淺井高分子聚合凍膠堵漏劑及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種淺井高分子聚合凍膠堵漏劑，本發(fā)明還涉及一種淺井高分子聚合 凍膠堵漏劑的制備方法，屬于石油鉆井技術領域。
【背景技術】
[0002] 井漏是鉆井過程中經(jīng)常遇到的技術難題，會造成鉆井液的大量流失，導致鉆井成 本的上升，同時會導致井底壓力發(fā)生變化，誘發(fā)井壁失穩(wěn)、井塌、井涌、井噴等復雜事故的發(fā) 生，嚴重制約著鉆井速度的提高。
[0003]目前在石油鉆井鉆遇地層漏失段時，由于缺乏新型的堵漏技術，一般采用常規(guī)堵 漏劑堵漏。國內(nèi)處理淺井漏普遍采用的是橋接堵漏，橋接堵漏具有經(jīng)濟，使用方便，施工安 全的優(yōu)點，可以解決由孔隙和裂縫造成的部分漏失和失返漏失。國內(nèi)使用的橋接堵漏材料 大致分為三類：硬質(zhì)果殼類、纖維狀材料和薄片狀材料。在堵漏過程中，任何一類材料單獨 使用，其作用都是有限的，只有將上述三類材料以合理的比例和級配復合使用，才能收到應 有的效果，但是隨著鉆進的不斷深入，漏失地層的溫度也在不斷升高，浸泡在泥漿中的硬質(zhì) 果殼類材料和植物纖維類材料如核桃殼、榛子殼、棉籽殼和鋸末等，在井內(nèi)高溫、高壓和強 堿腐蝕的條件下，隨著時間的推移，這些材料將慢慢變軟、腐蝕，甚至某些材料會被燒焦，致 使橋接強度急劇下降，很容易造成堵漏失敗或二次漏失，無法從根本上解決堵漏的難題。
[0004] 井深為2000~3000m稱為淺井，井下溫度通常在80 °C~100 °C。常規(guī)堵漏方法雖 然為石油鉆井的堵漏工程發(fā)揮了作用，但同時存在著缺點或不足，耐溫能力低、有效期短、 堵漏效率差、堵漏材料耗費量大、堵漏時間長、堵漏安全系數(shù)差，易出現(xiàn)井下復雜情況，這些 缺點直接影響鉆探開發(fā)進程，因此傳統(tǒng)的堵漏材料已經(jīng)遠遠不能夠滿足日益發(fā)展的復雜井 的堵漏需求，因此研究一種淺井堵漏劑是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的首要目的在于，克服現(xiàn)有技術中存在的問題，提供一種淺井高分子聚合 凍膠堵漏劑，堵漏可靠，且耐溫耐壓。
[0006] 為解決以上技術問題，本發(fā)明的一種淺井高分子聚合凍膠堵漏劑，該堵漏劑的 原料組分及重量含量如下，精制棉鈉鹽溶液：120份、丙烯酰胺：（75~85)份、過硫酸銨： (13~17)份、硫酸鈰：（2~5)份、P-D-甘露糖醛酸(M):4份、磷酸二氫銨：（1~1. 5)份、 復合硅酸鹽水泥漿：1〇〇份、滑石粉：（80~90)份和混雜型微纖維：20份；所述復合硅酸鹽 水泥衆(zhòng)的水灰比為〇. 44。
[0007] 相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明取得了以下有益效果：①精制棉鈉鹽提供交聯(lián)反應的纖 維素；丙烯酰胺起到架橋吸附作用，使纖維素發(fā)生絮凝，相互交聯(lián)；過硫酸銨引發(fā)交聯(lián)反 應，同時使纖維脫漿；硫酸鈰引發(fā)高分子物發(fā)生聚合、接枝反應；滑石粉和混雜型微纖維起 到架橋粒子的作用，提供最后形成"封堵墻"的強度保證。②該堵漏劑采用合成纖維與天然 纖維交聯(lián)形成了相互纏繞的網(wǎng)狀高分子聚合物，能夠耐溫1〇〇°C以上，抗壓能力達到5MPa， 完全能夠滿足2000~3000m淺井的堵漏要求。③本發(fā)明中混雜型微纖維的添加比例使得 堵漏劑具有最高的強度，如果繼續(xù)提高混雜型微纖維的重量比，反而會干擾凝膠化學物質(zhì) 的化學交聯(lián)作用，反而會降低其堵漏的承壓能力。
[0008] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述精制棉鈉鹽的制備方法如下：①準備棉纖維聚合度 為12000~14000的精制棉和重量百分濃度為17. 5~18%的氫氧化鈉溶液，精制棉與氫氧 化鈉溶液的重量比為5:2 ;②將精制棉投入氫氧化鈉溶液中，在60°C下攪拌并反應1. 5小 時以上，直至呈現(xiàn)均勻的白色懸浮乳液，得到精制棉鈉鹽初溶液；③對精制棉鈉鹽初溶液進 行超聲微振動30分鐘，得到精制棉鈉鹽溶液，超聲頻率為20kHz~30kHz，超聲作用強度為 2.0W/cm2~3.OW/cm2。精制棉與氫氧化鈉反應生成精制棉鈉鹽，使得精制棉內(nèi)部的得到 充分濕潤膨脹，提尚了精制棉的反應活性，有利于進一步的交聯(lián)反應。超聲處理可以提尚精 制棉鈉鹽的分子鏈接支程度，為后續(xù)與交聯(lián)劑提供更多的接支端。反應機理為：
[0009] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述混雜型微纖維由碳酸鈣晶須和有機微纖維進行均勻 混雜而成，所述碳酸鈣晶須和有機微纖維的混合比為0.8:1。碳酸鈣晶須和有機微纖維均勻 分散在高分子聚合凍膠中，與高分子聚合凍膠中的高分子聚合物交聯(lián)形成相互纏繞的網(wǎng)狀 高分子聚合物。碳酸鈣晶須為形成"封堵墻"提供物理性的支撐作用，使其強度大幅提升； 有機微纖維與碳酸鈣晶須相互纏繞，為形成的"封堵墻"提供物理性的支撐作用，使其強度 大幅提升；同時，增加了"封堵墻"在受地層壓力作用下發(fā)生變形時的強度。
[0010] 作為本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案，所述碳酸鈣晶須的長度20~30ym，直徑0. 5~ Iym，pH值9. 0~9. 5,彈性模量為410~710GPa且抗拉強度不低于2. 058GPa;所述有 機微纖維由聚酯纖維和聚丙烯纖維組成，聚酯纖維和聚丙烯纖維的重量為7:3 ;所述聚酯 纖維的直徑20~25ym，長度6~9mm，斷裂伸長率彡15%，抗拉強度彡960MPa且彈性 模量彡9000MPa;所述聚丙烯纖維的長度為10~20mm，單絲纖度彡2. 2dtex，抗拉強度 多660MPa，彈性模量多350MPa。聚丙烯纖維可提高"封堵墻"的強度，提高"封堵墻"在受壓 變形后的回彈性能。聚酯纖維可改善"封堵墻"的抗疲勞性能、抗裂性能和高溫穩(wěn)定性能， 可有效提高"封堵墻"的抗拉、抗壓、抗剪切、以及抗沖擊強度，彌補聚丙烯纖維在耐熱及耐 老化方面的不足。
[0011] 作為本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案，所述聚酯纖維和聚丙烯纖維均在60°c下在親水整 理劑中浸泡3小時。由于聚酯纖維和聚丙烯纖維結構規(guī)整但親水性差，在高分子聚合凍膠 中難以分散均勻，對聚酯纖維和聚丙烯纖維采用親水整理劑進行表面改性處理，可提高其 親水性能，有利于它們在聚合物凝膠中均勻分散，使形成的"封堵墻"結構及強度均勻。
[0012] 本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種淺井高分子聚合凍膠堵漏劑的制備方法，該 方法制備而成的堵漏劑，堵漏可靠，且耐溫耐壓。
[0013] 為解決以上技術問題，本發(fā)明的一種淺井高分子聚合凍膠堵漏劑的制備方法，依 次包括如下步驟：⑴按以下組分及重量含量準備原料，精制棉鈉鹽溶液：120份、丙烯酰胺： (75~85)份、過硫酸銨：（13~17)份、硫酸鈰：（2~5)份、P-D-甘露糖醛酸（M) :4份、 磷酸二氫銨：（1~1. 5)份、復合硅酸鹽水泥漿：100份、滑石粉：（80~90)份和混雜型微 纖維：20份；所述復合硅酸鹽水泥漿的水灰比為0. 44 ;⑵向精制棉鈉鹽溶液中加入丙烯酰 胺，以400r/min的轉(zhuǎn)速進行高速攪拌10分鐘使兩者充分混合，然后以300r/min的轉(zhuǎn)速進 行中速攪拌，中速攪拌的同時加熱至60°C并保持恒溫；⑶向步驟⑵的反應產(chǎn)物和反應容器 中持續(xù)通入氮氣，通入氮氣3分鐘后在保持中速攪拌且保持在恒溫60°C下，緩慢加入過硫 酸銨顆粒，反應直至顆粒物消失后，繼續(xù)回流反應1. 5小時；⑷將溫度升高至80°C并保持恒 溫，在保持中速攪拌下，緩慢加入硫酸鈰顆粒，然后關閉反應容器的加料口，提升氮氣的充 入量，保持反應容器內(nèi)的壓力為I. 3MPa，回流反應3小時以上直至反應物呈現(xiàn)白色乳液狀， 得到高分子聚合凍膠；檢測所述高分子聚合凍膠的分子量在400萬以上；(5)在保持中速攪 拌的狀態(tài)下，向上述高分子聚合凍膠中緩慢加入0-D-甘露糖醛酸（M)，加入完畢后繼續(xù)中 速攪拌10分鐘，并調(diào)節(jié)pH值為7~7. 5 ;(6)向步驟(5)的反應產(chǎn)物中加入復合硅酸鹽水泥漿、 滑石粉和混雜型微纖維，中速攪拌15分鐘以上直至混合均勻；(7)向步驟(6)的反應產(chǎn)物中加 入磷酸二氫銨，中速攪拌10分鐘，得到淺井高分子聚合凍膠堵漏劑。
[0014] 相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明取得了如下有益效果：①精制棉鈉鹽提供交聯(lián)反應的纖 維素，丙烯酰胺起到架橋吸附作用，使纖維素發(fā)生絮凝，相互交聯(lián)。過硫酸銨引發(fā)交聯(lián)反應， 同時使纖維脫漿；在加入過硫酸銨前通入氮氣，確保反應環(huán)境無氧，避免纖維素在交聯(lián)過程 中起粘，影響最終交聯(lián)產(chǎn)物的分子量；回流反應I. 5h確保在交聯(lián)反應引發(fā)劑的作用下，精 制棉纖維素與能提供架橋吸附作用的丙烯酰胺充分交聯(lián)、共聚反應，使纖維素分子鏈變長， 且分子量劇增。硫酸鈰進一步引發(fā)纖維素與丙烯酰胺之間、纖維素與丙烯酰胺通過過硫酸 銨交聯(lián)共聚反應產(chǎn)物之間及纖維素與交聯(lián)共聚反應物之間相互接枝，使產(chǎn)生的高分子聚合 物的分子量更大，分子鏈有更多的支鏈，為形成之后在觸變劑的作用下形成凝膠提供更多 的支鏈，形成的凝膠強度更高。反應機理為：
[0015] ②尚分子聚合凍膠的分子量在400萬以上說明交聯(lián)、共聚、接枝反應的非常充分， 為形成"封堵墻"的強度提供保證。③高分子聚合凍膠中加入P-D-甘露糖醛酸（M)后，P-D-甘露糖醛酸（M)的鈉離子與高分子聚合凍膠中的酰胺基交換，在羧基部位進行離子 取代，從而發(fā)生膠凝反應，形成膠塊。0 -D-甘露糖醛酸（