一种高强度高触变水平井环空化学封隔器材料及其制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种高强度高触变水平井环空化学封隔器材料，包括预糊化淀粉、丙烯酰胺、交联剂、引发剂、缓凝剂、水。所述预糊化淀粉为玉米淀粉、马铃薯淀粉或木薯淀粉。所述交联剂为有机钛交联剂、有机铬交联剂或有机铈交联剂。本发明提供的材料使用预糊化淀粉作为接枝丙烯酰胺的材料，预糊化淀粉加入体系中，材料会变成一种粘弹性固状物，结构本身会体现一定的触变性，然后通过加入交联剂，使生成一种可逆的网状分子结构，从而增强材料触变性。高强的触变性有利于材料更好地充满于水平环空中，避免了重力坍落等影响造成环空充填不完全。
【专利说明】
一种高强度高触变水平井环空化学封隔器材料及其制备工艺
技术领域
[0001]本发明涉及油田应用领域和井下施工技术领域，尤其是用于油气田水平井施工过程中使用的堵水材料的制备和使用方法。通过在水平井出水部位处的环空中形成高强度可膨胀的封隔段塞，从而方便后续注入堵水材料等施工作业。
【背景技术】
[0002]水平井具有泄油面积大、产量高、经济效益显著等优点，水平井技术作为油气田开发的一项重要技术被应用于各大油气产区。但水平井出水问题也日益凸显，尤其当以割缝筛管方式完井的水平井见水后，采出液中的含油量快速降低，从而对油井产量产生重要影响。90年代中期，国外针对解决这类问题率先提出了环空化学封隔器技术(AnnularChemical Packer，ACP)。
[0003]针对采用管外无封隔的割缝筛管方式完井的水平井，地层流体渗流到井筒中开始流动，并会依次经过割缝筛管与井壁间的水平环空通道和割缝筛管内部通道，对于较为规则的割缝筛管内部通道，通常使用管内机械封隔器或跨式封隔器等来解决封堵问题，而前者难以借助机械封堵方式来封堵。故利用环空化学封隔器技术，借助具有特殊性能的材料在水平环空中进行聚合胶黏，形成环空封隔段塞，从而为堵剂的定向注入提供必要的条件。
[0004]环空化学封隔器技术是配合堵剂的定向注入，因此所用材料需具有高强度、高触变、良好的栗入性、胶凝时间可控、高降解等优点。高强度是指形成高强度的封隔段塞，防止材料发生破裂、滑移等情况。高触变是指ACP材料具有很好恢复原来形状的弹性能力，可避免发生“重力坍落”和“回吐”等情况，保持材料在地层环空中的充满状态。良好的栗入性是指ACP材料具有良好的剪切稀释特性，保证材料能够成功到达封堵部位。胶凝时间可控是指材料中丙烯酰胺与淀粉发生聚合反应的时间可以进行人为控制，避免ACP材料在到达封堵部位前开始胶凝，或在封堵部位的环空中发生“坍落”后开始胶凝。高降解是指ACP材料在堵剂注入后可自身发生结构分解，从而可通过返排循环到地面。
[0005]目前用于环空化学封隔器研究的材料主要有铝镁混层金属氢氧化物/钠质黏土矿物体系(MMH/MT)、聚合物凝胶类、水泥基类等，还有一些仅报道了 ACP材料的性能但并未提供明确的化学组成。常规聚合物凝胶类材料由于本身强度低，易在环空中造成“重力坍落”和“回吐”，水泥基类材料由于自身密度大，重力作用强，容易造成环空充填不完全。中国专利公告号CN101899291B提供了一种高触变、胶凝可控的铝镁混层金属氢氧化物/钠质黏土矿物体系材料，该体系适用于不同温度、矿化度的油藏条件，工艺安全，制备的ACP材料触变结构强度为0.3?1.0kPa左右，剪切后静止5?30秒即可迅速恢复触变结构强度，I?6小时内受控胶凝，但是触变性还是不能很好地满足现场封堵要求。中国专利公告号CN102911649B提供了一种高强度自降解封隔材料的制备方法，该体系材料是通过在常规凝胶材料中加入甘露聚糖酶，从而实现材料在96小时后自行完全降解，但未考虑材料的触变特性。
【发明内容】
[0006]本发明在总结了目前ACP材料优缺点的基础上，提供了一种高强度高触变水平井环空化学封隔器材料，该材料使用预糊化淀粉作为接枝丙烯酰胺的材料，预糊化淀粉加入体系中，材料会变成一种粘弹性固状物，结构本身会体现一定的触变性，然后通过加入交联剂，使生成一种可逆的网状分子结构，从而增强材料触变性。高强的触变性有利于材料更好地充满于水平环空中，避免了重力坍落等影响造成环空充填不完全。
[0007]实现本发明上述目的所采用的技术方案为:
[0008]—种高强度高触变水平井环空化学封隔器材料，包括以下组分，各组分以及各组分的质量份数分别为:预糊化淀粉5?25份，丙烯酰胺10?30份，交联剂0.05?0.5份，引发剂0.1?0.5份，缓凝剂0.5?5份，水50?100份。
[0009]所述预糊化淀粉为玉米淀粉、马铃薯淀粉或木薯淀粉。
[0010]所述交联剂为有机钛交联剂、有机铬交联剂或有机铈交联剂。
[0011 ]所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。
[0012]本发明同时还提供了上述高强度高触变水平井环空化学封隔器材料的制备工艺，包括以下步骤:(I)、按比例称取预糊化淀粉、丙烯酰胺、交联剂、引发剂、缓凝剂和水，将丙烯酰胺溶于水中，然后再加入预糊化淀粉，充分搅拌均匀；
[0013](2)、依次加入交联剂、引发剂和缓凝剂并充分搅拌均匀；
[0014](3)、将上步骤中制得的混合物放入恒温箱中，在40?70°C条件下反应I?6小时，即制得高强度高触变水平井环空化学封隔器材料。
[0015]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0016]1、本发明所提供的ACP材料使用预糊化淀粉作为接枝丙烯酰胺的材料，预糊化淀粉加入体系中，材料会变成一种粘弹性固状物，结构本身会体现一定的触变性，然后通过加入交联剂，使生成一种可逆的网状分子结构，从而增强材料触变性。高强的触变性有利于材料更好地充满于水平环空中，避免了重力坍落等影响造成环空充填不完全。此外，由于预糊化淀粉使用前无需加热，用冷水配制即可，极大的方便了现场施工，同时避免了糊化过程中单体提前发生聚合的现象，有利于配方的稳定性。本申请中所制备的材料突破了常规凝胶材料触变性能不好的局限，上述ACP材料在剪切后静止O?1秒内即可恢复材料触变结构。作为对比，通过流动性实验研究了不同交联剂加量对触变性好坏的影响，实验是将不同组配制材料分别倒入相同规定尺寸的圆筒中，圆筒放置在水平玻璃板上，将圆筒提起后测量材料铺展到一定直径所需的时间。通过实验结果发现，随着交联剂加量的增加，前两组时间依次为48s、64s，第三组为保持圆柱形状。
[0017]2、本发明所提供的ACP材料强度高，胶凝前材料的持压强度最高达到2467Pa;胶凝后材料的封堵强度最高达到82320Pa。
[0018]3、本发明所提供的ACP材料的胶凝时间可以根据缓凝剂加量的变化来调整，变化范围为I?6小时，同时所有的材料都是在实验室温度下配制，有效地保证了现场施工的安全性和可行性。
[0019]4、本发明所提供的ACP材料具有良好的剪切稀释行，在一定剪切速率下，触变结构会受到破坏，然后持压强度会迅速下降，反映了该材料具有良好的栗入性。
【附图说明】
[0020]图1为本发明提供的材料胶凝前在一定剪切速率下的持压强度；
[0021]图2为本发明提供的材料胶凝后在一定剪切速率下的封堵强度。
【具体实施方式】
[0022]下面结合具体实施例对本发明做详细具体的说明，但是本发明的保护范围并不局限于以下实施例。以下实施例中预糊化淀粉为玉米淀粉、马铃薯淀粉或木薯淀粉;交联剂为有机钛交联剂、有机铬交联剂或有机铈交联剂；引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。
[0023]实施例1
[0024]本实施例中提供的ACP材料制备方法如下:取30g丙烯酰胺溶于78g水中，再向其中加入1g预糊化淀粉，高速搅拌均匀后，加入0.08g交联剂搅拌均匀，加入0.17g引发剂搅拌均匀，加入2.5g缓凝剂搅拌均匀，将得到的混合物放入60°C恒温箱中反应2小时。
[0025]该ACP材料的胶凝时间为130min左右，胶凝前材料持压强度可达到178.6Pa，如图1所示，剪切静止后4s左右可恢复材料的触变结构，胶凝后材料封堵强度可达到82320Pa，如图2所示。
[0026]实施例2
[0027]本实施例中提供的ACP材料制备方法如下:取20g丙烯酰胺溶于83g水中，再向其中加入15g预糊化淀粉，高速搅拌均匀后，加入0.17g交联剂搅拌均匀，加入0.25g引发剂搅拌均匀，加入1.7g缓凝剂搅拌均匀，将得到的混合物放入48°C恒温箱中反应5.5小时。
[0028]该ACP材料的胶凝时间为10min左右，胶凝前材料持压强度可达到1320Pa，如图1所示，剪切静止后Is左右可恢复材料的触变结构，胶凝后材料封堵强度可达到45710Pa，如图2所示。
[0029]实施例3
[0030]本实施例中提供的ACP材料制备方法如下:取15g丙烯酰胺溶于82g水中，再向其中加入22g预糊化淀粉，高速搅拌均匀后，加入0.42g交联剂搅拌均匀，加入0.33g引发剂搅拌均匀，加入0.83g缓凝剂搅拌均匀，将得到的混合物放入66°C恒温箱中反应3小时。
[0031 ]该ACP材料的胶凝时间为60min左右，胶凝前材料持压强度可达到2467Pa，如图1所示，剪切静止后一直保持原形状，没有流动性表现，胶凝后材料封堵强度可达到29960Pa，如图2所示。
【主权项】
1.一种高强度高触变水平井环空化学封隔器材料，其特征在于包括以下组分，各组分以及各组分的质量份数分别为:预糊化淀粉5?25份，丙烯酰胺10?30份，交联剂0.05?0.5份，引发剂0.1?0.5份，缓凝剂0.5?5份，水50?100份。2.根据权利要求1所述的高强度高触变水平井环空化学封隔器材料，其特征在于:所述预糊化淀粉为玉米淀粉、马铃薯淀粉或木薯淀粉。3.根据权利要求1所述的高强度高触变水平井环空化学封隔器材料，其特征在于:所述交联剂为有机钛交联剂、有机铬交联剂或有机铈交联剂。4.根据权利要求1所述的高强度高触变水平井环空化学封隔器材料，其特征在于:所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。5.权利要求1所述高强度高触变水平井环空化学封隔器材料的制备工艺，其特征在于包括以下步骤:(I)、按比例称取预糊化淀粉、丙烯酰胺、交联剂、引发剂、缓凝剂和水，将丙烯酰胺溶于水中，然后再加入预糊化淀粉，充分搅拌均匀； (2)、依次加入交联剂、引发剂和缓凝剂并充分搅拌均匀； (3)、将上步骤中制得的混合物放入恒温箱中，在40?70°C条件下反应I?6小时，即制得高强度高触变水平井环空化学封隔器材料。
【文档编号】C09K8/512GK105885811SQ201610288395
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】柳建新, 章震, 赵众从
【申请人】长江大学