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AMPS在抗高温抗盐凝胶堵漏剂的研究

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点击次数:1261 更新时间:2021年02月26日12:59:25 打印此页 关闭

        为解决普通堵漏凝胶存在抗温、可控性较差等问题,通过分子结构设计,以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、疏水单体为原料合成了一种新型双亲聚合物,以新型双亲聚合物为主剂,通过与自制交联剂交联反应制备了一种新型凝胶堵漏剂。采用红外光谱分析、热重分析分别对双亲聚合物的分子结构、分子链的热稳定性进行了表征。考察了聚合物质量分数、交联剂质量分数、成胶温度及交联时间对凝胶性能的影响,试验结果表明: 堵漏剂成胶时间可控。凝胶抗温性能、黏弹性及堵漏性能评价结果表明: 凝胶抗温性能较好,在 140 ℃下老化24 h后,仍有吐舌效应; 应力为11 Pa、振动频率为0.01 ~15 Hz条件下,凝胶具有较好的黏弹性及剪切稀释性; 凝胶承压能力较好,压力达到7 MPa时,在10 ~ 20 目砂石模拟漏层中10 min的漏失量仅为2.3 mL。

      在油气钻井过程中,如钻遇裂缝性、溶洞性、破碎性等复杂地层时极易发生井漏。井漏的处理是石油钻井中的难点,不仅会耗费钻井时间,损失钻井液,还有可能引起卡钻、井喷及井塌等,甚至导致井眼报废,带来重大经济损失。目前采用凝胶( 如西南石油大学研制的特种凝胶 ZND、吸水型树脂凝胶等) 处理井漏问题已取得了较好的效果,但还存在凝胶成胶时间不可控、现场使用泵送困难的问题。尤其对于高温地层,目前凝胶的使用还有较大的局限性,大部分凝胶的抗温性较差,在高温地层易受高温影响导致脱水收缩、热降解及三维网络结构坍塌,造成凝胶强度和黏度大幅降低,凝胶材料失效。针对上述问题,笔者开发了一种新型抗高温可控凝胶堵漏剂,合成的聚合物主剂由水溶解后,加入自制交联剂,成胶后的凝胶堵漏剂抗温性能及黏弹性较好,成胶时间可控,较大地提高了对漏层的封堵成功率。

    1.1 双亲聚合物的合成

①按n( AM) ∶ n( AMPS) ∶ n( S) = 88. 3 ∶ 10 ∶ 的比例称取单体,分别使用去离子水配成溶液,其中 AMPS 单体的溶液使用 NaOH 溶液调节 pH 值至7 ~ 8; ②将3 种溶液依次加入到三口烧瓶中,继续加入去 离 子 水 直 至 3 种单体的总质量浓度为. 2 g /mL; ③通氮除氧30 min后加入 3 种单体总质量 3%的引发剂偶氮二异丁脒盐酸盐,在恒温水浴55 ℃及氮气存在的条件下反应6 h,得到乳白色聚合物; ④用无水乙醇反复洗涤沉淀得到的聚合物,在 50 ℃条件下真空干燥,粉碎,即制得双亲聚合物。

    1.2 凝胶堵漏剂的制备

用量筒量取100 mL蒸馏水,在较高的搅拌速率条件下,边搅拌边缓慢加入按比例称量的双亲聚合物,避免出现“鱼眼”,搅拌至固体粉末完全

溶解,在室温下密封静置4 h使其完全溶胀。按比例量取自制交联剂,倒入聚合物溶液中,搅拌使其充分分散,密封,放入烘箱中,考察两者的交

联时间。

     分析:聚合物初始的失重是由于聚合物分子中吸附的水蒸发所导致。聚合物的分子链主链以及侧链大部分为C—C、C—N 键,抗温能力较强,当温度高于374 ℃ 时,双亲聚合物分子的主链才开始降解。分子中引入 AMPS 的大分子侧基、疏水单体的长碳链,均大大增强了双亲聚合物分子的热稳定性。

结 论

1) 采用丙烯酰胺、耐温耐盐单体 AMPS、疏水单体 S 合成了一种新型双亲聚合物,将该新型双亲聚合物与自制交联剂交联制得一种新型堵漏剂。

2) 堵漏剂成胶时间基本可控,可根据不同泵送时间及地层温度调节配方,减小施工难度。

3) 堵漏剂可耐高温,双亲聚合物热降解温度高达318 ℃ ; 凝胶在140 ℃条件下热滚24 h后仍有吐舌效应。

4) 堵漏剂在高速搅拌时表观黏度较低,有利于输送运移; 较低剪切速率时表观黏度较高,有利于封堵地层。在应力为 11 Pa、振动频率为 0. 01 ~

    15 Hz条件下,凝胶具有较好的黏弹性及剪切稀释性。

5) 堵漏剂对不同温度、不同裂缝的地层均有较好的封堵性能,承压能力可达7 MPa。

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