[发明专利]一种丙烯酰胺/纳米纤维素复合凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种丙烯酰胺/纳米纤维素复合凝胶及其制备方法。所述制备方法包括如下步骤：向纳米纤维素的悬浮液中加入丙烯酰胺、引发剂和交联剂，经成胶即得到。由于常规的聚合物凝胶呈三维孔洞网络结构，其中主要成分为水分子，凝胶的链状结构疏松，强度较弱，具有一定的流动性，无法达到油田应用中的冻胶阀所需的强度。特别是对于高压地层，常规聚合物凝胶不能有效地阻止油气溢出。针对此，本发明通过在聚合物凝胶中添加纳米纤维素来达到增强其强度的效果，进而提高冻胶阀的机械强度，改善冻胶阀在套管中的性能。本发明同时还考察了纳米纤维素与聚合物之间的相互作用，探索纳米纤维素提高凝胶强度的作用机理，对改善冻胶阀机械性能具有指导意义。

技术领域

本发明涉及一种复合凝胶及其制备方法，具体涉及一种丙烯酰胺/纳米纤维素复合凝胶及其制备方法。

背景技术

为了满足世界经济发展对石油的需求，目前石油勘探开发的重点已转移到中、小型油田、复杂地质地表条件下的油田、非常规油气资源以及中、后期油田的改造、挖潜上来。这种形式导致勘探开发的难度增大，投入成本增高，迫切需要油气勘探开发新技术，降低石油的勘探开发成本则是目前石油工业上游领域的重要任务之一。就我国来说，特殊油气资源分布于全国各大油田，其储量占总探明储量的三分之一以上。在常规油田的钻井过程中，由于长期的过平衡钻井导致油藏污染，堵塞的现象时有发生，而且相当一部分开发中后期油田由于压力递减而进入低压油田范畴，由此欠平衡钻井技术以其独特的优势获得了广泛的应用。

采用欠平衡钻井技术钻井，由于井筒内钻井液液柱压力低于地层压力，钻井液滤液和有害固相的滤失和侵入就会减轻或消除，从而有效地保护油气层，减少或免去油气层改造等作业措施及昂贵的费用。此外，欠平衡钻井过程中由于钻头端面上液柱压力减小，正在被钻的岩石更易破碎，低密度的循环液体有助于减少“压持效应”，使钻头继续切削新的岩石而不是重复碾压已破碎的岩石，减少了岩屑的重复破碎现象，能够有效的提高机械钻速，延长钻头的使用寿命，从而提高钻井效率，缩短钻井周期，降低钻井成本。

为了确保欠平衡钻井的效果，国内提出了“全过程欠平衡钻井”的概念，即从钻开油气层直到完井都要实现欠平衡，国外也相继采用欠平衡完井和欠平衡作业。目前一般通过两种方法实现全过程欠平衡：强行起下钻法和井下隔离法。强行起下钻法是采用强行起下钻装置进行全过程欠平衡的一种作业方法。根据全过程欠平衡技术要求，在钻进和起下钻过程中钻井流体的循环压力应小于地层孔隙压力，这样欠平衡作业的整个过程中都需要旋转防喷系统密封井口压力。而井下隔离法是采用井下隔离系统进行全过程欠平衡作业的一种方法。井下隔离系统主要由井下套管阀、地面液压控制装置、管线束、各种过渡接头和附件等组成。套管阀随技术套管一起下入到设计深度，地面有一套液压控制装置，两条液压管线组成的管线束从地面控制装置一直联接到井下套管阀。根据施工需要，操作地面控制装置开启或关闭该阀。

但二者在实际应用中存在一些缺点，不压井起下钻装置在使用前需要大量时间安装设备，使用过程中也需要大量时间实现起钻和下钻作业，另外该装置在筛管完井过程中不能实现安全压井作业。井下套管阀则主要靠进口，成本较高，此外钻井过程由于存在井斜原因，钻具可能对其造成损害致使控制系统失灵。

因此，寻求适应性强、成本低、风险小的欠平衡钻井和完井技术显得非常迫切。另外，修井施工中常用的、基本的压井作业，其所用的压井液一般均含有一些固相颗粒，以及一些与地层流体产生有害沉淀的化学物质，这使得修井过程所用的压井液会对储层产生一定的伤害，也亟需开发对储层低伤害的压井液。

国内外对低伤害的压井液展开了较广泛的研究。主要采用无固相压井液及利用各种清洁隔离液将压井液与储层流体隔离，以减少压井液对储层的伤害。但这些方法其本身起不到压井液的作用。利用有机冻胶在储层中部和油管管柱底部之间的井筒内形成一段强度很高的胶体段，以实现钻完井和修井过程安全封隔井筒，而且能将泥浆、钻井液与储层有效分开，有效阻止压井液进入地层，同时能够阻止地层汇总的硫化氢等气体向外逸出，有望克服目前常规的压井施工方法对储层的伤害，以及施工费用昂贵的不足。

发明内容