[发明专利]用于制备井下交联复合凝胶的组合物以及由其制备的交联复合凝胶

说明书

本发明涉及一种用于制备井下交联复合凝胶堵漏材料的组合物，所述组合物包括阳离子烯基单体、碳酸钙和有机酸。本发明还涉及所述复合凝胶堵漏材料的制备方法，及其在油井堵漏领域的应用。

技术领域

本发明涉及油田化学技术领域，具体涉及一种井下交联复合凝胶堵漏材料及其制备方法。

背景技术

井漏一直是困扰国内外石油勘探开发的重大工程技术难题，尤其是恶性漏失，严重威胁到钻井安全，极大阻碍钻井施工继续进行。一般对于恶性井漏，较为成熟的方法是使用水泥类化学固结浆进行堵漏。但是，水泥浆本身在漏失通道中滞留性差，经常流入漏层深处致使堵漏失败。而且，如果漏层含水或与地下水层连通，水泥浆与地层水相混，更加难以滞留，且难以凝结固化，或凝结强度降低，导致堵漏失败。因此，处理恶性漏失的关键在于保证堵漏剂能够滞留在漏失通道中，而且要避免被地层水冲稀。常见的桥接堵漏材料、高失水堵漏材料、无机胶凝堵漏剂、软硬塞堵漏材料等不足以有效应对。

在上述背景下，凝胶作为一种新型的堵漏材料受到人们的重视。凝胶是一类半固态粘弹体，由水溶性高分子交联形成三维网络结构并吸收一定量的水，具有稳定的相界面，水油两相均难与其混合，抗稀释能力强；具有可变形性，可广泛适应不同尺寸和形状的孔喉或缝隙，填充于地层孔隙，对地层流体起到较好的封隔作用；与地层表面有较好的粘附性，流动阻力大，滞留效果好。基于以上优点，凝胶在堵漏方面的应用具有广阔的发展前景。人工合成的凝胶中最常见的是化学交联的聚丙烯酰胺凝胶。普通聚丙烯酰胺凝胶力学性能很弱，抗压能力差且易碎，难以满足堵漏需求。提高凝胶本体强度，有助于增强凝胶的抗压差驱动能力，能够强化凝胶对地层流体的阻隔以及对漏层的封堵。

文献【Nature，489，133-136】制备了一种海藻酸钙-聚丙烯酰胺同步互穿网络高强度水凝胶。复合网络结构中，聚丙烯酰胺网络通过丙烯酰胺单体、交联剂N，N’-二亚甲基双丙烯酰胺共聚形成；海藻酸钙网络通过海藻酸钠水溶液与CaSO₄·2H₂O释放的钙离子交联形成。但是，如果将该凝胶体系应用在堵漏施工中，存在一些问题：成胶时间短，难以进入目的地层形成凝胶；形成凝胶时间难以调节。专利CN103396562A介绍了一种通过两步法来制备海藻酸钠-聚丙烯酰胺水凝胶的方法，得到的凝胶强度高，但是，由于两步法先制成初级凝胶，再将凝胶浸泡在溶液中继续反应成最终产物，因而其在钻井堵漏中不具备可操作性(初级凝胶无法泵入地层)，不适用于堵漏施工。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备井下交联复合凝胶堵漏材料的组合物以及应用该组合物制备复合凝胶的方法，使用本发明的组合物及方法，提高凝胶本体强度，增强凝胶的抗压差驱动能力，强化凝胶对地层流体的阻隔以及对漏层的封堵。在钻井堵漏领域，堵漏工作液是通过钻具内部向漏层输送的，过快的形成凝胶容易造成钻具的阻塞。本发明制备复合凝胶的组合物采用碳酸钙作为钙离子源，并通过使用有机酸与其反应来控制钙离子的释放，起到了“缓释”的作用，能够对成胶的时间进行控制，尤其适用于钻井堵漏领域。

本发明的一个方面涉及一种用于制备井下交联复合凝胶堵漏材料的组合物，所述组合物包括阳离子烯基单体、碳酸钙和有机酸。

在本发明的一个优选实施方式中，所述组合物按重量份计包括：

在本发明的一个优选实施方式中，所述组分按重量份计包括，所述丙烯酰胺15-20份，优选16-18份；所述阳离子烯基单体2-8份，更优选3-5份；所述N,N’-亚甲基双丙烯酰胺0.01-0.1份；所述海藻酸盐4-5份；所述碳酸钙0.25-1份，优选0.5-1份；所述引发剂0.5-1份；所述有机酸1-2份。