压井用聚丙烯酰胺强凝胶及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种压井用聚丙烯酰胺强凝胶及其制备方法，压井用聚丙烯酰胺强凝胶由如下组分及含量组成：基液：以制备形成的压井用聚丙烯酰胺强凝胶总溶液质量计，1-6%聚丙烯酰胺、2-8%结构增强剂、0.4-8%抗脱水剂、0.2-4%抗氧化剂，余量为水；交联剂：以交联剂相对于基液的质量分数计，交联剂占0.2-10%。本发明制备的聚丙烯酰胺强凝胶具有强度大、弹性好、韧性好、粘附性好、耐压强度高、对气体密封性好等特点，可以在油田专用的N80管中直接成胶使用，能够与套管粘结，有效的防止气体溢出井筒，起到良好的压井、密封作用。
【专利说明】压井用聚丙烯酰胺强凝胶及其制备方法
【技术领域】
[0001]发明涉及一种压井用聚丙烯酰胺强凝胶及其制备方法，该凝胶可用作油田修井及欠平衡钻井过程中的压井材料。
【背景技术】
[0002]油气田开发过程需要钻井、完井、修井作业，常规的压井液易漏失，对地层伤害大。为了解决现场实际问题，近几年石油工作者对低伤害和防漏性压井液、凝胶堵漏技术、不压井作业、欠平衡钻完井等技术进行了研究，上述技术各有优、缺点，其中不压井起下钻装置存在使用前需要大量时间安装设备，使用过程中需要大量时间起下钻的缺点。而在欠平衡作业中起到保护地层的套管阀，由于其价格昂贵和遇到井斜时可能被钻具损坏而限制了其应用的范围和程度。
[0003]现有技术中，聚合物凝胶用于堵漏已经很常见，目前应用的主要有两种。一种是在线交联聚合物凝胶，这种凝胶是在地层温度下由堵漏材料受热在漏层中成胶；另一种是可吸水膨胀交联聚合物凝胶，该材料主要为高吸水树脂。但是直接形成的交联聚合物凝胶强度较低，在地层中的耐压耐温能力有限，如中国专利号“200710175977.7”公开了一种井下冻胶阀制备方法及其施工方法，
【公开日】为2008年03月05日，基液、交联液和破胶液的体积比为:40-60%: 20-35%: 20-35%。其中:基液、交联液和破胶液的原材料组分含量为:Α.基液:胍胶0.5-2.5% ;片碱0.1-2% ;甲醛0.2-0.6% ;其余为水。B.交联液:硼砂
0.02-0.05% ;其余为水。C.破胶液:双氧水0.001%-0.005% ;其余为水。
[0004]此冻胶阀为一种强凝胶体系，能将压井液与储层有效隔离，防止压井液侵入地层，同时对套管起到密封作用，防止 地层中的硫化氢等气体泄露。但该方法制备的聚合物凝胶强度无法满足更高的地层压力和温度的要求，且该凝胶的制备成本较高。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术中存在的压井聚合物凝胶成本高、耐压强度有限、抗温性能差的问题，提供一种压井用聚丙烯酰胺强凝胶及其制备方法。本发明制备的强凝胶具有良好的弹性和粘附性，既具有一定的强度，又能够与套管粘结从而对套管起到良好的密封作用，有效的防止气体溢出井筒。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
一种压井用聚丙烯酰胺强凝胶，其特征在于，由如下组分及含量组成:
基液:以制备形成的压井用聚丙烯酰胺强凝胶总溶液质量计，1-6%聚丙烯酰胺、2-8%结构增强剂、0.4-8%抗脱水剂、0.2-4%抗氧化剂，余量为水；
交联剂:以交联剂相对于基液的质量分数计，交联剂占0.2-10%。
[0007]所述聚丙烯酰胺强凝胶的粘度大于100000 mPa s (1.5s—1，100°C )，耐压强度达到 0.4-1.7MPa/10m。
[0008]所述的聚丙烯酰胺为非离子、阳离子、阴离子、两性型聚丙烯酰胺中的一种或几种按任意比例组成的混合物。
[0009]所述聚丙烯酰胺的分子量在100万-1200万之间。
[0010]所述的结构增强剂为碳酸钙、四氧化三铁、氧化铝中的一种或几种按任意比例组成的混合物。[0011]所述的抗脱水剂为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素中的一种或几种按任意比例组成的混合物。
[0012]所述的抗氧化剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠中的一种或几种按任意比例组成的混合物。
[0013]所述的交联剂为酚醛树脂、柠檬酸铝中的一种或几种按任意比例组成的混合物。
[0014]一种压井用聚丙烯酰胺强凝胶的制备方法，其特征在于:在转速为350— 450转/min的搅拌速度下，在水中依次加入聚丙烯酰胺、抗氧化剂、抗脱水剂和结构增强剂，充分溶解后，再加入交联剂，在40-120°C下成胶。
[0015]所述加入交联剂后，交联反应时间为4-48小时。
[0016]采用本发明的优点在于:
一、本发明由如下组分及含量组成，基液:以制备形成的压井用聚丙烯酰胺强凝胶总溶液质量计，1-6%聚丙烯酰胺、2-8%结构增强剂、0.4-8%抗脱水剂、0.2-4%抗氧化剂，余量为水；交联剂:以交联剂相对于基液的质量分数计，交联剂占0.2-10% ;此组分及含量依据凝胶交联反应机理，并结合聚合物凝胶的性能特点，将聚合物材料和添加剂优选两方面综合，制备的低成本强凝胶能够在40-120°C油气井中应用，该强凝胶具有良好的弹性和粘附性，既具有一定的强度，又能够与套管粘结从而对套管起到良好的密封作用，有效的防止气体溢出井筒，起到良好的压井、密封作用；在现场施工时，可以在储层的上部形成一段强度很高的凝胶段塞，从而实现安全钻井、完井、压井作业；同时能够将压井液与储层隔离，有效的防止上部压井液进入储层并阻止储层中的气体逸出井筒。
[0017]二、本发明中的强凝胶具有很好的耐压强度、韧性和对气体的密封性，该强凝胶粘度大于100000 mPa s (1.5s4，100°C )，耐压强度可以达到0.4MPa_l.7MPa/10m，且具有很高的弹性模量和粘性模量，弹性远大于其粘性，不容易拉伸断裂；形成强凝胶后能够起到压井和防止地层气体逸出的作用。
[0018]三、本发明的制备方法中:在转速为350— 450转/min的搅拌速度下，在水中依次加入聚丙烯酰胺、抗氧化剂、抗脱水剂和结构增强剂，充分溶解后，再加入交联剂，在40-120°C下，交联反应4-48小时成胶，前述涉及到的技术参数如果过高或过低，不仅会影响溶解速度、交联反应程度和成胶时间，还会影响形成的强凝胶的粘度和耐压强度，且所涉及到的技术参数以及加入组分的顺序相互关联，任意一个技术参数或加入组分顺序的改变，都会导致强凝胶的粘度和耐压强度不符合要求。
[0019]综上，本发明中的聚丙烯酰胺强凝胶具有强度大、弹性好、韧性好、粘附性好、耐压强度高、对气体密封性好等特点，可以在油田专用的N80管中直接成胶使用，起到良好的压井、密封作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明用于强凝胶的测压装置结构示意图。【具体实施方式】
[0021]实施例1
一种压井用聚丙烯酰胺强凝胶，由如下组分及含量组成:
基液:以制备形成的压井用聚丙烯酰胺强凝胶总溶液质量计，1%聚丙烯酰胺、8%结构增强剂、8%抗脱水剂、0.2%抗氧化剂，余量为水；
交联剂:以交联剂相对于基液的质量分数计，交联剂占10%。
[0022]所述聚丙烯酰胺强凝胶的粘度大于100000 mPa s (1.5s—1，100°C )，耐压强度达到 0.4-1.7MPa/10m。
[0023]本发明中，所述的聚丙烯酰胺为非离子、阳离子、阴离子、两性型聚丙烯酰胺中的一种或几种按任意比例组成的混合物。
[0024]本发明中，所述聚丙烯酰胺的分子量为100万-1200万之间。
[0025]本发明中，所述的结构增强剂为碳酸钙、四氧化三铁、氧化铝中的一种或几种按任意比例组成的混合物。
[0026]本发明中，所述的抗脱水剂为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素中的一种或几种按任意比例组成的混合物。
[0027]本发明中，所述的抗氧化剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠中的一种或几种按任意比例组成的混合物。
[0028]本发明中，所述的交联剂为酚醛树脂、柠檬酸铝中的一种或几种按任意比例组成的混合物。
[0029]一种压井用聚丙烯酰胺强凝胶的制备方法，包括:在转速为350转/min的搅拌速度下，在水中依次加入聚丙烯酰胺、抗氧化剂、抗脱水剂和结构增强剂，充分溶解后，再加入交联剂，在40°C下成胶。
[0030]本发明中，所述加入交联剂后，交联反应时间为48小时。
[0031]实施例2
本实施例与上述实施例基本相同，主要区别如下:
一种压井用聚丙烯酰胺强凝胶，由如下组分及含量组成:
基液:以制备形成的压井用聚丙烯酰胺强凝胶总溶液质量计，6%聚丙烯酰胺、2%结构增强剂、0.4%抗脱水剂、4%抗氧化剂，余量为水；
交联剂:以交联剂相对于基液的质量分数计，交联剂占0.2%。
[0032]一种压井用聚丙烯酰胺强凝胶的制备方法，包括:在转速为450转/min的搅拌速度下，在水中依次加入聚丙烯酰胺、抗氧化剂、抗脱水剂和结构增强剂，充分溶解后，再加入交联剂，在120°C下成胶。
[0033]本发明中，所述加入交联剂后，交联反应时间为4小时。
[0034]实施例3
本实施例与上述实施例基本相同，主要区别如下:
一种压井用聚丙烯酰胺强凝胶，由如下组分及含量组成:
基液:以制备形成的压井用聚丙烯酰胺强凝胶总溶液质量计，3%聚丙烯酰胺、4%结构增强剂、4%抗脱水剂、2%抗氧化剂，余量为水；交联剂:以交联剂相对于基液的质量分数计，交联剂占6%。
[0035]一种压井用聚丙烯酰胺强凝胶的制备方法，包括:在转速为400转/min的搅拌速度下，在水中依次加入聚丙烯酰胺、抗氧化剂、抗脱水剂和结构增强剂，充分溶解后，再加入交联剂，在100°c下成胶。
[0036]本发明中，所述加入交联剂后，交联反应时间为5小时。
[0037]实施例4
实施例4~6中，所用水均为自来水，使用的搅拌器为RW28基本型顶置式机械搅拌器(德国IKA)。
[0038]且实施例4~6中，均利用油田通用的N80管加工的测压装置，如图1所示，强凝胶的耐压强度均由该装置测试。测压装置包括氮气瓶、缓冲罐、六通阀、凝胶容器、控温系统、测温仪、压力传感器和计算机。氮气瓶与缓冲罐之间的连接管线上设置有减压阀，六通阀分别与压力表、缓冲罐和凝胶容器连接，凝胶容器分别连接控温系统和测温仪，压力传感器连接到计算机。
[0039]本实施例中，制备8728g聚丙烯酰胺强凝胶(在实验用N80套管中的高度为70cm)，将95.15%即8305g自来水加到容器中，在搅拌器转速约为400转/min下，依次将1.2%聚丙烯酰胺、0.4%抗氧化剂、0.5%抗脱水剂、2.5%结构增强剂加入到容器中。充分溶解后，再加入0.25%交联剂，倒入Im的N80套管中于100°C成胶，测定其耐压强度和密封性，耐压强度达到 28kPa/70cm,相当于 0.4MPa/10m。
[0040]表1实施例4的凝胶配方及耐压强度
【权利要求】
1.一种压井用聚丙烯酰胺强凝胶，其特征在于，由如下组分及含量组成: 基液:以制备形成的压井用聚丙烯酰胺强凝胶总溶液质量计，1-6%聚丙烯酰胺、2-8%结构增强剂、0.4-8%抗脱水剂、0.2-4%抗氧化剂，余量为水； 交联剂:以交联剂相对于基液的质量分数计，交联剂占0.2-10%。
2.根据权利要求1所述的压井用聚丙烯酰胺强凝胶，其特征在于:所述聚丙烯酰胺强凝胶的粘度大于100000 mPa s (1.5s' 100°C )，耐压强度达到0.4-1.7MPa/10m。
3.根据权利要求1或2所述的压井用聚丙烯酰胺强凝胶，其特征在于:所述的聚丙烯酰胺为非离子、阳离子、阴离子、两性型聚丙烯酰胺中的一种或几种按任意比例组成的混合物。
4.根据权利要求3所述的压井用聚丙烯酰胺强凝胶，其特征在于:所述聚丙烯酰胺的分子量在100万-1200万之间。
5.根据权利要求1、2或4所述的压井用聚丙烯酰胺强凝胶，其特征在于:所述的结构增强剂为碳酸钙、四氧化三铁、氧化铝中的一种或几种按任意比例组成的混合物。
6.根据权利要求5所述的压井用聚丙烯酰胺强凝胶，其特征在于:所述的抗脱水剂为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素中的一种或几种按任意比例组成的混合物。
7.根据权利要求1、2、4或6所述的压井用聚丙烯酰胺强凝胶，其特征在于:所述的交联剂为酚醛树脂、柠檬酸铝中的一种或几种按任意比例组成的混合物。
8.根据权利要求7所述的压井用聚丙烯酰胺强凝胶，其特征在于:所述的抗氧化剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠中的一种或几种按任意比例组成的混合物。
9.根据权利要求1所述的一种压井用聚丙烯酰胺强凝胶的制备方法，其特征在于:在转速为350-450转/min的搅拌速度下，在水中依次加入聚丙烯酰胺、抗氧化剂、抗脱水剂和结构增强剂，充分溶解后，加入交联剂，在40-120°C下成胶。
10.根据权利要求9所述的一种压井用聚丙烯酰胺强凝胶的制备方法，其特征在于:所述加入交联剂后，交联反应时间为4-48小时。
【文档编号】C09K8/40GK103525385SQ201310444512
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】任雁鹏, 汪小宇, 李志航, 王玉功, 李勇, 林梅钦, 王所良, 唐冬珠, 汪成, 马托, 王季鹏, 杨发, 金娜, 李童 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司, 中国石油大学(北京)