一種不壓井作業(yè)用高強度凍膠及其制備方法
【技術領域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種不壓井作業(yè)用高強度凍膠及其制備方法，屬石油鉆井完井工程化學劑應用技術領域。
【背景技術】
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[0002]不壓井作業(yè)是在地層欠平衡壓力條件下完成起下鉆具、帶壓取芯、測井、下篩管、下修井或完井管柱等作業(yè)，該技術能夠進一步保護和維持地層的原始狀態(tài)，達到防止儲層污染，提高開發(fā)效果的目的。同時相比于壓井作業(yè)，不壓井作業(yè)存在設備投入高、操作復雜、作業(yè)工藝繁多和對操作工人技術要求高等問題；在設備方面的不足包括:堵塞器投堵過程占用時間較長且性能不穩(wěn)定，橋塞膠芯不能夠很好的適應不同的管徑等，這些都制約了我國不壓井作業(yè)技術的發(fā)展。采用不壓井作業(yè)方式，國內(nèi)已經(jīng)開展了采用化學智能膠體代替套管閥的實驗研宄，并將其形象的命名為“凍膠閥”(Smart Parker)。凍膠是以水溶性線性高分子材料(PAM、HPAM、HPAN、XC、CMC等)為主劑、以高價金屬離子(Cr3+、Al3+、Ti4+等)或醛類為交聯(lián)劑，在一定條件下通過交聯(lián)反應形成的具有網(wǎng)狀結構的不溶于水的“軟固體”型凝膠體系。該體系具有一定的本體強度以及與井筒壁具有較好的粘附作用，不僅能夠密封井筒，并且在大壓差作用下不會滑移或進入儲層，從而起到有效的“隔離、密封、承壓”作用，以保證后續(xù)欠平衡作業(yè)的順利進行。但是，當前使用的凍膠體系存在著本體強度不高、粘附力不強、密封性不夠、交聯(lián)時間過短、成本較高、制備工藝繁雜、不利于現(xiàn)場施工等問題。此夕卜，目前所采用的凍膠體系通常含有主料、交聯(lián)劑、固化劑、改性劑、膠黏劑和填料等諸多成分，各組分在抗剪切能力、剝離強度、降解速度和力學性能方面往往存在一定的矛盾，從而給配方的優(yōu)化造成一定的困難。因此，在滿足現(xiàn)場工藝要求的條件下，開發(fā)出一種滿足凍膠體系基本性能的新材料，不僅對不壓井作業(yè)起到一定的推廣作用，而且具有重要的實用價值。淀粉是一種天然聚多糖，具有價廉易得、可降解且環(huán)境友好的特點，且改性淀粉聚合物具有特殊的空間網(wǎng)絡大分子結構，使其作為凍膠體系的主劑時只需加入少量交聯(lián)劑就可以達到所需的凍膠強度。現(xiàn)有的文獻中報道了大量采用改性淀粉為主劑形成的聚合物凍膠體系或者以淀粉為填料形成的具有一定強度的凍膠體系，但這類凍膠體系大多為配方復合體系，到目前為止，尚無單一以改性淀粉作為凍膠體系的新材料的相關報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種不壓井作業(yè)用高強度凍膠及其制備方法，所制得的高強度凍膠具有極高的抗壓強度和管壁粘附性，可滿足不壓井作業(yè)對凍膠體系的基本性能要求，成膠時間、膠體強度和粘性調(diào)節(jié)可控，具有工藝簡單、原料易得、成本低廉的特點。
[0004]本發(fā)明是通過如下技術方案來實現(xiàn)上述目的的。
[0005]本發(fā)明所提供的一種不壓井作業(yè)用高強度凍膠，其中各組分的重量百分比為:
[0006]淀粉:2%?5%;
[0007]氧化-還原引發(fā)劑:0.01%?0.1% ;
[0008]交聯(lián)劑A:5%?13%;
[0009]交聯(lián)劑B:5%?20%;
[0010]引發(fā)單體:10%?15% ;
[0011]固化劑:0.01%?0.1% ;
[0012]水:余量；
[0013]所述的淀粉為玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、甘薯淀粉、紅薯淀粉和麥類淀粉中的一種；
[0014]所述的氧化-還原引發(fā)劑為高錳酸鉀與亞硫酸氫鈉的任意比例混合物、硝酸鈰銨與亞硫酸氫鈉的任意比例混合物、叔丁基過氧化氫與焦亞硫酸鈉的任意比例混合物、次氯酸鈉與亞硫酸氫鈉的任意比例混合物、過硫酸銨與亞硫酸氫鈉的任意比例混合物、過氧化氫與雕白塊的任意比例混合物或過硫酸鉀與亞硫酸氫鈉的任意比例混合物；
[0015]所述的交聯(lián)劑A為氨基樹脂、三聚氰胺和乙烯砜中的一種；
[0016]所述的交聯(lián)劑B為戊二醛、異氰酸酯和甲醛中的一種；
[0017]所述的引發(fā)單體為丙烯酸鈉、丙烯酰胺、N-羥甲基丙烯酰胺、烯丙基磺酸鈉、N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和二甲基二烯丙基氯化銨中的一種或兩種以上的任意比例的混合物；
[0018]所述的固化劑為氯化銨、檸檬酸三銨、烏洛托品、氨基磺酸銨、氯化銨/氨基磺酸銨和氯化銨/鉀明礬中的一種或兩種以上的任意比例的混合物；
[0019]本發(fā)明所提供的一種不壓井作業(yè)用高強度凍膠的制備方法是:在攪拌條件下，在容器中按比例將淀粉于60?90°C的水中糊化I?3小時，淀粉糊化后調(diào)節(jié)其pH值為8?13，調(diào)節(jié)其溫度為30?150°C ;恒溫靜置20?120分鐘后按比例依次加入氧化-還原引發(fā)劑、引發(fā)單體、交聯(lián)劑A、交聯(lián)劑B和固化劑，攪拌均勻后，在上述溫度下繼續(xù)靜置5?90分鐘，即得本發(fā)明所述的高強度凍膠。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有的技術相比具有如下有益效果:
[0021]1、本發(fā)明制得的高強度凍膠的本體強度高且對管壁的粘附性好，可滿足不壓井作業(yè)對凍膠體系的基本性能要求，特別適用于中高壓油氣井的欠平衡作業(yè)領域。
[0022]2、本發(fā)明制得的高強度凍膠的凍膠成膠時間可控、本體強度和粘性可控，拓寬了本凍膠體系的應用范圍。
[0023]3、本發(fā)明制得的高強度凍膠中不加入任何高價金屬離子，大大降低了對環(huán)境的污染。
[0024]4、本發(fā)明制得的高強度凍膠抗溫性能好，可適應30_150°C的溫度范圍。
[0025]5、本發(fā)明的制備工藝簡單，可滿足不壓井作業(yè)的現(xiàn)場應用工藝要求。
【具體實施方式】
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[0026]下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明:
[0027]實施例1:
[0028]本發(fā)明所提供的一種不壓井作業(yè)用高強度凍膠，其中各組分的重量百分比為:玉米淀粉3%、氧化-還原引發(fā)劑過硫酸銨0.03%與亞硫酸氫鈉0.01%、交聯(lián)劑A三聚氰胺10 %、交聯(lián)劑B甲醛水溶液7.5 %、引發(fā)單體丙烯酰胺10 %、固化劑烏洛托品0.02 %，其余為水。
[0029]在攪拌條件下，在容器中將2g玉米淀粉于75°C的水中糊化I小時，淀粉糊化后調(diào)節(jié)其PH值為10，調(diào)節(jié)其溫度為80°C，恒溫靜置60分鐘后，按比例依次加入過硫酸銨、亞硫酸氫鈉、三聚氰胺、甲醛水溶液、丙烯酰胺和烏洛托品攪拌均勻后，在上述溫度下繼續(xù)靜置60分鐘即可成膠。
[0030]所制得膠體粘度為30000mPa.s,最高封堵壓力為13.6MPa/100m。
[0031]實施例2
[0032]本發(fā)明所提供的一種不壓井作業(yè)用高強度凍膠，其中各組分的重量百分比為:玉米淀粉3 %、水溶性氧化-還原凝膠引發(fā)劑過硫酸鉀0.3 %與亞硫酸氫鈉0.2%，交聯(lián)劑A三聚氰胺10%、交聯(lián)劑B甲醛水溶液8%、引發(fā)單體丙烯酰胺8%和丙烯酸鈉2%、丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨2%與N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺0.5%，固化劑氨基磺酸銨0.02