壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠及其制備方法，壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠由如下組分及含量組成：基液：以制備形成的壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠總?cè)芤嘿|(zhì)量計(jì)，1-6%聚丙烯酰胺、2-8%結(jié)構(gòu)增強(qiáng)劑、0.4-8%抗脫水劑、0.2-4%抗氧化劑，余量為水；交聯(lián)劑：以交聯(lián)劑相對(duì)于基液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，交聯(lián)劑占0.2-10%。本發(fā)明制備的聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠具有強(qiáng)度大、彈性好、韌性好、粘附性好、耐壓強(qiáng)度高、對(duì)氣體密封性好等特點(diǎn)，可以在油田專用的N80管中直接成膠使用，能夠與套管粘結(jié)，有效的防止氣體溢出井筒，起到良好的壓井、密封作用。
【專利說(shuō)明】壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]發(fā)明涉及一種壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠及其制備方法，該凝膠可用作油田修井及欠平衡鉆井過(guò)程中的壓井材料。
【背景技術(shù)】
[0002]油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程需要鉆井、完井、修井作業(yè)，常規(guī)的壓井液易漏失，對(duì)地層傷害大。為了解決現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問(wèn)題，近幾年石油工作者對(duì)低傷害和防漏性壓井液、凝膠堵漏技術(shù)、不壓井作業(yè)、欠平衡鉆完井等技術(shù)進(jìn)行了研究，上述技術(shù)各有優(yōu)、缺點(diǎn)，其中不壓井起下鉆裝置存在使用前需要大量時(shí)間安裝設(shè)備，使用過(guò)程中需要大量時(shí)間起下鉆的缺點(diǎn)。而在欠平衡作業(yè)中起到保護(hù)地層的套管閥，由于其價(jià)格昂貴和遇到井斜時(shí)可能被鉆具損壞而限制了其應(yīng)用的范圍和程度。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，聚合物凝膠用于堵漏已經(jīng)很常見(jiàn)，目前應(yīng)用的主要有兩種。一種是在線交聯(lián)聚合物凝膠，這種凝膠是在地層溫度下由堵漏材料受熱在漏層中成膠；另一種是可吸水膨脹交聯(lián)聚合物凝膠，該材料主要為高吸水樹脂。但是直接形成的交聯(lián)聚合物凝膠強(qiáng)度較低，在地層中的耐壓耐溫能力有限，如中國(guó)專利號(hào)“200710175977.7”公開(kāi)了一種井下凍膠閥制備方法及其施工方法，
【公開(kāi)日】為2008年03月05日，基液、交聯(lián)液和破膠液的體積比為:40-60%: 20-35%: 20-35%。其中:基液、交聯(lián)液和破膠液的原材料組分含量為:Α.基液:胍膠0.5-2.5% ;片堿0.1-2% ;甲醛0.2-0.6% ;其余為水。B.交聯(lián)液:硼砂
0.02-0.05% ;其余為水。C.破膠液:雙氧水0.001%-0.005% ;其余為水。
[0004]此凍膠閥為一種強(qiáng)凝膠體系，能將壓井液與儲(chǔ)層有效隔離，防止壓井液侵入地層，同時(shí)對(duì)套管起到密封作用，防止 地層中的硫化氫等氣體泄露。但該方法制備的聚合物凝膠強(qiáng)度無(wú)法滿足更高的地層壓力和溫度的要求，且該凝膠的制備成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的壓井聚合物凝膠成本高、耐壓強(qiáng)度有限、抗溫性能差的問(wèn)題，提供一種壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠及其制備方法。本發(fā)明制備的強(qiáng)凝膠具有良好的彈性和粘附性，既具有一定的強(qiáng)度，又能夠與套管粘結(jié)從而對(duì)套管起到良好的密封作用，有效的防止氣體溢出井筒。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠，其特征在于，由如下組分及含量組成:
基液:以制備形成的壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠總?cè)芤嘿|(zhì)量計(jì)，1-6%聚丙烯酰胺、2-8%結(jié)構(gòu)增強(qiáng)劑、0.4-8%抗脫水劑、0.2-4%抗氧化劑，余量為水；
交聯(lián)劑:以交聯(lián)劑相對(duì)于基液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，交聯(lián)劑占0.2-10%。
[0007]所述聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠的粘度大于100000 mPa s (1.5s—1，100°C )，耐壓強(qiáng)度達(dá)到 0.4-1.7MPa/10m。
[0008]所述的聚丙烯酰胺為非離子、陽(yáng)離子、陰離子、兩性型聚丙烯酰胺中的一種或幾種按任意比例組成的混合物。
[0009]所述聚丙烯酰胺的分子量在100萬(wàn)-1200萬(wàn)之間。
[0010]所述的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)劑為碳酸鈣、四氧化三鐵、氧化鋁中的一種或幾種按任意比例組成的混合物。[0011]所述的抗脫水劑為羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素中的一種或幾種按任意比例組成的混合物。
[0012]所述的抗氧化劑為亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉中的一種或幾種按任意比例組成的混合物。
[0013]所述的交聯(lián)劑為酚醛樹脂、檸檬酸鋁中的一種或幾種按任意比例組成的混合物。
[0014]一種壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠的制備方法，其特征在于:在轉(zhuǎn)速為350— 450轉(zhuǎn)/min的攪拌速度下，在水中依次加入聚丙烯酰胺、抗氧化劑、抗脫水劑和結(jié)構(gòu)增強(qiáng)劑，充分溶解后，再加入交聯(lián)劑，在40-120°C下成膠。
[0015]所述加入交聯(lián)劑后，交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間為4-48小時(shí)。
[0016]采用本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
一、本發(fā)明由如下組分及含量組成，基液:以制備形成的壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠總?cè)芤嘿|(zhì)量計(jì)，1-6%聚丙烯酰胺、2-8%結(jié)構(gòu)增強(qiáng)劑、0.4-8%抗脫水劑、0.2-4%抗氧化劑，余量為水；交聯(lián)劑:以交聯(lián)劑相對(duì)于基液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，交聯(lián)劑占0.2-10% ;此組分及含量依據(jù)凝膠交聯(lián)反應(yīng)機(jī)理，并結(jié)合聚合物凝膠的性能特點(diǎn)，將聚合物材料和添加劑優(yōu)選兩方面綜合，制備的低成本強(qiáng)凝膠能夠在40-120°C油氣井中應(yīng)用，該強(qiáng)凝膠具有良好的彈性和粘附性，既具有一定的強(qiáng)度，又能夠與套管粘結(jié)從而對(duì)套管起到良好的密封作用，有效的防止氣體溢出井筒，起到良好的壓井、密封作用；在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，可以在儲(chǔ)層的上部形成一段強(qiáng)度很高的凝膠段塞，從而實(shí)現(xiàn)安全鉆井、完井、壓井作業(yè)；同時(shí)能夠?qū)壕号c儲(chǔ)層隔離，有效的防止上部壓井液進(jìn)入儲(chǔ)層并阻止儲(chǔ)層中的氣體逸出井筒。
[0017]二、本發(fā)明中的強(qiáng)凝膠具有很好的耐壓強(qiáng)度、韌性和對(duì)氣體的密封性，該強(qiáng)凝膠粘度大于100000 mPa s (1.5s4，100°C )，耐壓強(qiáng)度可以達(dá)到0.4MPa_l.7MPa/10m，且具有很高的彈性模量和粘性模量，彈性遠(yuǎn)大于其粘性，不容易拉伸斷裂；形成強(qiáng)凝膠后能夠起到壓井和防止地層氣體逸出的作用。
[0018]三、本發(fā)明的制備方法中:在轉(zhuǎn)速為350— 450轉(zhuǎn)/min的攪拌速度下，在水中依次加入聚丙烯酰胺、抗氧化劑、抗脫水劑和結(jié)構(gòu)增強(qiáng)劑，充分溶解后，再加入交聯(lián)劑，在40-120°C下，交聯(lián)反應(yīng)4-48小時(shí)成膠，前述涉及到的技術(shù)參數(shù)如果過(guò)高或過(guò)低，不僅會(huì)影響溶解速度、交聯(lián)反應(yīng)程度和成膠時(shí)間，還會(huì)影響形成的強(qiáng)凝膠的粘度和耐壓強(qiáng)度，且所涉及到的技術(shù)參數(shù)以及加入組分的順序相互關(guān)聯(lián)，任意一個(gè)技術(shù)參數(shù)或加入組分順序的改變，都會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)凝膠的粘度和耐壓強(qiáng)度不符合要求。
[0019]綜上，本發(fā)明中的聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠具有強(qiáng)度大、彈性好、韌性好、粘附性好、耐壓強(qiáng)度高、對(duì)氣體密封性好等特點(diǎn)，可以在油田專用的N80管中直接成膠使用，起到良好的壓井、密封作用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明用于強(qiáng)凝膠的測(cè)壓裝置結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0021]實(shí)施例1
一種壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠，由如下組分及含量組成:
基液:以制備形成的壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠總?cè)芤嘿|(zhì)量計(jì)，1%聚丙烯酰胺、8%結(jié)構(gòu)增強(qiáng)劑、8%抗脫水劑、0.2%抗氧化劑，余量為水；
交聯(lián)劑:以交聯(lián)劑相對(duì)于基液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，交聯(lián)劑占10%。
[0022]所述聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠的粘度大于100000 mPa s (1.5s—1，100°C )，耐壓強(qiáng)度達(dá)到 0.4-1.7MPa/10m。
[0023]本發(fā)明中，所述的聚丙烯酰胺為非離子、陽(yáng)離子、陰離子、兩性型聚丙烯酰胺中的一種或幾種按任意比例組成的混合物。
[0024]本發(fā)明中，所述聚丙烯酰胺的分子量為100萬(wàn)-1200萬(wàn)之間。
[0025]本發(fā)明中，所述的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)劑為碳酸鈣、四氧化三鐵、氧化鋁中的一種或幾種按任意比例組成的混合物。
[0026]本發(fā)明中，所述的抗脫水劑為羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素中的一種或幾種按任意比例組成的混合物。
[0027]本發(fā)明中，所述的抗氧化劑為亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉中的一種或幾種按任意比例組成的混合物。
[0028]本發(fā)明中，所述的交聯(lián)劑為酚醛樹脂、檸檬酸鋁中的一種或幾種按任意比例組成的混合物。
[0029]一種壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠的制備方法，包括:在轉(zhuǎn)速為350轉(zhuǎn)/min的攪拌速度下，在水中依次加入聚丙烯酰胺、抗氧化劑、抗脫水劑和結(jié)構(gòu)增強(qiáng)劑，充分溶解后，再加入交聯(lián)劑，在40°C下成膠。
[0030]本發(fā)明中，所述加入交聯(lián)劑后，交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間為48小時(shí)。
[0031]實(shí)施例2
本實(shí)施例與上述實(shí)施例基本相同，主要區(qū)別如下:
一種壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠，由如下組分及含量組成:
基液:以制備形成的壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠總?cè)芤嘿|(zhì)量計(jì)，6%聚丙烯酰胺、2%結(jié)構(gòu)增強(qiáng)劑、0.4%抗脫水劑、4%抗氧化劑，余量為水；
交聯(lián)劑:以交聯(lián)劑相對(duì)于基液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，交聯(lián)劑占0.2%。
[0032]一種壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠的制備方法，包括:在轉(zhuǎn)速為450轉(zhuǎn)/min的攪拌速度下，在水中依次加入聚丙烯酰胺、抗氧化劑、抗脫水劑和結(jié)構(gòu)增強(qiáng)劑，充分溶解后，再加入交聯(lián)劑，在120°C下成膠。
[0033]本發(fā)明中，所述加入交聯(lián)劑后，交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間為4小時(shí)。
[0034]實(shí)施例3
本實(shí)施例與上述實(shí)施例基本相同，主要區(qū)別如下:
一種壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠，由如下組分及含量組成:
基液:以制備形成的壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠總?cè)芤嘿|(zhì)量計(jì)，3%聚丙烯酰胺、4%結(jié)構(gòu)增強(qiáng)劑、4%抗脫水劑、2%抗氧化劑，余量為水；交聯(lián)劑:以交聯(lián)劑相對(duì)于基液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，交聯(lián)劑占6%。
[0035]一種壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠的制備方法，包括:在轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/min的攪拌速度下，在水中依次加入聚丙烯酰胺、抗氧化劑、抗脫水劑和結(jié)構(gòu)增強(qiáng)劑，充分溶解后，再加入交聯(lián)劑，在100°c下成膠。
[0036]本發(fā)明中，所述加入交聯(lián)劑后，交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間為5小時(shí)。
[0037]實(shí)施例4
實(shí)施例4~6中，所用水均為自來(lái)水，使用的攪拌器為RW28基本型頂置式機(jī)械攪拌器(德國(guó)IKA)。
[0038]且實(shí)施例4~6中，均利用油田通用的N80管加工的測(cè)壓裝置，如圖1所示，強(qiáng)凝膠的耐壓強(qiáng)度均由該裝置測(cè)試。測(cè)壓裝置包括氮?dú)馄?、緩沖罐、六通閥、凝膠容器、控溫系統(tǒng)、測(cè)溫儀、壓力傳感器和計(jì)算機(jī)。氮?dú)馄颗c緩沖罐之間的連接管線上設(shè)置有減壓閥，六通閥分別與壓力表、緩沖罐和凝膠容器連接，凝膠容器分別連接控溫系統(tǒng)和測(cè)溫儀，壓力傳感器連接到計(jì)算機(jī)。
[0039]本實(shí)施例中，制備8728g聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠(在實(shí)驗(yàn)用N80套管中的高度為70cm)，將95.15%即8305g自來(lái)水加到容器中，在攪拌器轉(zhuǎn)速約為400轉(zhuǎn)/min下，依次將1.2%聚丙烯酰胺、0.4%抗氧化劑、0.5%抗脫水劑、2.5%結(jié)構(gòu)增強(qiáng)劑加入到容器中。充分溶解后，再加入0.25%交聯(lián)劑，倒入Im的N80套管中于100°C成膠，測(cè)定其耐壓強(qiáng)度和密封性，耐壓強(qiáng)度達(dá)到 28kPa/70cm,相當(dāng)于 0.4MPa/10m。
[0040]表1實(shí)施例4的凝膠配方及耐壓強(qiáng)度
【權(quán)利要求】
1.一種壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠，其特征在于，由如下組分及含量組成: 基液:以制備形成的壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠總?cè)芤嘿|(zhì)量計(jì)，1-6%聚丙烯酰胺、2-8%結(jié)構(gòu)增強(qiáng)劑、0.4-8%抗脫水劑、0.2-4%抗氧化劑，余量為水； 交聯(lián)劑:以交聯(lián)劑相對(duì)于基液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，交聯(lián)劑占0.2-10%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠，其特征在于:所述聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠的粘度大于100000 mPa s (1.5s' 100°C )，耐壓強(qiáng)度達(dá)到0.4-1.7MPa/10m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠，其特征在于:所述的聚丙烯酰胺為非離子、陽(yáng)離子、陰離子、兩性型聚丙烯酰胺中的一種或幾種按任意比例組成的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠，其特征在于:所述聚丙烯酰胺的分子量在100萬(wàn)-1200萬(wàn)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠，其特征在于:所述的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)劑為碳酸鈣、四氧化三鐵、氧化鋁中的一種或幾種按任意比例組成的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠，其特征在于:所述的抗脫水劑為羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素中的一種或幾種按任意比例組成的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4或6所述的壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠，其特征在于:所述的交聯(lián)劑為酚醛樹脂、檸檬酸鋁中的一種或幾種按任意比例組成的混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠，其特征在于:所述的抗氧化劑為亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉中的一種或幾種按任意比例組成的混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠的制備方法，其特征在于:在轉(zhuǎn)速為350-450轉(zhuǎn)/min的攪拌速度下，在水中依次加入聚丙烯酰胺、抗氧化劑、抗脫水劑和結(jié)構(gòu)增強(qiáng)劑，充分溶解后，加入交聯(lián)劑，在40-120°C下成膠。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種壓井用聚丙烯酰胺強(qiáng)凝膠的制備方法，其特征在于:所述加入交聯(lián)劑后，交聯(lián)反應(yīng)時(shí)間為4-48小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C09K8/40GK103525385SQ201310444512
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】任雁鵬, 汪小宇, 李志航, 王玉功, 李勇, 林梅欽, 王所良, 唐冬珠, 汪成, 馬托, 王季鵬, 楊發(fā), 金娜, 李童 申請(qǐng)人:中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司, 中國(guó)石油大學(xué)(北京)