專利名稱：一種包裹高價(jià)金屬離子緩交聯(lián)凝膠堵水堵漏材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可應(yīng)用于油田的一種包裹高價(jià)金屬離子緩交聯(lián)凝膠堵水堵漏材料。首先采用聚合物網(wǎng)絡(luò)束縛高價(jià)金屬離子，再采用反相懸浮包裹法包裹高價(jià)金屬離子，雙重作用達(dá)到緩慢釋放高價(jià)金屬離子的目的，以交聯(lián)聚合物HPAM得到一種堵水堵漏材料。
背景技術(shù)：
處理井漏是提高鉆井成本的重要因素，其花費(fèi)的時(shí)間占鉆井總時(shí)間的10%左右，由于裂縫性、溶洞性井漏處理量又占井漏處理時(shí)間的70%以上，針對(duì)裂縫性、溶洞性嚴(yán)重漏失，傳統(tǒng)的堵漏材料堵漏方法(如橋塞堵漏、水泥漿堵漏)等在處理裂縫性、孔洞性惡性漏失時(shí)有其自身的缺點(diǎn)，很難在井筒周圍的漏層停留，易與地層流體相混，被稀釋后流走。因而堵漏漿很難在進(jìn)筒周圍形成足夠強(qiáng)度的嚴(yán)密封堵。國(guó)內(nèi)外鉆井工作者從化學(xué)角度出發(fā)，研制出了一些聚合物堵漏材料為基礎(chǔ)的堵水堵漏技術(shù)還需進(jìn)行大量的研究工作。該發(fā)明內(nèi)容針對(duì)“一種油田可控制交聯(lián)堵水堵漏材料”發(fā)明專利(專利號(hào)ZL 200810046115. 9)所采用的包裹方法批量生產(chǎn)難實(shí)施，且在井深部堵漏存在金屬離子的釋放速度較快，導(dǎo)致成膠時(shí)間太短的實(shí)際問(wèn)題，采用在交聯(lián)聚合物中引入疏水基團(tuán)，減緩了交聯(lián)聚合物的吸水膨脹速度，也就減緩了金屬離子向凝膠外圍運(yùn)移擴(kuò)散，同時(shí)又采用懸浮包裹新型工藝，提高了膜厚度的均勻性和膜的包覆能力，可操作性強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了能封堵裂縫性、溶洞性惡性漏失地層，增加凝膠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，增加封隔層的強(qiáng)度和密封性，且該堵水堵漏材料易于批量生產(chǎn)，特提供一種包裹高價(jià)金屬離子緩交聯(lián)凝膠堵水堵漏材料。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種包裹高價(jià)金屬離子緩交聯(lián)凝膠堵水堵漏材料，其特征是制備該堵水堵漏所用原料的各組分和含量如下，其中質(zhì)量單位為克，
固相顆粒丙烯酰胺20 30，苯乙烯0. 5 2，四氯化鋯、或二氧氯化鋯、或三氯化鉻、或三氯化鋁3 6，N，N-亞甲基雙丙酰胺0. 005 0. 02，引發(fā)劑0. 01 0. 1，去離子水65 76. 5,顆粒凝膠大小在0. 01 Imm之間；
油相甲苯、或乙苯、或鄰二甲苯、或?qū)Χ妆?、或間二甲苯200 300，分散劑Span-806 8 ;
水相型號(hào)1799或1788的聚乙烯醇2，去離子水18，在90 95°C條件下溶解聚乙烯醇后，降至室溫，制得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的聚乙烯醇水溶液；
HPAM水溶液部分水解聚丙烯酰胺簡(jiǎn)稱HPAM，是一種線型高分子聚合物，部分水解聚丙烯酰胺0. 5 I. 5，分子量500萬(wàn)、800萬(wàn)、1000萬(wàn)水解度在2 10%均可；穩(wěn)定劑0. 01 0. I用亞硫酸鈉、或硫代硫酸鈉的一種，淡水或地層污水98. 5 99. 5，HPAM水溶液粘度100 500mpa. s ;其制備方法是
先將20 30克丙烯酰胺和0. 5 2克苯乙烯加入到盛有65 76. 5克去離子水的燒杯中，再加0. 005 0. 02克N，N—亞甲基雙丙烯酰胺和3 6克四氯化鋯、或二氧氯化鋯、或三氯化鉻、或三氯化鋁，待二氧氯化鋯、或四氯化鋯、或三氯化鉻、或三氯化鋁完全溶解后加入0. 01 0. I克引發(fā)劑，室溫條件下凝膠化0. 5h后，靜置Ih得凝膠塊狀產(chǎn)品，最后經(jīng)造粒、100°C以下烘干、篩分成固相凝膠顆粒；在帶有攪拌器、水接收器和回流冷凝管的三頸瓶中加入100 150克甲苯、或乙苯、或鄰二甲苯、或?qū)Χ妆健⒒蜷g二甲苯和3 4克分散劑Span-80,該溶液作為油相；將0. 01 Imm固相凝膠顆粒10 20g加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的20克聚乙烯醇水溶液中，得到分散均勻的懸浮液；控制攪拌器轉(zhuǎn)速350 400n/min，將該懸浮液倒入油相溶液中，加入防粘結(jié)劑液體石蠟2克，在50°C下，攪拌時(shí)間為30 min后，升至100 110°C，蒸發(fā)掉聚乙烯醇中的水分，通過(guò)水接收器下部分接收的水量確定水分蒸出的情況，水量不再增加時(shí)降至室溫，快速過(guò)濾分離，濾液可以重復(fù)使用，用無(wú)水乙醇/丙酮的混合溶液洗滌顆粒數(shù)次，干燥，篩分得到粒徑大小為0. 01 1_的含交聯(lián)劑四氯化鋯、或二氧氯化鋯、或三氯化鉻、或三氯化鋁的包裹凝膠顆粒，可重復(fù)進(jìn)行上述的反相懸浮包裹，烘 干得到包裹凝膠顆粒；最后將包裹后含四氯化鋯、或二氧氯化鋯、或三氯化鉻、或三氯化鋁的凝膠顆粒和穩(wěn)定劑加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5 3. 0%的HPAM水溶液中進(jìn)行緩交聯(lián)反應(yīng)，模擬溫度為80°C，模擬礦化度為質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%氯化鈉，得到不動(dòng)強(qiáng)凝膠。制備該堵水堵漏材料便用的弓I發(fā)劑是用過(guò)硫酸銨-亞硫酸氫鈉、或過(guò)硫酸銨-亞硫酸鈉、或過(guò)硫酸鉀-亞硫酸氫鈉、或過(guò)硫酸鉀-亞硫酸鈉、或過(guò)氧化氫-硫酸亞鐵的一種。所用的穩(wěn)定劑是具有還原性的物質(zhì)，用亞硫酸鈉、或硫代硫酸鈉的一種。本發(fā)明采用的非共軛雙鍵的化合物N，N-亞甲基雙丙烯酰胺，使丙烯酰胺分子鏈之間發(fā)生交聯(lián)，形成交聯(lián)化合物。加入苯乙烯單體的作用是在交聯(lián)聚合物骨架中形成了疏水微區(qū)，減緩了交聯(lián)聚合物的水化膨脹，從而減緩高價(jià)金屬離子向凝膠外圍擴(kuò)散。采用反相懸浮包裹方法對(duì)含交聯(lián)劑的固相凝膠顆粒進(jìn)行包裹，與其它方法相比，可操作性強(qiáng)，易于批量生產(chǎn)，提高了膜厚度的均勻性和膜的包覆能力，包裹液與HPAM的相容性好，提高了堵水堵漏材料的穩(wěn)定性。骨架顆粒有一的膨脹性，從而改善常規(guī)堵水堵漏劑與巖石膠結(jié)不好，易漏失的情況，增加了封隔層的強(qiáng)度和密封性，該添加劑能封堵裂縫性、溶洞性惡性漏失地層。本發(fā)明提供的堵水堵漏材料與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下有交加效果(1)該添加劑能封堵裂縫性、溶洞性惡性漏失地層。(2)加入苯乙烯單體的作用是在交聯(lián)聚合物骨架中形成了疏水微區(qū)，減緩了交聯(lián)聚合物的水化膨脹，從而減緩高價(jià)金屬離子向凝膠外圍擴(kuò)散。(3)采用反相懸浮包裹方法對(duì)含交聯(lián)劑的固相凝膠顆粒進(jìn)行包裹，可操作性強(qiáng)，提高了膜厚度的均勻性和膜的包覆能力，且包裹液與HPAM的相容性好，提高了堵水堵漏材料的穩(wěn)定性。(4)骨架顆粒有一定的膨脹性，從而改善常規(guī)堵水堵漏劑與巖石膠結(jié)不好，易漏失的情況，增加了封隔層的強(qiáng)度和密封性。(5)該材料生產(chǎn)易操作和批量生產(chǎn)，成膠時(shí)間長(zhǎng)，成本較低，具有濾失量小、密封性好，穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式實(shí)例I 10 :
先將20克丙烯酰胺和I克苯乙烯加入到盛有73克去離子水的燒杯中，再加0. 01克N，N—亞甲基雙丙烯酰胺和6克四氯化鋯完全溶解后分別加入0. 01克過(guò)硫酸銨和0. 01克亞硫酸鈉，室溫條件下凝膠化0. 5h后，靜置Ih得凝膠塊狀產(chǎn)品，最后經(jīng)造粒、85°C下烘干、篩分成固相凝膠顆粒；在帶有攪拌器、水接收器和回流冷凝管的三頸瓶中加入120克鄰二甲苯和3克分散劑Span-80，該溶液作為油相；將0. I 0. 5mm固相凝膠顆粒20g加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的20克聚乙烯醇水溶液中，得到分散均勻的懸浮液；控制攪拌器轉(zhuǎn)速350 400n/min，將該懸浮液倒入油相溶液中，加入防粘結(jié)劑液體石蠟2克，在50°C下，攪拌時(shí)間為30 min后，升至110°C，蒸發(fā)掉聚乙烯醇中的水分，通過(guò)水接收器下部分接收的水量確定水分蒸出的情況，水量不再增加時(shí)降至室溫，快速過(guò)濾分離，濾液可以重復(fù)使用，用無(wú)水乙醇/丙酮的混合溶液洗滌顆粒數(shù)次，干燥，篩分得到粒徑大小為0. I 0. 5mm的含交聯(lián)劑四氯化鋯的包裹凝膠顆粒，可重復(fù)進(jìn)行上述的反相懸浮包裹，烘干得到包裹凝膠顆粒；最后將一定量的包裹后含四氯化鋯凝膠顆粒和0. 02克穩(wěn)定劑亞硫酸鈉加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5%的HPAM水溶液中進(jìn)行緩交聯(lián)反應(yīng)，模擬溫度為80°C，模擬礦化度為質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%氯化鈉，可得到不動(dòng)強(qiáng)凝膠。反相懸浮包裹包裹一次和包裹二次的凝膠顆粒交聯(lián)HPAM的情況分別如表I和表2所示。 表I :采用反相懸浮包裹一次所得的包裹顆粒堵漏的成膠時(shí)間和強(qiáng)度
麵例11 |2 |3 |4 |5
交聯(lián)劑凝膠顆粒，g/100ml2 4~ 6 8 " 10
ITpam 質(zhì)量百分濃度，％~o. 5 0.5 0.5 0.5 oTs"
運(yùn)fe時(shí)間/h9~9 9 8 7
成膠強(qiáng)度I可動(dòng)I微動(dòng)I微動(dòng)I不動(dòng)|不或
注HPAM分子量為800萬(wàn)，水解度為5%。表2 :采用反相懸浮包裹兩次所得的包裹顆粒堵漏的成膠時(shí)間和強(qiáng)度
更施例|6 |7 |8|9 IlO
交聯(lián)劑凝膠顆粒，g/100ml2 4~ 68 ~ 10
質(zhì)量百分濃度，％I I II — I
尿嵌時(shí)間/h12~ 12 1110 9
成膠強(qiáng)度_可動(dòng)微動(dòng)不動(dòng)不動(dòng)不動(dòng)
注HPAM分子量為800萬(wàn)，水解度為5%。實(shí)例11 20:
先將25克丙烯酰胺和I. 5克苯乙烯加入到盛有70. 5克去離子水的燒杯中，再加0. 015克N，N—亞甲基雙丙烯酰胺和3克三氯化鋁完全溶解后分別加入0. 02克過(guò)硫酸鉀和0. 02克亞硫酸氫鈉，室溫條件下凝膠化0. 5h后，靜置Ih得凝膠塊狀產(chǎn)品，最后經(jīng)造粒、85°C下烘干、篩分成固相凝膠顆粒；在帶有攪拌器、水接收器和回流冷凝管的三頸瓶中加入150甲苯和3克分散劑Span-80，該溶液作為油相；將0. I 0. 5mm固相凝膠顆粒20g加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的20克聚乙烯醇水溶液中，得到分散均勻的懸浮液；控制攪拌器轉(zhuǎn)速350 400n/min，將該懸浮液倒入油相溶液中，加入防粘結(jié)劑液體石蠟2克，在50°C下，攪拌時(shí)間為30min后，升至100°C，蒸發(fā)掉聚乙烯醇中的水分，通過(guò)水接收器下部分接收的水量確定水分蒸出的情況，水量不再增加時(shí)降至室溫，快速過(guò)濾分離，濾液可以重復(fù)使用，用無(wú)水乙醇/丙酮的混合溶液洗滌顆粒數(shù)次，干燥，篩分得到粒徑大小為0. I 0. 5mm的含交聯(lián)劑三氯化鋁的包裹凝膠顆粒，可重復(fù)進(jìn)行上述的反相懸浮包裹，烘干得到包裹凝膠顆粒；最后將一定量的包裹后含三氯化鋁凝膠顆粒和0. 02克穩(wěn)定劑亞硫酸鈉加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5%的HPAM水溶液中進(jìn)行緩交聯(lián)反應(yīng)，模擬溫度為80°C，模擬礦化度為質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%氯化鈉，，可得到不動(dòng)強(qiáng)凝膠。反相懸浮包裹包裹一次和包裹二次的凝膠顆粒交聯(lián)HPAM的情況分別如表3和表4所示。表3 :采用反相懸浮包裹一次所得的包裹顆粒堵漏的成膠時(shí)間和強(qiáng)度
權(quán)利要求
1.一種包裹高價(jià)金屬離子緩交聯(lián)凝膠堵水堵漏材料，其特征在于制備該堵水堵漏所用原料的各組分和含量如下，其中質(zhì)量單位為克， 固相顆粒丙烯酰胺20 30，苯乙烯O. 5 2，四氯化鋯、或二氧氯化鋯、或三氯化鉻、或三氯化鋁3 6，N，N-亞甲基雙丙酰胺O. 005 O. 02，引發(fā)劑O. 01 O. 1，去離子水65 76. 5,顆粒凝膠大小在O. 01 Imm之間； 油相甲苯、或乙苯、或鄰二甲苯、或?qū)Χ妆?、或間二甲苯200 300，分散劑Span-806 8 ; 水相型號(hào)1799或1788的聚乙烯醇2，去離子水18，在90 95°C條件下溶解聚乙烯醇后，降至室溫，制得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的聚乙烯醇水溶液； HPAM水溶液部分水解聚丙烯酰胺簡(jiǎn)稱HPAM，是一種線型高分子聚合物，部分水解聚丙烯酰胺O. 5 3，分子量500萬(wàn)、800萬(wàn)、1000萬(wàn)水解度在2 10%均可；穩(wěn)定劑O. 01 O. I 用亞硫酸鈉、或硫代硫酸鈉的一種，淡水或地層污水98. 5 99. 5，HPAM水溶液粘度100 500mpa. s ； 其制備方法是 先將20 30克丙烯酰胺和O. 5 2克苯乙烯加入到盛有65 76. 5克去離子水的燒杯中，再加O. 005 O. 02克N，N—亞甲基雙丙烯酰胺和3 6克四氯化鋯、或二氧氯化鋯、或三氯化鉻、或三氯化鋁，待四氯化鋯、或二氧氯化鋯、或三氯化鉻、或三氯化鋁完全溶解后加入O. 01 O. I克引發(fā)劑，室溫條件下凝膠化O. 5h后，靜置Ih得凝膠塊狀產(chǎn)品，最后經(jīng)造粒、100°C以下烘干、篩分成固相凝膠顆粒；在帶有攪拌器、水接收器和回流冷凝管的三頸瓶中加入100 150克甲苯、或乙苯、或鄰二甲苯、或?qū)Χ妆健⒒蜷g二甲苯和3 4克分散劑Span-80,該溶液作為油相；將O. 01 Imm固相凝膠顆粒10 20g加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的20克聚乙烯醇水溶液中，得到分散均勻的懸浮液，控制攪拌器轉(zhuǎn)速350 400n/min，將該懸浮液倒入油相溶液中；加入防粘結(jié)劑液體石蠟2克，在50°C下，攪拌時(shí)間為30 min后，升至100 110°C，蒸發(fā)掉聚乙烯醇中的水分，通過(guò)水接收器下部分接收的水量確定水分蒸出的情況，水量不再增加時(shí)降至室溫，快速過(guò)濾分離，濾液可以重復(fù)使用，用無(wú)水乙醇/丙酮的混合溶液洗滌顆粒數(shù)次，干燥，篩分得到粒徑大小為O. 01 Imm的含交聯(lián)劑四氯化鋯、或二氧氯化鋯、或三氯化鉻、或三氯化鋁的包裹凝膠顆粒，包裹顆?？芍貜?fù)進(jìn)行上述的反相懸浮包裹，烘干得到包裹凝膠顆粒；最后將包裹后含四氯化鋯、或二氧氯化鋯、或三氯化鉻、或三氯化鋁的凝膠顆粒和穩(wěn)定劑加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 5 3. 0%的HPAM水溶液中進(jìn)行緩交聯(lián)反應(yīng)，模擬溫度為80°C，模擬礦化度為質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%氯化鈉，得到不動(dòng)強(qiáng)凝膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述交聯(lián)凝膠堵水堵漏材料，其特征是制備該堵水堵漏材料便用的引發(fā)劑是用過(guò)氧化氫-硫酸亞鐵、或過(guò)硫酸銨-亞硫酸氫鈉、或過(guò)硫酸銨-亞硫酸鈉的一種；所用的穩(wěn)定劑是具有還原性的物質(zhì)，用亞硫酸鈉、或硫代硫酸鈉的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包裹高價(jià)金屬離子緩交聯(lián)凝膠堵水堵漏材料。它能封堵裂縫性、溶洞性漏失地層，包裹顆粒制備易于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。其技術(shù)方案是先將丙烯酰胺、苯乙烯、四氯化鋯和N，N—亞甲基雙丙烯酰胺加入到盛有去離子水中，溶解后加入引發(fā)劑，室溫靜置1h得凝膠，經(jīng)造粒、烘干、篩分得固相顆粒；在二甲苯中加入Span-80，制得油相；將聚乙烯醇溶于去離子水中，制得水相；將固相顆粒加入水相中，混合均勻后，再加入到油相中，充分?jǐn)嚢栊纬煞聪鄳腋◇w，在100～110℃蒸去水分，過(guò)濾、洗滌、干燥得包裹顆粒，還可再次包裹；將顆粒和穩(wěn)定劑加入HPAM水溶液中，得到不動(dòng)凝膠。該材料生產(chǎn)易于操作，成本較低，成膠時(shí)間長(zhǎng)，具有濾失量小、密封性好、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C09K8/44GK102634325SQ20121008659
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者代加林, 周明, 楊燕, 王瑞芳 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)