚丙烯酰胺、0.5%的壳聚糖、0.5%的磷酸氢二铵、0.1%的乙酸铬、0.5%的分散剂、2%的增韧剂以及余量的水。

其中，所述部分水解聚丙烯酰胺的分子量为2000-3000万，部分水解聚丙烯酰胺的水解度为25％。

其中，纳米壳聚糖可直接购买市售的产品或通过以下方法制备得到：将壳聚糖分散于去离子水中，超声处理30min，然后离心10 min，收集上清液得到纳米壳聚糖。

其中，分散剂为羟丙基甲基纤维素和碳酸钙质量比为10：1的混合物。

其中，增韧剂为纳米二氧化硅与聚丙烯纤维质量比为3:1的混合物。

该凝胶堵漏剂通过以下方法制备得到：

1)、将增韧剂（纳米二氧化硅与聚丙烯纤维质量比为3:1的混合物）分散于水中，得到增韧分散液；

2)、将部分水解聚丙烯酰胺、磷酸氢二铵、壳聚糖和分散剂（羟丙基甲基纤维素和碳酸钙质量比为10：1的混合物）分散到增韧分散液中，得到聚合物分散液；

3)、将乙酸铬加入到所述聚合物分散液中，混合均匀，制得凝胶堵漏剂。

<实施例4>

一种凝胶堵漏剂，按重量百分比计，包括2%的部分水解聚丙烯酰胺、3%的壳聚糖、0.2%的磷酸氢二铵、2%的交联剂、0.3%的分散剂、4%的增韧剂以及余量的水。

其中，所述部分水解聚丙烯酰胺的分子量为2000-3000万，部分水解聚丙烯酰胺的水解度为30％。

其中，纳米壳聚糖可直接购买市售的产品或通过以下方法制备得到：将壳聚糖分散于去离子水中，超声处理30min，然后离心10 min，收集上清液得到纳米壳聚糖。

其中，分散剂为聚乙烯醇和碳酸钙质量比为3：1的混合物。

其中，增韧剂为纳米二氧化硅与聚丙烯纤维质量比为3:1的混合物。

该凝胶堵漏剂通过以下方法制备得到：

1)、将增韧剂（纳米二氧化硅与聚丙烯纤维质量比为3:1的混合物）分散于水中，得到增韧分散液；

2)、将部分水解聚丙烯酰胺、磷酸氢二铵、壳聚糖和分散剂（聚乙烯醇和碳酸钙质量比为3：1的混合物）分散到增韧分散液中，得到聚合物分散液；

3)、将乙酸铬加入到所述聚合物分散液中，混合均匀，制得凝胶堵漏剂。

<实施例5>

一种凝胶堵漏剂，按重量百分比计，包括5%的部分水解聚丙烯酰胺、5%的壳聚糖、0.5%的磷酸氢二铵、2%的丙二酸铬、0.5%的分散剂、2%的增韧剂以及余量的水。

其中，所述部分水解聚丙烯酰胺的分子量为2000-3000万，部分水解聚丙烯酰胺的水解度为30％。

其中，纳米壳聚糖可直接购买市售的产品或通过以下方法制备得到：将壳聚糖分散于去离子水中，超声处理30min，然后离心10 min，收集上清液得到纳米壳聚糖。

其中，分散剂为聚乙烯醇和碳酸钙质量比为2：1的混合物。

其中，增韧剂为纳米二氧化硅与聚丙烯纤维质量比为3:1的混合物。

该凝胶堵漏剂通过以下方法制备得到：

1)、将增韧剂（纳米二氧化硅与聚丙烯纤维质量比为3:1的混合物）分散于水中，得到增韧分散液；

2)、将部分水解聚丙烯酰胺、磷酸氢二铵、壳聚糖和分散剂（聚乙烯醇和碳酸钙质量比为2：1的混合物）分散到增韧分散液中，得到聚合物分散液；

3)、将丙二酸铬加入到所述聚合物分散液中，混合均匀，制得凝胶堵漏剂。

<对比例1>

一种凝胶堵漏剂，按重量百分比计，包括2%的部分水解聚丙烯酰胺、2%的丙酸铬、0.5%的分散剂、2%的增韧剂以及92%的水。

其中，所述部分水解聚丙烯酰胺的分子量为2000-3000万，部分水解聚丙烯酰胺的水解度为30％。

其中，分散剂为聚乙烯醇和碳酸钙质量比为1：1的混合物。

其中，增韧剂为纳米二氧化硅与聚丙烯纤维质量比为1:1的混合物。

该凝胶堵漏剂通过以下方法制备得到：

1)、将增韧剂（纳米二氧化硅与聚丙烯纤维质量比为1:1的混合物）分散于水中，得到增韧分散液；

2)、将部分水解聚丙烯酰胺和分散剂（聚乙烯醇和碳酸钙质量比为1：1的混合物）分散到增韧分散液中，得到聚合物分散液；

3)、将丙酸铬加入到所述聚合物分散液中，混合均匀，制得凝胶堵漏剂。

<对比例2>

一种凝胶堵漏剂，按重量百分比计，包括2%的部分水解聚丙烯酰胺、1%的纳米壳聚糖、2%的丙酸铬、0.5%的分散剂、2%的增韧剂以及92%的水。

其中，所述部分水解聚丙烯酰胺的分子量为2000-3000万，部分水解聚丙烯酰胺的水解度为30％。

其中，纳米壳聚糖可直接购买市售的产品或通过以下方法制备得到：将壳聚糖分散于去离子水中，超声处理30min，然后离心10 min，收集上清液得到纳米壳聚糖。

其中，分散剂为聚乙烯醇和碳酸钙质量比为1：1的混合物。

其中，增韧剂为纳米二氧化硅与聚丙烯纤维质量比为1:1的混合物。

该凝胶堵漏剂通过以下方法制备得到：

1)、将增韧剂（纳米二氧化硅与聚丙烯纤维质量比为1:1的混合物）分散于水中，得到增韧分散液；

2)、将部分水解聚丙烯酰胺、壳聚糖和分散剂（聚乙烯醇和碳酸钙质量比为1：1的混合物）分散到增韧分散液中，得到聚合物分散液；

3)、将丙酸铬加入到所述聚合物分散液中，混合均匀，制得凝胶堵漏剂。

<堵漏性能测试>

取实施例1-5以及对比例1-2制备得到的凝胶堵漏剂，加入钻井液基浆(4%膨润土浆)中，待其溶胀完毕后采用高温高压动静态堵漏仪，测试施加不同压力时基浆在不同尺度裂缝模块中的漏失状况，评价堵漏剂对裂缝的承压封堵能力。使用钢制裂缝模块模拟裂缝性漏失地层，裂缝模块为单一楔形裂缝，入口缝宽分别为3mm，出口缝宽分别为1mm，裂缝长度200mm，裂缝高度50mm。设置成胶试验温度分别为60℃、120℃、200℃以及250℃，以1MPa起始压力，缓慢增加堵漏仪的压力直至产生漏失时所对应的压力即为最大封堵承压强度。各试验组的最大封堵承压强度如下表1所示。

由上表可以看出，在60℃的成胶温度下，实施例1-5以及对比例2凝胶的承压强度均较低，申请人认为这是由于壳聚糖的存在，弱化了聚合物与交联剂的反应，导致最终凝胶的承压强度均较低。而对比例1凝胶的承压强度与之相比较高，这是由于对比例1中未加入壳聚糖，进而没有影响聚合物的交联。在120℃的成胶温度下，各试验组的凝胶承压强度关系与60℃的成胶温度相差不大，由此申请人认为，在120℃成胶温度下，磷酸氢二铵未发生分解，进而未影响最终的成胶效果。在200℃以及250℃的成胶温度下，对比例1以及对比例2 的成胶效果与 60℃以及120℃相差不大。而实施例1-5凝胶的承压强度又明显提升，由此申 请人认为，在200℃以及250℃温度下，磷酸氢二铵发生了分解，分解产生的偏磷酸根使得壳聚糖纳米粒子的电位发生变化并趋于中性，聚合物主链逐渐裸露并在交联剂的作用下成胶。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种凝胶堵漏剂，其特征在于：按重量百分比计，包括1-5%的部分水解聚丙烯酰胺、0.5-5%的壳聚糖、0.1-0.5%的磷酸氢二铵、0.1-5%的交联剂、0.1-0.5%的分散剂、2-5%的增韧剂以及余量的水；所述部分水解聚丙烯酰胺的分子量为2000-3000万，部分水解聚丙烯酰胺的水解度为25-35%；所述分散剂为有机分散剂和无机分散剂质量比为1-10:1的混合分散剂；所述增韧剂为纳米二氧化硅与聚丙烯纤维质量比为1-3:1的混合物；

所述交联剂为有机金属交联剂；

所述交联剂为乙酸铬、乳酸铬、丙酸铬和丙二酸铬中的一种或任意混合物；

所述有机分散剂为聚乙烯醇或羟丙基甲基纤维素，所述无机分散剂为碳酸钙或纳米二氧化硅。

2.如权利要求1所述凝胶堵漏剂，其特征在于：按重量百分比计，包括2%的部分水解聚丙烯酰胺、1%的壳聚糖、0.5%的磷酸氢二铵、2%的交联剂、0.5%的分散剂、2%的增韧剂以及92%的水。

3.一种如权利要求1所述凝胶堵漏剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)、将增韧剂分散于水中，得到增韧分散液；

2)、将部分水解聚丙烯酰胺、磷酸氢二铵、壳聚糖和分散剂分散到增韧分散液中，得到聚合物分散液；

3)、将交联剂加入到所述聚合物分散液中，混合均匀，制得凝胶堵漏剂。

4.权利要求1-2中任一权利要求所述凝胶堵漏剂或权利要求3所述制备方法制备的凝胶堵漏剂在油井堵漏中的应用。