一种立体网络凝胶堵漏剂及其制备方法与流程

本发明属于钻井液防漏堵漏，具体涉及一种立体网络凝胶堵漏剂及其制备方法。

背景技术：

1、页岩是由黏土矿物在一定温度和压力下胶结而成的沉积岩，其质地较脆且硬度大，浸水后容易发生水化膨胀。在开采油气资源时，水分进入纳微米空隙，页岩成分中的黏土矿物遇水后水化膨胀易于引起页岩井壁的坍塌、缩径、井眼扩大等井壁不稳现象，同时，水分进入页岩裂缝和钠微米空隙易于造成井漏。

2、针对井漏问题，目前采用的堵漏剂进行封堵漏层，主要有桥塞堵漏剂和凝胶堵漏剂，桥塞堵漏剂由天然物质加工而成，它们的变形能力差、吸水膨胀能力较低或不具备形变和吸水膨胀能力，在钻井堵漏时易造成堵漏效果不佳和堵漏发生重复性漏失，凝胶堵漏剂由于具有一定可变形性，与常规堵漏配合，填充在常规堵漏剂架桥形成的微孔隙当中，与桥接堵漏相比堵漏效果较好，但是现有凝胶堵漏剂多为预交联凝胶，由于不具备形成整体凝胶的特性，封堵层难以形成立体网络结构，易受到压力波动影响，承压能力较低，导致堵漏效果较差，因此，提供一种立体网络凝胶堵漏剂是目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有凝胶堵漏剂不具备形成整体凝胶特性且承压能力低的问题，提供一种立体网络凝胶堵漏剂及其制备方法，所述凝胶堵漏剂能够在封堵层中形成立体网络结构，且具有优异的成胶强度以及高温稳定性，对高温裂缝漏失地层具有优异的堵漏效果。

2、为实现上述发明目的，本发明第一方面提供一种立体网络凝胶堵漏剂，包括以下质量百分比原料：单体组合物5-10%、poss基交联组分1-3%、膨润土组分1-5%、引发剂0.02-0.2%、表面活性剂0.2-0.5%,余量为去离子水，各原料组分的质量百分比之和为100%。

3、所述单体组合物由丙烯酰胺类单体、磺酸基类单体和丙烯酸酯类单体按照质量比1：0.2-0.4：0.04-0.05组成。

4、所述poss基交联组分为接枝有封端型甲基丙烯酸异氰基乙酯的乙烯基poss。

5、进一步地，poss基交联组分通过以下步骤制成：

6、步骤a、将八乙烯基-poss、巯基乙胺、安息香二甲醚和四氢呋喃加入烧瓶中，搅拌5-10min后将烧瓶置于紫外灯下，照射反应30-50min，反应结束后，旋蒸去除四氢呋喃，得到双官能团-poss；

7、步骤b、将双官能团-poss、封端型甲基丙烯酸异氰基乙酯和四氢呋喃加入烧瓶中，50-60℃下搅拌反应12h，反应结束后，旋蒸去除四氢呋喃，得到poss基交联组分。

8、首先以八乙烯基-poss和巯基乙胺为原料，通过巯基-烯点击化学反应以及控制原料比例，得到含有乙烯和氨基的双官能团-poss，之后利用双官能团-poss的氨基与封端型甲基丙烯酸异氰基乙酯的烯基发生迈克尔加成反应，得到poss基交联组分。

9、进一步地，八乙烯基-poss、巯基乙胺、安息香二甲醚和四氢呋喃的用量比为6.3g：1.5-3.0g：0.076-0.15g：60-100ml。

10、进一步地，双官能团-poss、封端型甲基丙烯酸异氰基乙酯和四氢呋喃的质量比为7.8-9.3：4.84-9.7：150-200。

11、进一步地，封端型甲基丙烯酸异氰基乙酯通过以下步骤制成：

12、将甲基丙烯酸异氰基乙酯和二甲基甲酰胺加入烧瓶中，搅拌后向烧瓶中滴加甲乙酮肟，控制滴加过程中温度不超过40℃，滴加完毕后，升温至50-55℃，搅拌反应4-6h，反应结束后，减压蒸馏去除二甲基甲酰胺即可；

13、其中，甲基丙烯酸异氰基乙酯和甲乙酮肟的物质的量比为1：1-1.1，以甲乙酮肟为封闭剂，使甲基丙烯酸异氰基乙酯的异氰酸根被保护起来，使其在常温下不与水等物质反应，而在解封温度下，将异氰酸根释放出来，使其参与化学反应。

14、进一步地，所述膨润土组分为壳聚糖插层膨润土。

15、进一步地，壳聚糖插层膨润土通过以下步骤制成：

16、将壳聚糖加入盐酸溶液中，转速100-300r/min下搅拌2h用氢氧化钠溶液调节ph为5，得到壳聚糖溶液，将钠基膨润土加入去离子水中，超声分散均匀得到悬浮液，转速500-600r/min下将悬浮液滴加至壳聚糖溶液中，滴加结束后，60℃下反应24h，反应结束后，抽滤，滤饼用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，最后在40℃烘箱中干燥24h即可；

17、其中，壳聚糖、盐酸溶液、钠基膨润土和去离子水的用量比为4g：250-300ml：100g：800-1000ml，盐酸溶液体积分数为5%，氢氧化钠浓度为1mol/l。

18、膨润土层间具有弱的负电荷，具有很强的亲水性和膨胀性以及触变性，壳聚糖溶于酸性溶液后带正电荷，依靠正负电荷吸引结合的特点，使壳聚糖取代膨润土上可交换的阳离子，得到壳聚糖插层膨润土，增大膨润土的层间距，改善其分散性和兼容性，

19、进一步地，丙烯酰胺类单体为丙烯酰胺、n-异丙基丙烯酰胺和n-羟丙基丙烯酰胺中的一种或两种以上的组合。

20、进一步地，磺酸基类单体为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和/或对苯乙烯磺酸钠。

21、进一步地，丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸月桂酯中的一种或两种以上的组合。

22、进一步地，表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十四烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基三甲基溴化铵一种或两种以上的组合。

23、进一步地，引发剂为过硫酸钾和/或过硫酸铵。

24、本发明第二方面提供一种上述立体网络凝胶堵漏剂的制备方法，包括以下步骤：

25、将单体组合物、表面活性剂、poss基交联组分和膨润土组分依次分散于去离子水中，转速200-300r/min下搅拌0.5-1h，加入引发剂，转速不变搅拌2-4h，得到所述立体网络凝胶堵漏剂。

26、进一步地，搅拌混合温度低于50℃。

27、进一步地，立体网络凝胶堵漏剂用于钻井液堵漏，具体步骤为：将立体网络凝胶堵漏剂注入钻井裂缝中，进行密封静置，固化成胶，密封静置温度为140-180℃，固化成胶时间1.5-2.5h。

28、本发明的有益效果：

29、本发明提供的立体网络凝胶堵漏剂中，单体组合物在引发剂和poss基交联组分的作用下引发聚合并形成黏弹性有机凝胶，高温下，poss基交联组分中的异氰酸酯基解封闭重新释放出活性异氰酸酯基，与有机凝胶中的氨基、羟基等基团反应，形成立体网络并使膨润土杂化组分稳定填充于立体网络中，最终形成了有机-无机复合杂化凝胶，具有优异的成胶强度和高温稳定性，对高温裂缝漏失地层具有优异的堵漏效果。

30、本发明提供的poss基交联剂为接枝有封端型甲基丙烯酸异氰基乙酯的乙烯基poss，携带笼状聚倍半硅氧烷结构，具有极高的热稳定性高，同时含多烯基结构，相比于以n,n-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂而言，支化结构的引入有利于交联反应的进行，提高凝胶强度的同时提高热稳定性，更为突出的是，poss基交联剂中的异氰酸酯基团在高温下会被解封出来，赋予凝胶立体网络结构，进一步提高凝胶强度和堵漏性能。

31、本发明提供的膨润土杂化组分为壳聚糖插层膨润土，不仅能够参与凝胶基体网络的形成，还具有良好的吸水膨胀作用，强化堵漏效果，膨润土自身组成还与砂岩相似，本身带有一定的永久电荷，可与页岩中的金属阳离子以离子键形式结合，提高凝胶堵漏剂的滞留能力，此外，膨润土杂化组分中膨润土具有无机增强效应，壳聚糖能够与聚合物网络形成氢键或者物理链缠结，因此，膨润土杂化组分的引入能够进一步提高凝胶的力学性能和堵漏能力。