[发明专利]一种多元聚合凝胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多元聚合凝胶的制备方法，本发明涉及高分子多组分接枝共聚以及工程技术领域。

背景技术

目前，油气井在进行钻井完井和修井等作业过程中，为保证施工安全，通常采用泥浆或压井液以及相配套的压井装置压井。而这种常规压井必然对储层造成伤害，有些井作业完以后很久没有产量，甚至完全成为废井，并且施工费用昂贵，施工周期长、作业复杂等特点。

为改变这种状况，可采用带压作业来替代压井液压井，即通过井口设备控制井筒压力，既能确保井口作业安全，又能避免压井液给储层带来的伤害。但是，带压作业存在作业费用高、周期长等问题，并且目前采用的带压作业还不能满足某些特殊井的作业要求。

我国油田用凝胶的研制始于20世纪60年代末。80年代，凝胶技术得到更大的发展，其中聚丙烯酰胺交联凝胶体系的研究和应用取得很大的进步。但是聚丙烯酰胺类凝胶存在胶体强度小，与管壁粘附性差的缺点，更重要的是金属离子对聚丙烯酰胺有严重的降解破坏作用，因而限制了其在某些领域的应用。

中国专利公告号CN101135237B，提供了一种井下冻胶阀的技术及工艺，是由瓜胶、片碱、甲醛、硼砂以及双氧水组成的凝胶，其工艺简单，施工周期短，但是存在与管壁粘附较差，承压能力较低等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种多元聚合凝胶的制备方法，其制备的多元聚合凝胶基液粘度低，胶体强度大，与管壁粘附强，承压能力高，用来封隔井筒，确保油气井作业时的安全，并有效保护储层免受伤害。

本发明所述的多元聚合凝胶的制备方法是以羧甲基纤维素钠、丙烯酰胺、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸为原料，在水介质中，40℃环境中通入氮气，经引发剂引发后，在搅拌的条件下形成接枝共聚物。将该接枝共聚物溶解于水，配制为1.5-2％的基液，加入交联剂和破胶体系，形成可控破胶的多元聚合凝胶。

在接枝共聚反应过程中所使用的原料质量份数配比为：1-5％羧甲基纤维素、10-20％丙烯酰胺、3-8％ 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、0.5-6％丙烯酸、10-20％丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、余量为水。

在接枝共聚反应中持续通入氮气，直至反应结束。

所加的引发剂是过硫酸钾与亚硫酸钠。

在成胶过程中，所加的交联剂为硫酸铬钾，破胶剂为过硫酸铵或过硫酸铵与亚硫酸氢钠(亚硫酸钠)复配体系。

所加的硫酸铬钾，所用质量为接枝共聚物的0.01-0.03％。

所加的过硫酸铵质量为接枝共聚物的0.02-0.5％，其与亚硫酸氢钠的质量比为2∶1。

在水为介质，以羧甲基纤维素钠、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酸为原料，40℃环境中通入氮气，经引发剂引发后，在搅拌的条件下形成接枝共聚物。该接枝共聚物溶解后，加入交联剂和破胶体系后，能够形成可控破胶的多元聚合凝胶。

上述接枝共聚反应的反应式如下：

链引发：

S₂O₈^2-→2SO₄^-·；SO₄^-·+Cellulose-OH→Cellulose-O·+HSO₄^-

Cellulose-O·+M→Cellulose-OM·

链增长：Cellulose-OM·+(n-1)M→Cellulose-OM_n·

链终止：Cellulose-OM_n·+Cellulose-OM_m·→Cellulose-OM_n+m

        Cellulose-OM_n·+SO₄^-·→Cellulose-OM_n+HSO₄^-

上述多元聚合凝胶的成胶结构如下图：

本发明方法合成凝胶的性能：

基液粘度(20℃)：50mPa.s-150mPa.s

胶塞粘度：2×10⁴mPa.s-36×10⁴mPa.s

弹性模量：20mPa.s-5200Pa