一种温压响应型井下自愈合堵漏剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于石油钻井用堵漏技术领域，具体涉及一种温压响应型井下自愈合堵漏剂及其制备方法。本发明专利技术通过两步聚合法来构建体系中的离子键，凝胶中的高分子链全部为带正电或带负电的基团，能够形成连续的静电吸引作用，形成的离子键具有较宽的强度分布，强键作为永久交联点固定基本形状，弱键在形变时断裂进行能量耗散，这使得凝胶具有了优异的机械性能。这使得凝胶具有了优异的机械性能。

【技术实现步骤摘要】
一种温压响应型井下自愈合堵漏剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于石油钻井用堵漏
，具体涉及一种温压响应型井下自愈合堵漏剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]井漏是指钻井过程中大量钻井液漏入地层的现象。若处理不当，将会产生不可估量的人力、财力以及时间的损失，而且可能会造成井塌、卡钻、井喷等事故，甚至导致井眼报废等复杂问题，严重影响油气资源的开发。
[0003]随着勘探开发向深层超深层、非常规等资源领域拓展，井漏发生率愈发提高，传统的堵漏材料和堵漏方法等在处理井漏过程中有着一定的局限性，主要表现为传统的桥堵材料难以匹配和滞留在漏失通道内，即使形成封堵层，也易被地层水冲稀，承压能力极低，易产生复漏。而水泥堵漏材料则密度一般都比较大，对地层的扰动大，安全系数低。当密度和强度过高时，易导致裂缝的压力传播和诱导扩散，引发其他的漏失问题。大多数无机胶凝堵漏材料粘弹性差，韧性不好，所以进入裂缝凝固并受力破碎后各碎块不能相互粘接，无法保持原状态，易被钻井液携走，无法有效封堵地层。
[0004]自愈合凝胶是通过动态链形成的交联的三维聚合物网络体系，在遭到破坏后可自发愈合，并完成结构和功能的恢复。交联的聚合物网络可以通过共价键、氢键、链间范德华相互作用、静电相互作用或物理缠结等物理化学方式形成。该特点可以有效提高材料的使用寿命和安全性。自愈合凝胶颗粒在进入漏失层后可吸水膨胀、充填堆积；然后在裂缝中胶结形成一体化的、无缝隙的整体，并且自愈合凝胶在受到外力发生破损后可通过自身内部的可逆共价/非共价键实现自行自愈合。克服了传统吸水膨胀凝胶滞留能力差的不足和地下交联凝胶易稀释、不可控的弱点。因此，有必要研发一种在地层中可自行愈合且具有承压能力的自愈合凝胶堵漏材料，以满足目前堵漏领域的要求。
[0005]申请文件1(CN112250787A)公开了一种具有自愈合特性的凝胶颗粒堵漏剂及其制备方法与应用。根据其制备原理和实施例中阳离子乳胶颗粒按的制备方法等的描述可知，该堵漏剂重要主要包括两类大分子。一类是阳离子与苯乙烯的共聚物，其形成了阳离子乳胶颗粒。另一类是亲水单体、交联剂和疏水单体的共聚物。两类大分子通过阳离子乳胶颗粒与亲水单体中的丙烯酸的静电作用连接。
[0006]申请文件2(CN113501910B)公开了一种多重非共价键协同自愈合凝胶堵漏剂及其制备与应用。根据其制备原理可知，该堵漏剂主要包括两类大分子。一类是带阴离子基团的天然大分子分子与第一交联剂无机金属交联剂形成的交联大分子。另一类是水单体、交联剂和疏水单体的共聚物。两类大分子自然分散，并无明显的相互作用。
[0007]申请文件3(CN113943558A)公开了一种共价键非共价键复合作用的自愈合凝胶随钻防漏剂及其制备方法与应用。根据其制备原理可知，其大分子的第一共聚反应单体与大分子的第二共聚反应单体通过第一交联剂的交联，形成第一网络；其大分子的第一共聚反应单体与大分子的第二共聚反应单体通过第而交联剂的交联，形成第二网络；其大分子的
第一共聚反应单体经冻融循环产生微晶从而形成氢键，形成第三重网络。其多层网络互穿，各网络之间同样无明显的相互作用。

技术实现思路

[0008]为解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种温压响应型井下自愈合堵漏剂及其制备方法。本专利技术的自愈合凝胶在漏失层中可吸水膨胀、充填堆积；在温度作用下可以加快自行愈合速率，在裂缝中自愈合形成一体化的、无缝隙和具有承压能力的整体，从而实现对井下漏失层堵漏的目的。
[0009]本专利技术所提供的技术方案如下：
[0010]一种温压响应型井下自愈合堵漏剂的制备方法，包括以下步骤：
[0011]步骤S1、将阴离子单体加入到去离子水中并搅拌均匀；
[0012]步骤S2、向步骤S1得到的溶液中通入惰性气体鼓泡，然后加入引发剂，在一定温度下反应后干燥得到阴离子聚合物；
[0013]步骤S3、向去离子水中加入氯化钠、阳离子单体和步骤S2得到的阴离子聚合物，并搅拌分散后得到悬浮液A；
[0014]步骤S4、向悬浮液A中加入水溶性非离子单体、表面活性剂以及疏水单体，在30℃
‑
40℃下搅拌分散后得到悬浮液B；
[0015]步骤S5、向悬浮B中通入惰性气体鼓泡，然后加入引发剂，反应后得凝胶；
[0016]步骤S6、将步骤S5得到的凝胶放入去离子水中进行透析后即得到基于疏水缔合及离子键双物理交联的自愈合水凝胶；
[0017]步骤S7、将步骤S6得到的自愈合凝胶真空干燥、破碎后即得到基于疏水缔合及离子键双物理交联的自愈合凝胶颗粒堵漏材料；
[0018]或者，包括以下步骤：
[0019]步骤SS1、将阳离子单体、加入到去离子水中并搅拌均匀；
[0020]步骤SS2、向步骤SS1得到的溶液中通入惰性气体鼓泡，然后加入引发剂，在一定温度下反应后干燥得到阳离子聚合物；
[0021]步骤SS3、向去离子水中加入氯化钠、阴离子单体和步骤SS2得到的阳离子聚合物，并搅拌分散后得到悬浮液C；
[0022]步骤SS4、向悬浮液C中加入水溶性非离子单体、表面活性剂以及疏水单体，在30℃
‑
40℃下搅拌分散后得到悬浮液D；
[0023]步骤SS5、向悬浮D中通入惰性气体鼓泡，然后加入引发剂，反应后得凝胶；
[0024]步骤SS6、将步骤SS5得到的凝胶放入去离子水中进行透析后即得到基于疏水缔合及离子键双物理交联的自愈合水凝胶；
[0025]步骤SS7、将步骤SS6得到的自愈合凝胶真空干燥、破碎后即得到基于疏水缔合及离子键双物理交联的自愈合凝胶颗粒堵漏材料。
[0026]上述技术方案中：
[0027]所得到堵漏剂主要包括两类大分子。一类是阴离子单体的共聚物。另一类是阳离子单体、水溶性非离子类单体和疏水单体的共聚物。两类大分子通过阴、阳离子静电结合。该组成方式明显不同于各个现有技术；
[0028]由于在高分子链中引入阳离子单体，能够形成连续的静电吸引作用，形成的离子键具有较宽的强度分布，强键作为永久交联点固定基本形状，弱键在形变时断裂进行能量耗散，这使得凝胶具有了优异的机械性能。
[0029]根据本专利技术，优选的，步骤S1或SS3中，所述的阴离子单体为含有磺酸根基团的乙烯基单体；或者，为含有磷酸根基团的乙烯基单体；或者，为含有羧酸根基团的乙烯基单体；所述的阴离子单体与步骤S1中的去离子水质量比为(5
‑
30):100。
[0030]根据本专利技术，优选的：
[0031]所述的含有磺酸根基团的乙烯基单体包括但不限于甲基丙烯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钾、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸钠、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸钾、苯乙烯磺酸钠、苯乙烯磺酸钾、乙烯基磺酸钠、乙烯基磺酸钾、甲基丙烯酸3
‑
磺酸丙酯的钾盐或钠盐、3
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种温压响应型井下自愈合堵漏剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、将阴离子单体加入到去离子水中并搅拌均匀；步骤S2、向步骤S1得到的溶液中通入惰性气体鼓泡，然后加入引发剂，在一定温度下反应后干燥得到阴离子聚合物；步骤S3、向去离子水中加入氯化钠、阳离子单体和步骤S2得到的阴离子聚合物，并搅拌分散后得到悬浮液A；步骤S4、向悬浮液A中加入水溶性非离子单体、表面活性剂以及疏水单体，在30℃
‑
40℃下搅拌分散后得到悬浮液B；步骤S5、向悬浮B中通入惰性气体鼓泡，然后加入引发剂，反应后得凝胶；步骤S6、将步骤S5得到的凝胶放入去离子水中进行透析后即得到基于疏水缔合及离子键双物理交联的自愈合水凝胶；步骤S7、将步骤S6得到的自愈合凝胶真空干燥、破碎后即得到基于疏水缔合及离子键双物理交联的自愈合凝胶颗粒堵漏材料；或者，包括以下步骤：步骤SS1、将阳离子单体加入到去离子水中并搅拌均匀；步骤SS2、向步骤SS1得到的溶液中通入惰性气体鼓泡，加入引发剂，在一定温度下反应后静置干燥得到阳离子聚合物；步骤SS3、向去离子水中加入氯化钠、阴离子单体和步骤SS2得到的阳离子聚合物，并搅拌分散后得到悬浮液C；步骤SS4、向悬浮液C中加入水溶性非离子单体、表面活性剂以及疏水单体，在30℃
‑
40℃下搅拌分散后得到悬浮液D；步骤SS5、通入惰性气体鼓泡，然后向悬浮D中加入引发剂，反应后得凝胶；步骤SS6、将步骤SS5得到的凝胶放入去离子水中进行透析后即得到基于疏水缔合及离子键双物理交联的自愈合水凝胶；步骤SS7、将步骤SS6得到的自愈合凝胶真空干燥、破碎后即得到基于疏水缔合及离子键双物理交联的自愈合凝胶颗粒堵漏材料。2.根据权利要求1所述的温压响应型井下自愈合堵漏剂的制备方法，其特征在于：步骤S1或SS3中，所述的阴离子单体为含有磺酸根基团的乙烯基单体；或者，为含有磷酸根基团的乙烯基单体；或者，为含有羧酸根基团的乙烯基单体；所述的阴离子单体与步骤S1或SS3中的去离子水质量比为(5
‑
30):100。3.根据权利要求2所述的温压响应型井下自愈合堵漏剂的制备方法，其特征在于：所述的含有磺酸根基团的乙烯基单体包括但不限于甲基丙烯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钾、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸钠、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸钾、苯乙烯磺酸钠、苯乙烯磺酸钾、乙烯基磺酸钠、乙烯基磺酸钾、甲基丙烯酸3
‑
磺酸丙酯的钾盐或钠盐、3
‑
磺丙基丙烯酸盐的钾盐或钠盐、2
‑
甲基
‑2‑
丙烯酸
‑2‑
磺乙酯的钾盐或钠盐、甲基丙烯酰胺基苯磺酸钠或甲基丙烯酰胺基苯磺酸钾中的一种或两种；所述的含有磷酸根基团的乙烯基单体包括但不限于乙烯基膦酸、2
‑
甲基丙烯酸苯基磷酸酯或甲基丙烯酸酯基烷氧基磷酸酯；所述的含有羧酸根基团的乙烯基单体包括但不限于式(1)，其中R1为
‑
H
‑
或
‑
CH3‑
，R2为
‑
NH
‑
或
‑
O
‑
，n＝1～2；步骤S1或SS1中，所述的引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二碳酸二异丙酯、过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或偶氮二异丁酸二甲酯中的至少一种；引发剂与阴离子或阳离子单体质量比为(0.1
‑
2):100。4.根据权利要求1所述的温压响应型井下自愈合堵漏剂的制备方法，其特征在于：步骤S2或SS2中所述的惰性气体为氮气、氦气、氖气或氩气中的至少一种；惰性气体流量为20
‑
40mL/min；惰性气体鼓泡时间为10
‑
30min；步骤S2或SS2中所述的反应的温度为50
‑
80℃；反应的时间为20
...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙一夫，王韧，程荣超，屈沅治，任晗，王成，李颖颖，
申请(专利权)人：中国石油集团工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：