一種陽離子化學堵漏劑及其制備方法

一種陽離子化學堵漏劑及其制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種陽離子化學堵漏劑，包括基于所述堵漏劑總重量計的0.1～5重量%的陽離子聚合物、1～15重量%的填充劑、0.1～5重量%的交聯劑和1～5重量%的流變調節劑。其中，陽離子聚合物優選為陽離子聚丙烯酰胺，填充劑、交聯劑和流變調節劑分別優選為碳酸鈣、六次甲基四胺和膨潤土。本發明所提供的陽離子化學堵漏劑通過在用于油井堵漏施工時，與陰離子型鉆井液在發生井漏的井段混合后發生中和反應和交聯反應，使混合液粘度迅速增大并形成空間網狀結構，從而封堵了漏失通道，起到堵漏的作用，具有堵漏耗時短、堵漏效率高的特點。
【專利說明】一種陽離子化學堵漏劑及其制備方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及石油鉆探領域，具體涉及一種陽離子化學堵漏劑以及其制備方法。

【背景技術】
[0002] 鉆井液漏失(井漏）是石油鉆探過程中普遍存在，并且至今尚未完全解決的石油工 程技術難題。特別是深井、復雜地層的鉆井施工，經常遇到低壓、裂縫及溶洞型嚴重漏失的 地層。據不完全統計，我國每年因處理井漏的費用高達2億元。因此，開發出一種方便有效 的油田鉆井堵漏技術或提供高效實用的堵漏劑將會帶來良好的經濟效益和社會效益。
[0003] 在鉆井過程中，鉆遇高滲透率地層，特別是裂縫發育或有較大孔洞存在的地層時， 往往會發生較嚴重的井漏問題。目前，在石油鉆探過程中發生井漏后，一般采取停止循環鉆 井液，起出鉆具，在靜止條件下進行堵漏施工的措施。具體地，通常采用橋接顆粒材料堵漏 或用水泥漿、脲醛樹脂等化學堵漏劑封堵漏失層位來進行堵漏施工。對于滲透性高地層造 成漏失的堵漏施工，一般采用橋接材料進行堵漏即可滿足鉆井施工的技術要求。但是，對于 由于鉆遇壓力敏感性地層、大裂縫、大溶洞等情況而造成的嚴重井漏，現有的橋接堵漏和使 用化學堵漏劑的施工成功率低，常發生反復堵漏、越堵越漏的情況。例如，在使用水泥漿進 行堵漏施工時，經常發生由于水泥漿與地層水(或鉆井液）混合稀釋，導致水泥漿不能凝固 的現象。
[0004] 目前，鉆井用化學堵漏劑主要可分為固體顆粒類、纖維類、無機凝膠和陰離子聚合 物凝膠等種類。例如，中國授權發明專利CN100556979C公開了一種鉆井用自膠結化學堵 漏劑及其制備方法，該堵漏劑采用無機顆粒和無機凝膠為堵劑，具體以鋁土礦、石灰石和石 膏為原料，對鉆井漏失進行封堵。中國授權發明專利CN102127403B公開了一種鉆井堵漏 齊?，通過將核桃殼粉末、鋸木面、棉籽、谷殼粉末、活性封堵劑和彈性橡膠粒等混合均勻而制 成，構成的組分種類較多。中國授權發明專利CN101955763B公開了一種抗高壓堵漏劑，由 黃豆顆粒、核桃殼粉、蛭石、花生殼粉、水泥和鉆井液用絮凝包被劑（陰離子聚合物）組成； 該堵漏劑利用化學劑和顆粒物質的橋接作用進行封堵，其組成較為復雜。中國發明專利 CN101586023B公開了一種鉆井用預交聯凝膠堵漏劑及其制備方法，通過將丙烯酰胺、丙烯 酸、陽離子單體、交聯劑和引發劑在地面上混合，在氮氣保護下發生交聯聚合反應，制成不 溶解、僅溶脹并具有可膨脹特性的預交聯凝膠堵漏劑；將該堵漏劑注入地下后，依靠聚合物 顆粒的持續膨脹來進行封堵；該堵漏劑通過自身膨脹特性能夠起到良好的堵漏效果，但是 其制備方法較為復雜，需要在氮氣保護下在地面上進行聚合后再進行使用，同時由于其具 有持續的膨脹作用，對使用時間也有一定的限制。
[0005] 此外，在現場施工中也會使用脲醛、酚醛等樹脂類化學堵劑進行堵漏施工。這些施 工也存在如下問題：一是脲醛樹脂成本較高；二是施工難度大；三是受到鉆井液污染或環 境溫度發生變化時，脲醛堵劑不易固結，導致堵漏成功率較低。
[0006] 現有的化學堵漏劑在現場應用中具有一定的封堵效果，但也常常表現出封堵效率 低、封堵強度弱和封堵有效期短等局限。分析導致鉆井工程傳統堵漏技術成功率低的主要 原因是：堵漏劑與鉆井液沒有相互協同作用，混合后粘度變化不大，不能明顯提高堵漏劑的 流動阻力，在裂縫、孔隙等區域堵漏劑不能形成一定體積的滯留和固化，導致封堵作用差。 因此，需要開發適應性廣、封堵速度快和堵漏強度高的新型化學堵漏技術。


【發明內容】

[0007] 針對現有技術中存在的如上所述的技術問題，本發明提供了一種組成簡單、能夠 快速有效地封堵井漏的陽離子化學堵漏劑，以及該堵漏劑的制備方法。
[0008] 具體地，本發明提供了一種陽離子化學堵漏劑，包括基于所述堵漏劑總重量計的 0. 1?5重量％的陽尚子聚合物、1?15重量％的填充劑、0. 1?5重量％的交聯劑和1? 5重量％的流變調節劑。
[0009] 在本發明的一個實施方案中，堵漏劑包括基于所述堵漏劑總重量計的0. 1?5重 量％的陽尚子聚合物、1?15重量％的填充劑、0. 1?5重量％的交聯劑、1?5重量％的流 變調節劑以及余量的水。
[0010] 在一些實施方案中，本發明的堵漏劑包括基于所述堵漏劑總重量計的〇. 5?2重 量％的陽尚子聚合物、1?10重量％的填充劑、0. 1?2重量％的交聯劑和1?4重量％的 流變調節劑。
[0011] 在油氣鉆探中，通常使用的鉆井液是陰離子型體系，其Zeta電位一般在-40mV左 右。鉆井液的Zeta電位負值越高，對粘土的分散能力就越強。通常鉆井液與地層水(淡水） 混合后，鉆井液被稀釋，使鉆井液的粘度和流動阻力降低，從而增加鉆井液的漏失量。當本 發明提供的陽離子化學堵漏劑與鉆井液混合后，堵漏劑與鉆井液迅速發生化學反應，使混 合物形成網狀結構并滯留，進而達到封堵井漏的目的。
[0012] 具體地，在采用陽離子化學堵漏劑進行堵漏施工時，使用鉆桿在井筒漏失的位置 附近注入陽離子堵漏劑，陽離子堵漏劑進入漏失縫隙或孔洞后，與其中的陰離子型鉆井液 混合并快速發生中和反應和交聯固結等化學反應后，體系的粘度瞬間急劇升高，并形成空 間網狀結構，從而使陽離子堵漏劑在漏失部位形成滯留，形成能徹底封堵漏失部位的堵塞 體，從而起到堵塞漏失通道和提高易漏失地層承壓能力的效果。
[0013] 在本發明中，陽離子聚合物優選為陽離子聚丙烯酰胺，并尤其優選為帶季胺基團 的陽離子聚丙烯酰胺。陽離子聚合物的分子量優選為1--οοχ 1〇5,并進一步優選5? 80X 105。陽離子聚合物的陽離子度優選為10%?70%，并進一步優選30%?60%。作為適 用于本發明的陽離子聚丙烯酰胺的型號，例如陽離子聚丙烯酰胺CP-9、CP-8。
[0014] 陽離子聚合物的分子結構中含有可陽離子化的可交聯基團、強吸水基團等官能 團。因此，陽離子聚合物溶解在水溶液中時，由于水化、溶劑化的效應，既可保持聚合物分子 的溶解性和舒展性，也會使溶液的Zeta電位成為正值。當陽離子化學堵漏劑與鉆井液混合 時，能夠增大混合體系的Zeta電位，從而降低鉆井液的分散力，起到堵漏作用。理論研究及 實驗證明，陽離子化學堵漏劑的Zeta電位與鉆井液的Zeta電位(一般Zeta電位為-40mV 左右）差別越大，堵漏效果越好。
[0015] 本發明所使用的填充劑優選為金屬碳酸鹽，其能夠起到充實地下孔洞、調節堵劑 比重等。同時，碳酸鹽具有良好的酸溶解性能，鉆井后可以酸洗去除。具體地，填充劑優選為 碳酸鈣、碳酸鎂和碳酸鋅中的一種或多種。進一步地，優選填充劑的平均粒徑大于0.02 μ m， 并在0. 1 μ m以下。例如選取0. 02 μ m < d (平均粒徑）< 0. 1 μ m的碳酸鈣粉末作為填充 劑。
[0016] 本發明所使用的交聯劑為胺類化合物，其可以在一定溫度下與陽離子聚丙烯酰胺 發生交聯反應，使堵劑體相中的線型高分子相互連接形成高分子網絡，從而成為具有良好 封堵性能的凝膠體。具體地，本發明的交聯劑優選為六次甲基四胺、二乙烯三胺和三乙烯四 胺中的一種或多種。當堵漏劑與鉆井液在井下相遇混合時，除了發生中和反應以外，由于井 下地層的溫度較高，促進了混合液中發生交聯反應，使混合液形成空間網狀結構，迅速起到 堵漏作用。
[0017] 本發明所使用的流變調節劑優選為膨潤土。由于膨潤土中鈉、鈣含量對膨潤土本 身的性能影響很大，因此除了普通的膨潤土以外，還存在經改性后鈉或鈣等含量較高的鈉 基膨潤土或鈣基膨潤土等。本發明使用的上述膨潤土包括普通膨潤土、鈣基膨潤土和鈉基 膨潤土等，可根據具體的使用條件進行優選。在本發明中，流變調節劑依靠粘土分散在水中 的增稠效果調節體系的流變性。可根據封堵井使用的鉆井液和封堵層位的地層水性質選用 不同的膨潤土，以達到增粘效果。
[0018] 本發明所提供的陽離子化學堵漏劑的表觀粘度(使用六速旋轉粘度計在l〇〇r/min 轉速下測試）一般為32?85mPa. s。
[0019] 本發明還提供了一種如上所述的陽離子化學堵漏劑的制備方法，包括將陽離子聚 合物溶解于水中，然后依次加入流變調節劑和填充劑，分散均勻后，加入交聯劑，繼續攪拌 使交聯劑完全溶解，得到所述堵漏劑。
[0020] 在一個具體的實施方案中，上述陽離子化學堵漏劑的制備方法具體包括以下步 驟：A、向反應釜中加入如上所述比例的陽離子聚合物和適量的水，在100?500r/min的攪 拌速度下攪拌1?3小時，使陽離子聚合物充分溶解；B、在攪拌狀態下，按上述比例加入流 變調節劑、填充劑，繼續攪拌使其分散均勻；C、加入交聯劑，繼續攪拌，得到混合均勻的堵漏 劑。
[0021] 本發明提供的陽離子化學堵漏劑在使用時，可根據實際使用的不同性質的鉆井液 和施工中的井下狀況，選擇不同的堵漏劑配方，并現場測試、選定合適的配比將堵漏劑與鉆 井液混合來進行堵漏施工。
[0022] 本發明所提供的陽離子化學堵漏劑通過在用于堵漏施工時，與陰離子型鉆井液在 發生井漏的井段混合后發生中和反應和交聯反應，使混合液粘度迅速增大并形成空間網狀 結構，進而形成滯留，從而封堵了漏失通道，同時提高了易漏失地層承壓能力的效果。
[0023] 本發明的陽離子化學堵漏劑與鉆井液混合后，能夠使混合物的Zeta電位比鉆井 液的Zeta電位高出10mV以上，顯著地降低了鉆井液的分散能力。該堵漏劑在應用中具有堵 漏耗時短、堵漏效率高的特點，比常規的堵漏時間縮短50%以上，承壓能力能夠達到12MPa/ m。此外，本發明的堵漏劑組成成分簡單、原料易得，并且組成中不含對環境和人體有毒副作 用的成分；該堵漏劑的制備方法易于操作，穩定性好；此外，該堵漏劑在使用時，堵漏施工 操作簡便。
[0024] 本發明的堵漏劑可以廣泛用于石油鉆探或其它鉆孔施工中遇到的低壓、裂縫、孔 洞、溶洞性嚴重漏失地層的堵漏施工作業中，具有顯著的社會意義和經濟意義。

【具體實施方式】
[0025] 下面將通過具體實施例對本發明作進一步地說明，但本發明的范圍并不限于此。
[0026] (-）陽離子化學堵漏劑的制備(實施例1?5)
[0027] 按照表1所示的配方，配置5份(分別對應實施例1?5)各1000g的陽離子化學 堵漏劑，具體操作步驟如下：取2500ml燒杯，安裝懸臂式攪拌器；按表1所示的量加入水， 開啟攪拌，轉速為450r/min ;加入如表1所示的量的陽離子聚丙烯酰胺（CP-9,上海恒力水 處理材料公司生產)，攪拌2小時，使陽離子聚丙烯酰胺溶解；然后依次加入膨潤土、碳酸鈣 (平均粒徑為0. 06 μ m)，繼續攪拌使其分散均勻；再加入六次甲基四胺，繼續攪拌1小時，得 到實施例1?5的粘稠狀陽離子化學堵漏劑。
[0028] 表 1
[0029]

【權利要求】
1. 一種陽離子化學堵漏劑，包括基于所述堵漏劑總重量計的0. 1?5重量％的陽離子 聚合物、1?15重量％的填充劑、0. 1?5重量％的交聯劑和1?5重量％的流變調節劑。
2. 根據權利要求1所述的堵漏劑，其特征在于，所述堵漏劑包括基于所述堵漏劑總重 量計的〇. 1?5重量％的陽尚子聚合物、1?15重量％的填充劑、0. 1?5重量％的交聯劑、 1?5重量％的流變調節劑以及余量的水。
3. 根據權利要求1或2所述的堵漏劑，其特征在于，所述堵漏劑包括基于所述堵漏劑總 重量計的〇. 5?2重量％的陽尚子聚合物、1?10重量％的填充劑、0. 1?2重量％的交聯 劑和1?4重量％的流變調節劑。
4. 根據權利要求1-3中任一項所述的堵漏劑，其特征在于，所述陽離子聚合物為陽離 子聚丙烯酰胺，并優選為帶季胺基團的陽離子聚丙烯酰胺。
5. 根據權利要求1-4中任一項所述的堵漏劑，其特征在于，所述陽離子聚合物的分子 量為1?100 X 105,優選5?80 X 105 ;陽離子度為10%?70%，優選30%?60%。
6. 根據權利要求1-5中任一項所述的堵漏劑，其特征在于，所述填充劑為金屬碳酸鹽， 并優選為碳酸鈣、碳酸鎂和碳酸鋅中的一種或多種。
7. 根據權利要求1-6中任一項所述的堵漏劑，其特征在于，所述填充劑的平均粒徑大 于0·02μ--，并在0· Ιμ--以下。
8. 根據權利要求1-7中任一項所述的堵漏劑，其特征在于，所述交聯劑為胺類化合物， 并優選為六次甲基四胺、二乙烯三胺和三乙烯四胺中的一種或多種。
9. 根據權利要求1-8中任一項所述的堵漏劑，其特征在于，所述流變調節劑為膨潤土。
10. -種如權利要求1-9中任一項所述的堵漏劑的制備方法，包括將陽離子聚合物溶 解于水中，然后依次加入流變調節劑和填充劑，分散均勻后，加入交聯劑，繼續攪拌使交聯 劑完全溶解，得到所述堵漏劑。
【文檔編號】C09K8/42GK104152123SQ201310175487
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年5月13日 優先權日:2013年5月13日
【發明者】蘇長明, 趙夢云, 蘇建政, 張汝生, 馬玉生, 鄭承綱, 張鎖兵 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院