本發(fā)明屬于油田開采
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種防塌封堵劑及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：泥頁巖井壁失穩(wěn)問題是鉆井工程中最常遇到且最難解決的井下復(fù)雜情況之一，該問題在世界許多油田都存在，也一直沒有得到很好的解決。防塌鉆井液技術(shù)一直是泥頁巖井壁穩(wěn)定技術(shù)的重要研究方向。防塌封堵劑是構(gòu)成防塌鉆井液的基礎(chǔ)，封堵粒子的加入可以對泥頁巖地層中的微裂縫進(jìn)行物理封堵，從而截?cái)嚆@井液液相進(jìn)入地層的通道，阻止壓力的傳遞，達(dá)到提高地層承壓能力、穩(wěn)定井壁和防止井漏的目的。目前常用的鉆井液防塌封堵劑主要有瀝青類、多元醇類和細(xì)目碳酸鈣類，這些鉆井液防塌封堵劑在一定條件下都具有良好的封堵效果。但瀝青類封堵劑具有較高的熒光級別，在探井中使用會受到限制，僅限于在低環(huán)保要求地區(qū)的生產(chǎn)井中使用；陽離子乳化瀝青類對鉆井液性能影響大，可變形性大，彈性及剛性差，封堵性能較差，承壓能力低；聚合醇類的部分產(chǎn)品易起泡、易引起鉆井液黏度大幅升高。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為克服上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種防塌封堵劑的制備方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種由上述方法制得的防塌封堵劑。本發(fā)明的又一目的是提供一種上述防塌封堵劑在水基鉆井液中的應(yīng)用。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種防塌封堵劑的制備方法，該方法是在使用反相懸浮聚合法合成聚合物微球的水相中添加無機(jī)硬質(zhì)單體，以制備含有聚合物微球的防塌封堵劑；在所述反相懸浮聚合法的反應(yīng)體系中，水相中的有機(jī)單體包括第一有機(jī)單體和第二有機(jī)單體；所述第一有機(jī)單體包括丙烯酸和丙烯酰胺中的一種或兩種的組合；所述第二有機(jī)單體包括甲基丙烯酸、甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和N-乙烯基吡咯烷酮中的一種或幾種的組合；所述無機(jī)硬質(zhì)單體包括碳酸鈣、石英或玻璃；所述無機(jī)硬質(zhì)單體的粒徑為1-100微米。本發(fā)明提供的防塌封堵劑的制備方法采用了在反相懸浮聚合制備微球聚合物的水相中添加無機(jī)硬質(zhì)單體的方案，使制得的微球產(chǎn)品在形態(tài)、彈性以及強(qiáng)度等方面都與防塌封堵劑的各方面性能要求相符。因此，該方法制得的防塌封堵劑具有良好的防塌作用，而且彈性好可以有效降低鉆井液的API濾失量和砂床侵入深度，對不同形狀和尺寸的孔喉起到良好的封堵作用。在上述方法中，如何添加無機(jī)硬質(zhì)單體是關(guān)鍵步驟，本發(fā)明提供的方法是在進(jìn)行聚合反應(yīng)前的水相中加入無機(jī)硬質(zhì)單體，這樣可以使無機(jī)硬質(zhì)單體分散于水相中，當(dāng)水相被加入油相后，無機(jī)硬質(zhì)單體也會被包裹入進(jìn)行反應(yīng)的水相微粒中。在此基礎(chǔ)上，由于無機(jī)硬質(zhì)材料的存在可減少聚合過程中微球之間的粘接機(jī)會，從而獲得形態(tài)和粒徑好的微球產(chǎn)品；而且無機(jī)硬質(zhì)材料也存在被微球包裹在內(nèi)或鑲?cè)胛⑶虮砻娴臋C(jī)會，因此制得的產(chǎn)品不僅彈性較高，而且強(qiáng)度也較高。由此可見，特定的加入時機(jī)，會使得無機(jī)硬質(zhì)單體與反相懸浮聚合法之間產(chǎn)生了顯著的配合協(xié)同作用，因此，可獲得性能優(yōu)異的防塌封堵劑。由于防塌封堵劑需要考慮多方面性能要求，為此，本發(fā)明也特別限定了體系的主要反應(yīng)物(有機(jī)單體和無機(jī)單體)。在上述防塌封堵劑的制備方法中，優(yōu)選地，在所述有機(jī)單體中，第一有機(jī)單體的質(zhì)量百分比為50％-80wt％。在上述防塌封堵劑的制備方法中，優(yōu)選地，所述碳酸鈣為重質(zhì)碳酸鈣，選自800目重質(zhì)碳酸鈣、1200目重質(zhì)碳酸鈣和1600目重質(zhì)碳酸鈣中的一種或幾種的組合。進(jìn)一步優(yōu)選地，三者之間的混合重量比例為0-2:0-2:0-3。在上述防塌封堵劑的制備方法中，優(yōu)選地，有機(jī)單體和無機(jī)單體的質(zhì)量比為2.5-25:1。在上述防塌封堵劑的制備方法中，優(yōu)選地，該方法具體包括以下步驟：將有機(jī)單體、無機(jī)單體和交聯(lián)劑加入到水中進(jìn)行混合，調(diào)節(jié)pH值到中性，得到水相；將分散劑溶解于有機(jī)溶劑中，得到油相；在加熱和攪拌條件下，將所述水相加入油相中進(jìn)行混合，得到溶液A；將所述引發(fā)劑加入溶液A中，并在聚合溫度下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后將有機(jī)溶劑從反應(yīng)體系中分離出去，得到防塌封堵劑。優(yōu)選地，所述油相和水相的質(zhì)量比為1.5-5:1。優(yōu)選地，在所述油相中，分散劑與有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為：0.2％-0.9％：1；在所述水相中，所述有機(jī)單體的質(zhì)量濃度為20wt％-45wt％，所述無機(jī)單體的質(zhì)量濃度為2wt％-8wt％；所述交聯(lián)劑與有機(jī)單體的質(zhì)量比為0.1％-2％：1；所述引發(fā)劑與有機(jī)單體的質(zhì)量比為0.1％-0.5％：1。優(yōu)選地，加熱聚合的條件為25℃-80℃下反應(yīng)1h-8h。在上述防塌封堵劑的制備方法中，優(yōu)選地，所述交聯(lián)劑包括N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺、丙烯酸二乙二醇酯、異丙醇鋁、醋酸鋅和醋酸鉻中的一種或幾種的組合。在上述防塌封堵劑的制備方法中，優(yōu)選地，所述有機(jī)溶劑包括正戊烷、正己烷、正庚烷、環(huán)己烷、環(huán)戊烷、白油、汽油、煤油、液體石蠟、甲苯、二甲苯和四氯化碳中的一種或幾種的組合。在上述防塌封堵劑的制備方法中，優(yōu)選地，所述分散劑包括第一分散劑和第二分散劑；所述第一分散劑包括山梨糖醇酐單油酸酯、十八烷基磷酸單酯、十六烷基磷酸單酯和丙烯酸十八烷酯中的一種或幾種的組合；所述第二分散劑包括聚氧乙烯失水山梨醇單油酸酯和十二烷基硫酸鈉中的一種或兩種的組合。在上述防塌封堵劑的制備方法中，優(yōu)選地，所述引發(fā)劑包括過硫酸鉀、過硫酸銨、過硫酸鈉和偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽中的一種或幾種的組合。在上述防塌封堵劑的制備方法中，優(yōu)選地，該方法還包括在分離出有機(jī)溶劑后，對液態(tài)的初步產(chǎn)品進(jìn)行洗滌干燥，最終獲得固體防塌封堵劑的步驟。在分離出有機(jī)溶劑后，防塌封堵劑的初步產(chǎn)品為一種無色或淡黃色粘稠液體，也可以不需要經(jīng)過洗滌干燥等預(yù)處理，直接加入水基鉆井液中使用。但是，為了運(yùn)輸和保存的方便，可經(jīng)洗滌干燥后，獲得固體防塌封堵劑產(chǎn)品。本發(fā)明還提供了通過上述方法制得的防塌封堵劑，所述防塌封堵劑中的聚合物微球的粒徑為2μm-300μm；優(yōu)選為5μm-200μm。本發(fā)明提供的防塌封堵劑抗溫性能良好，并且具有良好的防塌作用，能有效抑制粘土的水化分散；具有較好的彈性，可以有效降低鉆井液的API濾失量和砂床侵入深度，對不同形狀和尺寸的孔喉起到良好的封堵作用。本發(fā)明另提供了上述防塌封堵劑在水基鉆井液中的應(yīng)用。在使用所述防塌封堵劑的液態(tài)狀初步產(chǎn)品時，加入量優(yōu)選為鉆井液基漿體積的1％-3％。具體實(shí)施方式為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行以下詳細(xì)說明，但不能理解為對本發(fā)明的可實(shí)施范圍的限定。實(shí)施例1本實(shí)施例提供了一種防塌封堵劑，其是通過以下方法制備得到的：將13.5g丙烯酰胺、3g800目碳酸鈣和0.05gN,N’-亞甲基雙丙烯酰胺加到32g蒸餾水中攪拌混合均勻，調(diào)pH值到中性，得到水相；將0.75g十八烷基磷酸單酯溶解于150g環(huán)己烷中，得到油相；將油相置于反應(yīng)容器中，在600轉(zhuǎn)/分下攪拌，通氮?dú)怛?qū)氧30min，同時升溫至45℃，加入水相，攪拌60min使其混合均勻，得到溶液A；在氮?dú)鈼l件下，將溶液A升溫至50℃，然后滴加4g質(zhì)量濃度為12.5wt％的過硫酸鉀水溶液，聚合反應(yīng)3h后，將反應(yīng)液冷卻，然后過濾掉體系中的有機(jī)溶劑，制備得到一種防塌封堵劑(為了便于使用，制成液態(tài)的初步產(chǎn)品即可)。經(jīng)測試，防塌封堵劑的平均粒徑為120μm。實(shí)施例2本實(shí)施例提供了一種防塌封堵劑，其是通過以下方法制備得到的：將11.5g丙烯酰胺、2g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、1g800目碳酸鈣、2g1200目碳酸鈣和0.05gN,N’-亞甲基雙丙烯酰胺加到32g蒸餾水中攪拌混合均勻，調(diào)pH值到中性，得到水相；將0.75g十八烷基磷酸單酯溶解于150g環(huán)己烷中，得到油相；將油相置于反應(yīng)容器中，在700轉(zhuǎn)/分下攪拌，通氮?dú)怛?qū)氧30min，同時升溫至45℃，加入水相，攪拌60min使其混合均勻，得到溶液A；在氮?dú)鈼l件下，將溶液A升溫至50℃，然后滴加4g質(zhì)量濃度為12.5wt％的過硫酸鉀水溶液，聚合反應(yīng)3h后，將反應(yīng)液冷卻，然后過濾掉體系中的有機(jī)溶劑，制備得到一種防塌封堵劑(為了便于使用，制成液態(tài)的初步產(chǎn)品即可)。經(jīng)測試，防塌封堵劑的平均粒徑為82μm。實(shí)施例3本實(shí)施例提供了一種防塌封堵劑，其是通過以下方法制備得到的：將7g丙烯酰胺、7g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2g1200目碳酸鈣、2g1600目碳酸鈣和0.06gN,N’-亞甲基雙丙烯酰胺加到35g蒸餾水中攪拌混合均勻，調(diào)pH值到中性，得到水相；將1g山梨糖醇酐單油酸酯溶解于150g液體石蠟中，得到油相；將油相置于反應(yīng)容器中，在650轉(zhuǎn)/分下攪拌，通氮?dú)怛?qū)氧30min，同時升溫至45℃，加入水相，攪拌60min使其混合均勻，得到溶液A；在氮?dú)鈼l件下，將溶液A升溫至55℃，滴加4g質(zhì)量濃度為15wt％的過硫酸銨水溶液，聚合反應(yīng)3h后，將反應(yīng)液冷卻，然后過濾掉體系中的有機(jī)溶劑，制備得到一種防塌封堵劑(為了便于使用，制成液態(tài)的初步產(chǎn)品即可)。經(jīng)測試，防塌封堵劑的平均粒徑為68μm。實(shí)施例4本實(shí)施例提供了一種防塌封堵劑，其是通過以下制備方法制備得到的：將12g丙烯酰胺、2gN-乙烯基吡咯烷酮、1g800目碳酸鈣、2g1200目碳酸鈣、2g1600目碳酸鈣和0.1g醋酸鉻加到35g蒸餾水中攪拌混合均勻，得到水相；將0.75g山梨糖醇酐單油酸酯和0.25g十二烷基硫酸鈉溶解于150g液體石蠟中，得到油相；將油相置于反應(yīng)容器中，在650轉(zhuǎn)/分下攪拌，通氮?dú)怛?qū)氧30min，同時升溫至45℃，加入水相，攪拌60min使其混合均勻，得到溶液A；在氮?dú)鈼l件下，將溶液A升溫至60℃，滴加5g質(zhì)量濃度為15wt％的過硫酸鈉水溶液，聚合反應(yīng)4h后，將反應(yīng)液冷卻，然后過濾掉體系中的有機(jī)溶劑，制備得到一種防塌封堵劑(為了便于使用，制成液態(tài)的初步產(chǎn)品即可)。經(jīng)測試，防塌封堵劑的平均粒徑為77μm。測試?yán)?本測試?yán)龑?shí)施例1-實(shí)施例4提供的防塌封堵劑用于水基鉆井液中進(jìn)行性能評價。1、測試對象空白樣：膨潤土基漿的配制，在1000ml蒸餾水中加入50g懷安膨潤土、2g碳酸鈉，攪拌30min，室溫下預(yù)水化處理24h，備用。測試樣1-4：在空白樣中分別添加本發(fā)明實(shí)施例1-實(shí)施例4提供的防塌封堵劑，所述防塌封堵劑的質(zhì)量為膨潤土基漿質(zhì)量的2％，分別制得測試樣1、測試樣2、測試樣3和測試樣4。2、性能測試(1)抗溫性將測試樣2和測試樣3高速攪拌20分鐘后，密封24小時進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)后再高速攪拌10分鐘，測其表觀黏度和API濾失量。然后將測試樣2和測試樣3分別裝入老化罐中，分別在120℃、160℃和200℃下熱滾16小時，冷卻至室溫，移入攪拌罐中高速攪拌5分鐘，測其表觀黏度和API濾失量。表觀黏度和API濾失量均根據(jù)國標(biāo)GB/T16783.1-2006中規(guī)定的方法測定，結(jié)果如表1所示。表1各測試對象的抗溫性數(shù)據(jù)表由表1可知，與空白樣相比，測試樣2和測試樣3在不同溫度條件下熱滾后的表觀黏度變化較小，API濾失量大幅降低；熱滾200℃/16小時后，測試樣2和測試樣3仍具有穩(wěn)定的表觀粘度和較低的API濾失量，表明本發(fā)明中實(shí)施例提供的防塌封堵劑能夠滿足高溫地層的鉆井需要。(2)砂床侵入深度的測定將350mL測試對象高速攪拌20min，密封4h進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；取適量60-100目的石英砂用清水洗凈后烘干，將烘干后的砂子裝入可視中壓濾失儀的圓柱筒中，壓實(shí)鋪平，慢慢加入350mL養(yǎng)護(hù)后的測試對象，在室溫下按測試API濾失量同樣的方法加壓0.69MPa，測試30min后濾液侵入砂床的深度，結(jié)果如表2所示。表2各測試對象砂床侵入深度數(shù)據(jù)表測試對象空白樣測試樣1測試樣2測試樣3測試樣4砂床侵入深度/cm26.29.48.06.56.8由表2可知，與空白樣相比，測試樣1、測試樣2、測試樣3和測試樣4的砂床侵入深度都大幅降低，其中測試樣3和測試樣4的砂床侵入深度最小，表明本發(fā)明實(shí)施例提供的防塌封堵劑能有效封堵砂床，有助于提高地層承壓能力，預(yù)防井壁坍塌和井漏，減少井下復(fù)雜情況發(fā)生。(3)防塌性利用泥頁巖滾動回收率實(shí)驗(yàn)評價測試對象的防塌性。將350mL測試對象高速攪拌20min，密封4h進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；取某區(qū)塊泥頁巖樣品，篩取6-10目的干燥巖樣，分別加入各測試對象和清水中，然后裝入老化罐中，在120℃下熱滾16小時，冷卻至室溫，測定泥頁巖滾動回收率，結(jié)果如表3所示。表3各測試對象的防塌性數(shù)據(jù)表配方清水測試樣1測試樣2測試樣3測試樣4回收率/％25.890.190.590.891.2由表3可知，與清水相比，測試樣1、測試樣2、測試樣3和測試樣4的巖屑滾動回收率顯著提高，均在90％以上，表明本發(fā)明實(shí)施例提供的防塌封堵劑具有優(yōu)異的抑制泥頁巖水化分散的性能。(4)儲層保護(hù)性(實(shí)施例3)配制聚合物鉆井液作為對比樣：在空白樣配制的膨潤土基漿中，依次加入0.2％Na2CO3、0.3％KPAM、0.3％LV-CMC、0.2％KHPAN和0.1％XY-27，10000轉(zhuǎn)/分下攪拌，使其充分溶解或分散后，再攪拌20min，密封4h進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，備用；測試樣：在聚合物鉆井液中加入2％實(shí)施例3提供的防塌封堵劑，攪拌20min，密封4h進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；對聚合物鉆井液對比樣和測試樣進(jìn)行儲層傷害評價實(shí)驗(yàn)，巖心采用某油田天然巖心，結(jié)果如表4所示。表4各測試對象動態(tài)污染前后巖心滲透率的變化從表4可以看出，聚合物鉆井液中加入實(shí)施例3提供的防塌封堵劑后，滲透率恢復(fù)率明顯提高，說明本發(fā)明實(shí)施例提供的防塌封堵劑具有較好的保護(hù)油氣層性能。當(dāng)前第1頁1 2 3