一种凝胶组织封堵材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及油田封堵材料技术领域，尤其涉及一种凝胶组织封堵材料及其制备方法。


背景技术：

2.目前随着油田开发到中后期，改层补孔已是一项重要的增产措施，然而改层补孔面对的一项关键措施是封堵低产或已高含水的油层，目前封堵材料主要是以水泥材料为上，水泥封堵存在很大的局限性，并且对于油层渗率差异严重的井，封堵难以保证效果、此外由于分层沉降速度快，在井筒内会形成致密水泥段塞，钻塞难度大、增加套管损程度。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种凝胶组织封堵材料及其制备方法，旨在解决现有技术中的封堵材料主要是以水泥材料为上，水泥封堵存在很大的局限性，并且对于油层渗率差异严重的井，封堵难以保证效果、此外由于分层沉降速度快，在井筒内会形成致密水泥段塞，钻塞难度大、增加套管损程度的技术问题。
4.为实现上述目的，本发明采用的一种凝胶组织封堵材料，包括50-100份甲类材料、1-20份乙类材料、3-4份第一添加剂、0.1-10份第二添加剂和0.1-10份成胶调节剂。
5.其中，所述甲类材料选用固体粉末材料，其粒径小等于200μm，所述甲类材料为酚醛树脂粉、胺基树脂、石膏、高硫铝矿石熟料粉末、mgo粉末、sio2粉末、生石灰粉末、sa熟料粉末，al2o
3-sio2粉末，zro
2-tio2粉末中的一种或多种混合。
6.其中，所述乙类材料选用固体颗粒材料，其粒径小等于2mm，所述乙类材料为云母矿物材料、塑料纤维、木质材料、竹质材料、核桃壳、高硫铝矿石熟料中的一种或多种混合。
7.其中，所述第一添加剂为聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇缩乙醛或聚乙烯醇缩甲醛中的一种或多种混合。
8.其中，所述第二添加剂为羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、乙二胺、三乙醇胺、苯胺、二甲基甲酰胺、n-甲基乙醇胺、三乙胺中的一种或多种混合。
9.其中，所述成胶调节剂为甲氧基苯酚、十二烷基酚、2,5-二叔丁基对苯二酚、纯碱、烧碱、氟硼酸钠、mgo粉末、sio2粉末、淀粉、干酪素、蔗糖、葡萄糖、木质磺酸钙盐或钠盐、羧甲基纤维素钠、羧乙基纤维素、酒石酸、酒石酸钾、酒石酸钙、二水硫酸钙、亚硫酸钙、硫酸亚铁、失水山梨醇聚氧乙烯醚月桂酸酯、甲基丙烯酸二甲胺乙酯、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种混合。
10.本发明还提供一种采用上述所述的凝胶组织封堵材料的制备方法，包括如下步骤：
11.按质量份计将所述甲类材料和所述乙类材料混合均匀，得到混合物；
12.向所述混合物内添加所述第一添加剂搅拌混合，并进行恒温水浴加热，得到初步混合料；
13.将所述第二添加剂和成胶调节剂加入至所述初步混合料内搅拌混合，然后进行聚合反应，得到成型产物；
14.将所述成型产物清洗，然后进行烘干、研磨，得到所述凝胶组织封堵材料。
15.其中，将所述甲类材料和所述乙类材料混合均匀的步骤中：混合搅拌速率为500r/min，时间为3h。
16.其中，将所述混合物内添加所述第一添加剂搅拌混合的步骤中：混合搅拌速率为700r/min，时间为2h。
17.其中，所述恒温水浴加热的温度为80℃。
18.本发明的一种凝胶组织封堵材料及其制备方法，该封堵材料配制好后流动性好、稳定性好、堵浆初凝时间长，可控，不分层、分散、悬浮能力强，确保施工顺利进行和安全有效；能均匀有效地分布滞留于井壁附近的封堵位，用量少；固结过程中吸水量大，具有与高比例的泥土固结特点；多种材料和多级粒径的特点，具有满足渗透性差异大的油层封堵的特点；能快速成型、抗压强度高、有效期长、温度适应广。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本发明的实施例1的步骤流程图。
21.图2是本发明的实施例2的步骤流程图。
22.图3是本发明的实施例3的步骤流程图。
具体实施方式
23.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
24.一种凝胶组织封堵材料的制备方法，包括如下步骤：
25.按质量份计将所述甲类材料和所述乙类材料混合均匀，得到混合物；
26.向所述混合物内添加所述第一添加剂搅拌混合，并进行恒温水浴加热，得到初步混合料；
27.将所述第二添加剂和成胶调节剂加入至所述初步混合料内搅拌混合，然后进行聚合反应，得到成型产物；
28.将所述成型产物清洗，然后进行烘干、研磨，得到所述凝胶组织封堵材料。
29.将所述甲类材料和所述乙类材料混合均匀的步骤中：
30.混合搅拌速率为500r/min，时间为3h。
31.将所述混合物内添加所述第一添加剂搅拌混合的步骤中：
32.混合搅拌速率为700r/min，时间为2h。
33.所述恒温水浴加热的温度为80℃。
34.将所述第二添加剂和成胶调节剂加入至所述初步混合料内搅拌混合的步骤中：
35.混合搅拌速率为700r/min，时间为1h。
36.所述聚合反应的具体为：先利用100℃的温度进行初步聚合，之后升温至180℃，并保温1h。
37.在将所述成型产物清洗，然后进行烘干、研磨后：需要进行过筛。
38.实施例1，请参阅图1，本发明提供的一种凝胶组织封堵材料的制备方法，包括如下步骤：
39.s1：将由酚醛树脂粉、高硫铝矿石熟料粉末、生石灰粉末、al2o
3-sio2粉末、zro
2-tio2粉末组成的50份所述甲类材料和由云母矿物材料、核桃壳材料、木质材料、高硫铝矿石熟料组成的1份所述乙类材料按照搅拌速率为500r/min，时间为3h的方式混合均匀，得到混合物；
40.s2：向所述混合物内添加3份聚乙烯醇缩丁醛按照混合搅拌速率为700r/min，时间为2h的方式搅拌混合，并进行80℃的恒温水浴加热，得到初步混合料；
41.s3：将0.1份羟乙基纤维素和由甲氧基苯酚、羧乙基纤维素、硼酸、烷基磷酸脂组成的0.1份成胶调节剂加入至所述初步混合料内进行混合搅拌速率为700r/min，时间为1h的搅拌混合，然后利用100℃的温度进行初步聚合，之后升温至180℃，并保温1h后，得到成型产物；
42.s4：将所述成型产物清洗，然后进行烘干、研磨、过筛后，得到所述凝胶组织封堵材料。
43.实施例2，请参阅图2，本发明提供的一种凝胶组织封堵材料的制备方法，包括如下步骤：
44.s1：将由胺基树脂、高硫铝矿石熟料粉末、生石灰粉末、al2o
3-sio2粉末、zro
2-tio2粉末组成的100份所述甲类材料和由塑料纤维、核桃壳材料、竹质材料、高硫铝矿石熟料组成的20份所述乙类材料按照搅拌速率为500r/min，时间为3h的方式混合均匀，得到混合物；
45.s2：向所述混合物内添加4份聚乙烯醇缩乙醛按照混合搅拌速率为700r/min，时间为2h的方式搅拌混合，并进行80℃的恒温水浴加热，得到初步混合料；
46.s3：将10份乙二胺和由氟硼酸钠、mgo粉末、sio2粉末、淀粉、干酪素组成的10份成胶调节剂加入至所述初步混合料内进行混合搅拌速率为700r/min，时间为1h的搅拌混合，然后利用100℃的温度进行初步聚合，之后升温至180℃，并保温1h后，得到成型产物；
47.s4：将所述成型产物清洗，然后进行烘干、研磨、过筛后，得到所述凝胶组织封堵材料。
48.实施例3，请参阅图3，本发明提供的一种凝胶组织封堵材料的制备方法，包括如下步骤：
49.s1：将由酚醛树脂粉、高硫铝矿石熟料粉末、生石灰粉末、al2o
3-sio2粉末、zro
2-tio2粉末组成的80份所述甲类材料和由云母矿物材料、核桃壳材料、木质材料、高硫铝矿石熟料组成的10份所述乙类材料按照搅拌速率为500r/min，时间为3h的方式混合均匀，得到混合物；
50.s2：向所述混合物内添加3.5份聚乙烯醇缩丁醛按照混合搅拌速率为700r/min，时
间为2h的方式搅拌混合，并进行80℃的恒温水浴加热，得到初步混合料；
51.s3：将5份羟乙基纤维素和由甲氧基苯酚、羧乙基纤维素、硼酸、烷基磷酸脂组成的5份成胶调节剂加入至所述初步混合料内进行混合搅拌速率为700r/min，时间为1h的搅拌混合，然后利用100℃的温度进行初步聚合，之后升温至180℃，并保温1h后，得到成型产物；
52.s4：将所述成型产物清洗，然后进行烘干、研磨、过筛后，得到所述凝胶组织封堵材料。
53.待凝胶组织封堵材料制备完成后，即现场施工准备工作完成后泵送封堵及相关材料：
54.(1)按要求向地层挤入上述配置好的封堵材料(每米油层按500-1000l设计)。正常的情况下用清水把封堵材料全部顶替到油层顶界(如果顶替时压力达到验套压力或设计最高施工压力时，接返洗管线，用一挡车小排量把多余的封堵材料返洗干净)。
55.(2)关井等压力吸收后(最晚不要超过6小时)，拆井口，上提三根油管，装井口，关油套闸门候凝48h。
56.(3)探冲、钻塞到人工井底或设计要求的位置。
57.凝胶封堵材料堵浆性能评价试验：
58.(1)新型凝胶封堵材料堵浆悬浮稳定性能和分散必能评价
59.根据上述配比把新型凝胶封堵材料与不同的水混合好后的堵浆进行性能评价。分别配制了7种堵浆试样，所筛选的新型凝胶封堵材料堵浆密度1.20(g/cm3)-1.50(g/cm3)浓度中都有很好的悬浮稳定性能和分散性能，不出现新型凝胶封堵材料沉降现象，这就给现场安全施工提供了条件。
60.(2)新型凝胶封堵材料堵浆的常规流变性能测定
61.新型凝胶封堵材料堵浆在常温和50℃的常规流变性能测定结果是：
62.①
新型凝胶封堵材料在各种堵浆密度情况下的堵浆，表现出很好的流变性能，随着新型凝胶封堵材料堵浆密度的加大，屈服值yp也随之增加，即新型凝胶封堵材料堵浆的悬浮能力加大，不会产生颗粒沉淀，达到了安全施工的目的。
63.②
随着新型凝胶封堵材料堵浆密度的加大，其表观粘度也增加，但通过控制新型凝胶封堵材料的堵浆密度，现场应用所选择的堵浆不会影响水泥车的可泵性，确保了现场施工的顺利进行创造了条件。
64.(3)新型凝胶封堵材料堵浆的初终凝时间评价
65.由于新型凝胶封堵材料是可胶凝的无机和有机材料复配的混合物，其新型凝胶封堵材料在一定温度时间内会出现微膨胀可固化的固化体。调节好固化体的固化时间，可达到更安全施工的目的。新型凝胶封堵材料堵浆按1.20(g/cm3)、1.25(g/cm3)、1.30(g/cm3)、1.35(g/cm3)、1.40(g/cm3)、1.45(g/cm3)、1.50(g/cm3)密度配制成，参照新型凝胶封堵材料初终凝实验方法进行评价实验。结果是：
66.以针对现场施工对初终凝时间要求，选择不同新型凝胶封堵材料调节剂的用量，以满足现场施工的需要。
67.通过选择调节剂的不同用量，可满足不同井温(30-150℃)对初终凝时间的要求，确保不同井温条件下的井下施工安全。
68.(4)新型凝胶封堵材料堵浆固结体的抗温性能
69.堵剂暂堵后突破压力随不同温度下的走势呈向上的趋势，但在温度超过80℃时，其走势趋向水平线，没有多大变化。说明在温度超过80℃时，新型凝胶封堵材料的结构强度趋于稳定，新型凝胶封堵材料具有好的抗温性能。
70.(5)新型凝胶封堵材料堵浆固结体抗压强度随时间变化的关系评价
71.测定了在50℃实验条件下，不同时间的新型凝胶封堵材料堵浆固结体的强度值，结果表明在20小时后强度值基本稳定，说明新型凝胶封堵材料终凝之后，其结构趋于稳定，通过本实验可以确定现场暂堵时间。
72.(6)新型凝胶封堵材料堵浆的固结体抗盐性能评价
73.选择了不同矿化度的盐水，室内选择了四种不同矿化度的盐水：ca

＝900mg/l，mg

＝500mg/l，cl-＝12
×
104mg/l，总矿化度＝15
×
104mg/l。
74.无论单独无机盐或复合盐，其矿化度不同的地层水对新型凝胶封堵材料堵浆的固结体的强度几乎没有影响，即筛选的新型凝胶封堵材料有很好的抗盐能力。
75.(7)新型凝胶封堵材料堵浆的驻留性能评价
76.通过封堵结构模拟试验仪和抗拉强度试验仪进一步研究新型凝胶封堵材料堵浆进入封堵层后能否快速形成封堵层以及形成速度和强度。封堵层粘接强度为新型凝胶封堵材料形成的封堵层在常温常压和空气中养护6h后测定的抗压强度。
77.新型凝胶封堵材料进入封堵层后能快速堆积和快速形成网络结构，不会从模拟漏失层中漏失掉，有较强的驻留性，具有很好的抗窜能力。
78.随着新型凝胶封堵材料堵浆密度的增加，其封堵层的强度越高。
79.实验结论是：
80.(1)按一定水灰比配制成的不同密度的堵浆有很好的悬浮稳定性，可确保安全施工。
81.(2)新型凝胶封堵材料堵浆能够通过特殊的机制使封堵材料均匀有效地分布滞留于井壁附近的封堵层内，将不同渗透性能的油层和孔道有效地封堵；同时能大地减少封堵材料的用量，整体封堵强度大大提高。
82.(3)在井下温度和压力的养护条件下，通过有机和无机材料的协同效应和化学反应，能够在封堵层位形成抗压强度高、有效期长的封堵屏障。
83.(4)新型凝胶封堵材料堵浆固结过程中吸水量大，固结过程中没有游离水析出，能能快速成型，固结过程中并有一定的膨胀性，确保好的封堵效果。
84.(5)具有与泥土固结的特点，表现出了对封堵泥质含量高的油层具有很好针对性。
85.(6)配制的堵浆流动性和稳定性好、堵浆初凝时间长，并且可控，不分层、悬浮能力强，确保施工顺利进行和安全有效。
86.(7)温度适应范围广，具有很好的耐温性能(30℃-350℃)。
87.综上所述，主要是具有多种材料和多级粒径的特点，由高分子聚合物纤维、合成树脂、泥土固结剂及系列添加剂、调节剂等混合而成，材料具备以下特点：
88.1、固结过程中吸水量大，固结过程中没有游离水析出，在地层温度下能快速成型流动状态，杜绝由于地层水的冲刷、稀释作用、影响有效成分的浓度、影响固结效果，能有效地对高含水封堵具有独到之处；
89.2、甲类材料具有与十倍以上的泥土固结的特点，表现出了对封堵泥质含量高和底
水丰富的油层具有很好适应性。新型凝胶封堵材料被挤注进入封堵层或套管破损位置后，通过滞流、有序和堆集，快速形成具有强触变性能的网架结构；通过有机和无机材料(浆体与颗粒等材料)的协同效应和化学反应，在封堵位置形成高强度、较好韧性、微膨胀的固化体，将周围介质胶结成一个牢固的整体。无机软质材料，进入封堵位置后能在一定压差的作用下快速堆积和发生凝胶化学反应，形成高强度的网络结构体，避免地层流体对封堵剂的稀释和破坏；乙类材料中起到堆积和桥架暂堵的效果，提高了封堵位置及地层周围的抗窜能力；封堵材料中的各种成分相互有较好协同效果，能将周围介质胶结成一个牢固的整体，与所胶结的界面具有较高的胶结强度；保证了对封堵位置起到了有效的封堵效果。
90.本发明的有益效果是：该封堵材料配制好后流动性好、稳定性好、堵浆初凝时间长，可控，不分层、分散、悬浮能力强，确保施工顺利进行和安全有效；能均匀有效地分布滞留于井壁附近的封堵位，用量少；固结过程中吸水量大，具有与高比例的泥土固结特点；多种材料和多级粒径的特点，具有满足渗透性差异大的油层封堵的特点；能快速成型、抗压强度高、有效期长、温度适应广。
91.以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。