專利名稱：井下智能膠塞的制備及其使用方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種井下智能膠塞的制備及其使用方法，屬于油氣井工程技術領域。
背景技術：
油氣井在進行作業(yè)前，為平衡地層壓力，必須采用高密度的壓井液在井筒中循環(huán)壓井，確保地層中的油氣不進入井筒，避免井涌、井噴等事故發(fā)生。但是，在壓井狀況下，壓井液易進入地層，引起儲層敏感性傷害，堵塞油氣通道，影響油井產(chǎn)能。為改變這種狀況，可采用帶壓作業(yè)來替代壓井液壓井，即通過井口設備控制井筒壓力，既能確保井口作業(yè)安全，又能避免壓井液給儲層帶來的傷害。但是，帶壓作業(yè)存在作業(yè)費用高、周期長等問題，同時一些特殊井作業(yè)還不能采用帶壓作業(yè)。為此，發(fā)明人擬采用一段膠塞來封隔井筒，這樣既能實現(xiàn)安全作業(yè)，又能保護儲層，作業(yè)結束后膠塞自動降解，保持井筒暢通。我國油田用凝膠的研制始于20世紀60年代末。80年代，凝膠技術得到更大的發(fā)展，聚丙烯酰胺交聯(lián)凝膠體系的研究和應用取得很大的進步。聚丙烯酰胺類包括聚丙烯酰胺、部分水解聚丙烯酰胺和陽離子聚丙烯酰胺，由于丙烯酰胺均聚物在使用性能上的局限性，使得丙烯酰胺多元共聚物有了大的發(fā)展，該類共聚物在油田開發(fā)中有廣泛的市場，是20世紀80年代發(fā)展起來的一類重要的油田處理劑，主要應用在鉆井液、驅油、酸化壓裂、堵水調剖等領域中。目前，國內常見交聯(lián)體系有檸檬酸鋁交聯(lián)體系、鉻交聯(lián)體系、有機酚醛交聯(lián)體系等。這些常規(guī)凝膠的強度小，粘附性差，且不能實現(xiàn)自動破膠，此外，鋼管表面的鐵銹對其降解破壞作用明顯，因此無法滿足封隔井筒的要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種井下智能膠塞的制備及其使用方法，即在井筒內形成一種智能膠塞，用來封 隔井筒，確保油氣井井口實現(xiàn)安全作業(yè)，并有效保護儲層免受傷害。本發(fā)明的具體技術內容如下:井下智能膠塞的制備方法:1.合成膠塞原料:以丙烯酰胺和丙烯酸鈉為原料，在去離子水介質中，用氫氧化鈉調節(jié)溶液PH值，通氮氣除氧后，加入引發(fā)劑和金屬遮蔽劑，在30°C下進行反應1-5小時，然后加入可溶性淀粉，升溫至30-90°C反應1-4小時，冷卻出料。2.配置膠塞溶液:將合成的膠狀物配置溶液，加入納米二氧化硅，攪拌至完全溶解。再加入一定比例的交聯(lián)劑，在不同溫度下，交聯(lián)成性能穩(wěn)定1-15天的凝膠。3.本發(fā)明膠塞的使用方法:采用水泥車將溶液泵送至井筒預定位置，成膠后即可在井口進行作業(yè)，作業(yè)結束后，膠塞實現(xiàn)自動破膠液化，然后采用制氮車氮氣返排。本發(fā)明的井下智能膠塞成膠前為液體狀，利用地面泵將其泵送至井筒預定位置，成膠后能密封井筒，防止地層油氣向上運移，保證井筒作業(yè)安全，同時能避免壓井液進入地層造成儲層傷害，影響油井產(chǎn)能，作業(yè)結束后能自動降解，確保井筒暢通。


附圖為本發(fā)明智能膠塞在井筒內的工作示意圖。
具體實施例方式參照附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。在井下智能膠塞工作示意圖中，I為井筒，2為井下智能膠塞，3為儲層，4為氣體。實施例1:本發(fā)明井下智能膠塞的制備方法如下:1.合成膠塞原料:以30%的丙烯酰胺和3%的丙烯酸鈉為原料，在去離子水介質中，用20%氫氧化鈉溶液調節(jié)溶液的PH值為10-11，通氮氣除氧，加入0.1 %過硫酸銨、0.1 %的亞硝酸鈉和0.2 %的乙二胺四乙酸二鈉，在30°C下反應2小時，然后加入35 %的可溶性淀粉溶液，升溫至55°C反應3h，冷卻出料。2.配置膠塞溶液:將合成的膠狀物配置成5%的溶液，加入0.5%的納米二氧化硅，攪拌至完全溶解。在溶液中加入0.3%的醋酸鉻，在80°C下，交聯(lián)成性能穩(wěn)定15天的凝膠。所加入的引發(fā)劑是過硫酸鉀和亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉的混合物，該引發(fā)體系可以在較低溫度下產(chǎn)生自由基。金屬遮蔽劑是乙二胺四乙酸二鈉，乙二胺四乙酸二鈉可以與金屬離子發(fā)生絡合反應，從而避免或減少金屬離子對膠塞產(chǎn)生的不利影響。初始反應溫度放在30°C是因為引發(fā)溫度過高時，引發(fā)體系會加速分解，產(chǎn)生自由基速率加快，進而導致聚合反應速率加快，使聚合產(chǎn)物分子量降低。通氮氣的目的是為了除氧，氧和容易與引發(fā)劑分解產(chǎn)生的自由基結合而導致阻聚。以水為介質，以丙烯酰胺、丙烯酸鈉和淀粉為原料進行的聚合反應，是在反應初期，丙烯酰胺與丙烯酸鈉先聚合，之后在其支鏈上引入淀粉；聚合反應過程主要由鏈引發(fā)、鏈增長、鏈中止3個基元反應組成，引發(fā)過程首先引發(fā)劑受熱分解生成初始自由基，得到骨架自由基，然后再引發(fā)單體接枝與淀粉接枝的共聚反應。納米二氧化硅本身具有增稠作用，同時與聚合物產(chǎn)生化學鍵增加凝膠強度，以納米尺寸分散于凝膠中形成“納米效應“，使二氧化硅與凝膠界面間的界面作用更強；另外其三維結構與聚合物基體起到的交聯(lián)作用，導致凝膠三維結構更穩(wěn)定，分子鏈運動受到二氧化硅的限制，使原來自由的分子鏈受到一定的制約，從而達到增強的作用。以本發(fā)明方法合成的凝膠性能:基液粘度(20°C):80-280mPa.s膠塞粘度:5X104-29X 104mPa.s彈性模量:20-1000Pa膠塞抗壓能力:2_3.l5MPa/100m。3.本發(fā)明膠塞2的使用方法:如圖所示，采用水泥車將溶液泵送至井筒I預定位置，膠塞2成膠后即可在井口進行作業(yè)，作業(yè)結束后，膠塞實現(xiàn)自動破膠液化，然后采用制氮車氮氣返排。 實施例2:
井下智能膠塞在玉門油田鴨940井的試用:1.首先利用反應爐合成膠塞原料:以12%的丙烯酰胺和3%的丙烯酸鈉為原料，在去離子水介質中，用15%氫氧化鈉溶液調節(jié)溶液的PH值為10-11，通氮氣除氧，加入
0.2%過硫酸銨、0.3%的亞硝酸鈉和0.2%的乙二胺四乙酸二鈉，在30°C下反應5小時，然后加入16%的可溶性淀粉溶液，升溫至55°C反應3h，冷卻出料。2.配置膠塞溶液:將合成的膠狀物配置成5%的溶液，加入0.5%的納米二氧化娃，攬祥至完全溶解。在溶液中加入0.5%的醋酸絡，一起注入井筒內設計位直在80 C下，施工要求交聯(lián)性能穩(wěn)定5天的凝膠。鴨940井鉆遇目的層后有顯著的油氣顯示，在使用凍膠塞后進行的起鉆作業(yè)過程中，出口始終點火不著，充分說明在作業(yè)過程中地層中的油、氣被凍膠塞封死，證明凍膠塞在井內起到了有效的“塞封”作用。該井完井后產(chǎn)量效果明顯，是鄰井產(chǎn)量的2-4倍。實施例3:井下智能膠塞在吐哈油田柯21-2井的試用:1.首先利用反應爐合成膠塞原料:以10%的丙烯酰胺和5%的丙烯酸鈉為原料，在去離子水介質中，用15%氫氧化鈉溶液調節(jié)溶液的PH值為6-8，通氮氣除氧，加入0.3%過硫酸銨、0.4%的亞硝酸鈉和0.2%的乙二胺四乙酸二鈉，在30°C下反應2小時，然后加入10%的可溶性淀粉溶液，升溫至80°C反應2h，冷卻出料。2.配置膠塞溶液:將合成的膠狀物配置成5%的溶液，加入0.8%的納米二氧化娃，攬祥至完全溶解。在溶液中加入0.6%的醋酸絡，一起注入井筒內設計位直在80 C下，施工要求交聯(lián)形成穩(wěn)定4天的凝膠。

柯21-2井實施井下智能膠塞后，在起鉆桿時觀察井口套壓始終為0，后續(xù)進行了下篩管、更換井口、下生產(chǎn)油管等工序，井口套壓始終為0，說明此時井下智能膠塞已經(jīng)起到密封油氣的作用。實施例4:井下智能膠塞在新疆油田克拉美麗氣田滴西HW141井的試用:1.首先利用反應爐合成膠塞原料:以12%的丙烯酰胺和5%的丙烯酸鈉為原料，在去離子水介質中，用10%氫氧化鈉溶液調節(jié)溶液的PH值為6-7，通氮氣除氧，加入0.6%過硫酸銨、0.5%的亞硝酸鈉和0.7%的乙二胺四乙酸二鈉，在30°C下反應I小時，然后加入8%的可溶性淀粉溶液，升溫至60°C反應Ih，冷卻出料。2.配置膠塞溶液:將合成的膠狀物配置成8%的溶液，加入2%的納米二氧化硅，攪拌至完全溶解。在溶液中加入I %的醋酸鉻，一起注入井筒內設計位置在80°C下，施工要求交聯(lián)形成穩(wěn)定15天凝膠。滴西HW141井實施井下智能膠塞后，在起鉆桿時觀察井口套壓始終為0，后續(xù)進行了下篩管、更換井口、下生產(chǎn)油管等工序，井口套壓始終為O。說明此時井下智能膠塞已經(jīng)起到密封油氣的作用，且密封性長達15天。
權利要求
1.一種井下智能膠塞的制備及其使用方法，其特征在于: a.合成膠塞原料:以丙烯酰胺和丙烯酸鈉為原料，在去離子水介質中，用氫氧化鈉調節(jié)溶液的PH值，通氮氣除氧后，加入引發(fā)劑和金屬遮蔽劑，在30°C下反應1-5小時，然后加入可溶性淀粉，升溫至30-90°C反應1-4小時，冷卻出料； b.配置膠塞溶液:將合成的膠狀物配置溶液，加入納米二氧化硅，攪拌至完全溶解。再加入一定比例的交聯(lián)劑，在不同溫度下，交聯(lián)成性能穩(wěn)定1-15天的凝膠； c.膠塞的使用方法:采用水泥車將溶液泵送至井筒預定位置，成膠后即可在井口進行作業(yè),作業(yè)結束后,膠塞實現(xiàn)自動破膠液化,然后采用制氮車氮氣返排。
2.如權利要求1所述的井下智能膠塞的制備方法，其特征在于: a.合成膠塞原料:以30%的丙烯酰胺和3%的丙烯酸鈉為原料，在去離子水介質中，用20%氫氧化鈉溶液調節(jié)溶液的PH值為10-11，通氮氣除氧，加入0.1%過硫酸銨、0.1%的亞硝酸鈉和0.2%的乙二胺四乙酸二鈉，在30°C下反應2小時，然后加入35%的可溶性淀粉溶液，升溫至55°C反應3h，冷卻出料； b.配置膠塞溶液:將合成的膠狀物配置成5%的溶液，加入0.5%的納米二氧化硅，攪拌至完全溶解。在溶液中加入0.3%的醋酸鉻，在80°C下，交聯(lián)成性能穩(wěn)定15天的凝膠。
3.如權利要求1所述的井下智能膠塞的制備方法，其特征在于: a.首先利用反應爐合成膠塞原料:以12%的丙烯酰胺和3%的丙烯酸鈉為原料，在去離子水介質中，用15%氫氧化鈉溶液調節(jié)溶液的PH值為10-11，通氮氣除氧，加入0.2%過硫酸銨、0.3%的亞硝酸鈉和0.2%的乙二胺四乙酸二鈉，在30°C下反應5小時，然后加入16%的可溶性淀粉溶液 ，升溫至55°C反應3h，冷卻出料； b.配置膠塞溶液:將合成的膠狀物配置成5%的溶液，加入0.5%的納米二氧化硅，攪拌至完全溶解。在溶液中加入0.5%的醋酸鉻，一起注入井筒內設計位置在80°C下，交聯(lián)性能穩(wěn)定5天的凝膠。
4.如權利要求1所述的井下智能膠塞的制備方法，其特征在于: a.首先利用反應爐合成膠塞原料:以10%的丙烯酰胺和5%的丙烯酸鈉為原料，在去離子水介質中，用15%氫氧化鈉溶液調節(jié)溶液的PH值為6-8，通氮氣除氧，加入0.3%過硫酸銨、0.4%的亞硝酸鈉和0.2%的乙二胺四乙酸二鈉，在30°C下反應2小時，然后加入10%的可溶性淀粉溶液，升溫至80°C反應2h，冷卻出料； b.配置膠塞溶液:將合成的膠狀物配置成5%的溶液，加入0.8%的納米二氧化硅，攪拌至完全溶解。在溶液中加入0.6%的醋酸鉻，一起注入井筒內設計位置在80°C下，交聯(lián)形成穩(wěn)定4天的凝膠。
5.如權利要求1所述的井下智能膠塞的制備方法，其特征在于: a.首先利用反應爐合成膠塞原料:以12%的丙烯酰胺和5%的丙烯酸鈉為原料，在去離子水介質中，用10%氫氧化鈉溶液調節(jié)溶液的PH值為6-7，通氮氣除氧，加入0.6%過硫酸銨、0.5%的亞硝酸鈉和0.7%的乙二胺四乙酸二鈉，在30°C下反應I小時，然后加入8%的可溶性淀粉溶液，升溫至60V反應lh，冷卻出料； b.配置膠塞溶液:將合成的膠狀物配置成8%的溶液，加入2%的納米二氧化硅，攪拌至完全溶解。在溶液中加入I %的醋酸鉻，一起注入井筒內設計位置在80°C下，交聯(lián)形成穩(wěn)定15天的凝膠。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種井下智能膠塞的制備及其使用方法，即以丙烯酰胺和丙烯酸鈉為原料，加入引發(fā)劑亞硫酸鈉合成膠狀物，再配置基液，與交聯(lián)劑交聯(lián)形成性能穩(wěn)定的、且能在設定的時間自動破膠的膠塞。本發(fā)明的井下智能膠塞成膠前為液體狀，利用地面泵將其泵送至井筒預定位置，膠塞成膠后能密封井筒，防止地層油氣向上運移，保證井筒作業(yè)安全，同時能避免壓井液進入地層造成儲層傷害，影響油井產(chǎn)能，作業(yè)結束后能自動降解，確保井筒暢通。
文檔編號E21B33/12GK103160261SQ20111041883
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權日2011年12月15日
發(fā)明者劉德基, 尹玉川, 陳超, 王濤, 吳迪, 李論, 石峰, 祝洪爽, 段志英, 周小淞 申請人:中國石油天然氣股份有限公司