专利名称：一种水平井堵水用环空化学封隔器材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于水平井堵水的材料，可在割缝筛管与井壁间的水平环空形成 高强度不渗透的化学封隔段塞，起到环空化学封隔器(Annular Cement Packer)的作用。
背景技术：
水平井已成为石油工业开发过程中加快产能建设速度、提高采油效率、增加可采 储量的重要技术手段，但出水问题严重影响了其整体开发效果，如塔里木油田目前13.6% 左右的水平井因高含水关井，冀东油田投产水平井综合含水已高达95%以上。吉林、辽河、 大港也不同程度存在该问题。但由于水平井特殊的井身结构及完井方式，水平井堵水技术 的研究成为函待解决的难题。国内水平井多采用管外无封隔的割缝筛管方式完井，该条件下，流体在井筒中的 流动通道有两种割缝筛管内部、割缝筛管与井壁间的水平环空。堵剂要定向注入产水段 (或裂缝)必须封堵这两个流动通道。前者可以借助管内封隔器或跨式封隔器，而割缝衬管 与井壁间环空的封堵则无法借助机械方式，需借助特殊材料来完成，这就是所谓的环空化 学封隔器(ACP)材料。该材料需满足以下要求(1)可顺利由地面经施工管柱泵入跨式封隔器的位置，并由环空进入到割缝筛管 与井壁间的水平环空；(2)进入水平环空后的瞬间，该体系需能避免“重力坍落”及“回吐”，以完全填充 整个环空，形成具有一定结构强度的完整的ACP段塞；(3)填充在水平环空的完整ACP段塞，需能在所处的油藏条件下发生胶凝作用，形 成不渗透的高强度化学封隔层。为满足要求(1)，材料需要具有剪切变稀的非牛顿流体特性，这样才能适应矿场工 艺需要，在高剪切下可以流动，具有可泵注性；为满足要求(2)，材料同时又必须具有低剪 切状态下瞬间能形成网状结构的特性即触变性，以最大程度避免“重力坍落”及“回吐”。结 构恢复时间越快，触变结构强度越高，对水平环空的充填越充分，形成的环空化学封隔器段 塞的质量也就越好。因此，材料必须具有高的触变特性；为满足要求(3)，材料的胶凝时间 必须可控，胶凝时间应该大于材料由底面进入水平环空、施工管柱上提并反洗结束所需要 的总时间，从而保证工艺安全。目前国外主要局限于常规凝胶材料、触变水泥，国内无相关研究。有机凝胶材料本 身无强的触变特性，对“重力坍落”、“返吐”等不利现象避免即材料自支撑能力的提高主要 依靠降低材料与环空内液体的密度差、或/及通过有机材料在地面预交联，从而提高体系 的体相粘度来实现。依靠外界因素提高材料自支撑能力，容易因地下因素复杂等原因，导致 工艺可控性差，预交联作用则容易受到高剪切的影响；无机触变水泥的开发中强调了触变 的概念。但触变水泥材料本身重力作用强，结构恢复速度在几百秒左右，且存在一定的工艺 风险，在触变性、工艺安全性上仍无法满足要求，国外室内模拟以填充90%的环空即为工艺成功。因此，需要开发结构恢复时间在十几秒甚至几秒内的胶凝材料，使其在进入环空 后，体相粘度瞬间迅速升高，从而保证填充效果。
发明内容
本发明的目的在于合成制备一种具有高触变特性、胶凝可控且工艺安全的非牛顿 体系。该体系适用于不同温度的油藏条件，不受矿化度限制，对于温度40 90°C的油藏 条件，可实现直接封堵出水段或辅助后续地层堵剂的注入；对于> 90°C的高温油藏，可作 为临时环空封隔器使用，辅助后续地层堵剂的注入的用于水平井堵水用环空化学封隔器材 料。本发明以强度控制剂、触变控制剂为主要组份，配合结构增强剂合成制备了一种 新的具有高触变特性，且可受控胶凝的非牛顿体系。发明以体系的触变结构恢复速度、触变结构强度、胶凝强度、胶凝时间为主要指 标，公开了使体系具有高触变能力且具有可控胶凝特性的ACP材料的合成配制方法。按重量份由下列成份组成(1)触变控制剂10 30份；(2)结构增强剂0. 1 10份(3)强度控制剂5 20份；(4)交联剂助剂0. 01 1份;(5)7jC:100 份；所说的触变控制剂为铝-铁混层金属氢氧化物、铝-镁混层金属氢氧化物、钠质蒙 脱土中的一种或几种。所说的结构增强剂为二溴代-二(二甲基十二烷基)乙二铵、二溴代-二(二甲 基十二烷基)乙二铵、酰胺型双子季铵盐表面活性剂中的一种或几种。所说的强度控制剂为聚丙烯酰胺、丙烯酰胺、间苯酚、聚氧乙烯醚中含双键、亚甲 基或苯基官能团中的一种或几种的聚合物。所说的交联助剂由N-羟甲基丙烯酰胺和叔丁基过氧化物按照1 (0. 1 5)重 量比组成。其制备方法如下 (1)触变控制剂、结构增强剂加入水中，常温下搅拌溶解、，静止放置反应12小时， 合成触变控制组分；(2)强度控制剂、交联助剂加入合成的触变控制组分中，搅拌均勻，即形成ACP材 料。以上方法制备的ACP材料，具备了剪切变稀，静止后瞬间体相粘度迅速升高，即结 构迅速增强的特性，提供了整个ACP材料的“骨架”，为强度控制剂在整个水平环空的存在 提供了“平台”;分布于其中的ACP材料在油藏温度下，发生胶凝作用，进而提高整个“骨架” 的强度，形成高强的胶凝段塞，实现环空化学封隔器的作用，封堵水层或者辅助后续地层堵 剂的注入。ACP材料的幂律指数为0. 14 0. 30，最终触变结构强度为0. 3 1. OKpa左右，剪切后静止5 30秒时触变结构强度即可迅速恢复；此外，材料可1 6小时内受控胶凝，由 具有一定结构强度的触变体成为高强的粘弹固体，强度提高100 1000倍左右。仿真水平 井筒(Im)模拟实验证实，ACP材料进入水平环空后，避免了常规材料的“重力坍落”现象，可 完整填充环空。(1)触变性质测定ACP材料的粘度 剪切速率，研究材料网络结构的破坏情况；然后静止，利用 动态法测定弹性模量 恢复时间关系，研究网络结构在被破坏后的重新恢复情况。作为对比，实验同时分别研究了常规触变材料即铝镁混层金属氢氧化物体系 (MMH)、三乙醇胺钛/羧甲基改性纤维素体系(Ti/HEC)的触变行为。如图1、图2。从三种材料的幂律指数看，ACP材料远远低于Ti/HEC及MMH，具有良好的注入特 性；从材料结构恢复速度看，ACP材料在剪切停止后，受破坏的结构更易于恢复；从触变恢 复后的结构强度看，ACP材料远远高于其它两个体系，如剪切后20s时，MMH, Ti/HEC的弹性 模量分别为37. 43、17. 76Pa,而ACP材料的相应值则高达207. 3Pa。(2)可控胶凝特性配制含不同浓度交联助剂的ACP材料，一定温度下放置。依交联助剂浓度的变 化，ACP材料可在1 6小时内胶凝，由触变流体成为高强粘弹固体，胶凝强度可大幅上升 100 1000倍左右。
图IACP材料的》 η关系以及剪切时的状态图2ACP材料的材料的G’ t关系以及静止恢复瞬间的状态图3工艺模型示意图
具体实施例方式实施例1按重量份，将铝-铁混层金属氢氧化物30份、二溴代-二(二甲基十二烷基)乙 二铵10份加入100份水中，常温下搅拌溶解、，静止放置反应12小时，合成触变控制组分； 然后，将聚丙烯酰胺20份、N-羟甲基丙烯酰胺和叔丁基过氧化物按照1 0. 1 5重量配 比0. 5份加入合成的触变控制组分中，搅拌均勻，形成ACP材料。该ACP材料的幂律指数为0. 14，最终触变结构强度为0. 83Kpa,剪切后静止5秒左 右触变结构强度即可迅速恢复；并可在6小时左右由具有一定结构强度的触变体成为高强 的粘弹固体，强度达到790. OKPa0依据实际井筒尺寸制备1米长的工艺模型(图3)。将合成制备的ACP材料染色后 注入水平环空，观察其是否可以完全占据水平空间，有效防止重力坍落现象。工艺模拟实验显示，ACP材料具有良好的注入性，进入环空后，可最终形成完整的 ACP段塞，占据整个环空，未出现“重力坍落”现象，体现出了材料的高触变特性。模型条件 下，所形成的ACP胶凝段塞轴向持压强度大于0. 8MPa/m。其性能充分满足工艺需要。实施例2按重量份，将铝-镁混层金属氢氧化物10份、二溴代-二(二甲基十二烷基)乙量配比 0. 1份加入合成的触变控制组分中，搅拌均勻，形成ACP材料。该ACP材料的幂律指数为0. 20，最终触变结构强度为0. 58Kpa，剪切后18秒左右 触变结构强度即可迅速恢复；4. 5小时内由具有一定结构强度的触变体成为高强的粘弹固 体，强度达到207. 4KPa。依据实际井筒尺寸制备1米长的工艺模型(图3)。将合成制备的ACP材料染色后 注入水平环空，观察其触变以及胶凝特性。工艺模拟实验显示，ACP材料具有良好的注入性，进入环空后，可形成完整的ACP 段塞，占据整个环空，未出现“重力坍落”现象。模型条件下，所形成的ACP胶凝段塞轴向持 压强度大于0. 56MPa/m。其性能满足工艺需要。实施例3按重量份，将钠质蒙脱土 20份、酰胺型双子季铵盐5份加入100份水中，常温下搅 拌溶解、，静止放置反应12小时，合成触变控制组分；然后，将丙烯酰胺15份、N-羟甲基丙 烯酰胺和叔丁基过氧化物按照1 0.1 5重量配比1份加入合成的触变控制组分中，搅 拌均勻，形成ACP材料。该ACP材料的幂律指数为0. 30，最终触变结构强度为0. 32Kpa，剪切后30秒左右 触变结构强度即可迅速恢复，1小时内继续由具有一定结构强度的触变体成为高强的粘弹 固体，强度达到30. 7KPa。依据实际井筒尺寸制备1米长的工艺模型(图3)。将合成制备的ACP材料染色后 注入水平环空，观察其触变以及胶凝特性。工艺模拟实验证实，ACP材料具有良好的注入性，进入环空后，可形成完整的ACP 段塞，占据整个环空，未出现明显的“重力坍落”现象。模型条件下，所形成的ACP胶凝段塞 轴向持压强度大于0. 38MPa/m，其性能可基本满足工艺需要。
权利要求
一种水平井堵水环空化学封隔器材料，其特征在于按重量份由下列成份组成(1)触变控制剂10～30份(2)结构增强剂0.1～10份(3)强度控制剂5～20份(4)交联剂助剂0.01～1份(5)水100份所说的触变控制剂为铝 铁混层金属氢氧化物、铝 镁混层金属氢氧化物、钠质蒙脱土中的一种或几种；所说的结构增强剂为二溴代 二(二甲基十二烷基)乙二铵、二溴代 二(二甲基十二烷基)乙二铵、酰胺型双子季铵盐表面活性剂中的一种或几种；所说的强度控制剂为聚丙烯酰胺、间苯酚或聚氧乙烯醚中含双键、亚甲基或苯基官能团中的一种或几种的聚合物；所说的交联助剂由N 羟甲基丙烯酰胺和叔丁基过氧化物按照1∶0.1～5的质量比例组成。其合成制备方法如下(1)触变控制剂、结构增强剂加入水中，常温下搅拌溶解反应后，静止放置12小时，合成触变控制组分；(2)强度控制剂、交联助剂加入合成的触变控制组分中，搅拌均匀。
全文摘要
本发明涉及一种水平井堵水环空化学封隔器材料，按重量份由触变控制剂10～30份；结构增强剂0.1～10份；强度控制剂5～20份；交联剂助剂0.01～1份；水100份；触变控制剂为铝-铁混层金属氢氧化物、铝-镁混层金属氢氧化物、钠质蒙脱土中的一种或几种；结构增强剂为二溴代-二(二甲基十二烷基)乙二铵、二溴代-二(二甲基十二烷基)乙二铵、酰胺型双子季铵盐表面活性剂中的一种或几种；强度控制剂为聚丙烯酰胺、间苯酚或聚氧乙烯醚中含双键、亚甲基或苯基官能团中的一种或几种的聚合物；交联助剂由N-羟甲基丙烯酰胺和叔丁基过氧化物按照1∶0.1～5的质量比组成；可在1～6小时内胶凝，胶凝强度上升100～1000倍。
文档编号C09K8/42GK101899291SQ200910085750
公开日2010年12月1日 申请日期2009年5月27日 优先权日2009年5月27日
发明者刘玉章, 李宜坤, 熊春明, 魏发林 申请人:中国石油天然气股份有限公司