專利名稱：高強度自降解封隔材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種水平井堵水、封堵用環空封隔材料，適用于分段封堵篩管(或割縫襯管)完井水平井的水平段出水、注水開發區塊的注入水沿高滲透層帶竄入生產水平井、以及裂縫性地層等造成水平井高含水。
背景技術：
目前，水平井(大斜度井)存在低含水采油期短、含水上升速度快，開發中后期高含水問題較為突出，產量下降迅速，嚴重影響了水平井的產能。我國東部油田水平井完井基本多采用套管+篩管或精密濾砂篩管，管外沒有裸眼封隔器分割層段的完井方式。篩管完井方式決定了水平井堵水技術的特殊性封隔篩管和巖石壁面之間的環空。機械封隔方法僅能實現篩管內部空間的封隔，不能實現環空的封隔，導致堵水作業失敗。
90年代中期，國外提出了環空化學封隔(Annular Chemical Packer, ACP)技術，為篩管完井水平井堵水提供了新思路，ACP技術是在篩管與井壁之間的環空放置可形成化學封隔層的可固化液，形成不滲透的高強度段塞，以隔離環空區域，然后配合管內封隔器實現堵劑的分段注入。1997年起，ACP技術在國外Nigeria、Prudhoe等礦場得到應用，證實其工藝的可行性，但從其工業應用的規模及礦場應用效果分析，篩管完井水平井堵水技術的研究仍處于發展階段。國內外ACP封隔材料的開發主要局限在常規凝膠材料和觸變水泥上。一方面，常規凝膠材料本身強度較低，在環空容易造成“重力坍落”和“回吐”;無機觸變水泥材料密度大重力作用強，容易未完全填充整個環空，工藝安全性仍無法滿足要求。另一方面，常規凝膠材料和觸變水泥不能自行降解，均對生產水平段帶來污染，不能使地層恢復原來的物性，嚴重影響生產產能。
發明內容
為了解決上述問題，本發明提供一種高強度自降解封隔材料，即一種新型的水平井堵水用ACP封隔材料，其能夠對水平井的生產水平段暫堵保護，后續堵水作業結束后又能夠自行降解，使生產水平段恢復原來的地層物性，從而達到保護生產目的層的目的。與此相應，本發明另一個解決的技術問題是提供一種制備該高強度自降解封隔材料的方法。該材料不受地層水礦化度影響。對生產水平段起到化學封隔器的作用，避免后續堵劑對生產水平段的污染和傷害，等堵水施工作業結束后該材料自行降解，從而恢復生產水平段的地層滲透率和開采。本發明采用的技術方案是一種高強度自降解封隔材料由下述組份按質量份數制備而成丙烯酸鹽5 30份；丙烯酰胺O 30份；胍膠I 30份；強度調節劑O. 001
2.O份；過氧化物O. 001 2. O份；β -甘露聚糖酶O. 3 10份；水50 75份。所述丙烯酸鹽為丙烯酸鈉或丙烯酸鉀。所述胍膠為胍膠粉(又名胍爾膠、瓜爾膠)或胍膠衍生物。所述過氧化物為過硫酸銨、過硫酸鈉或過硫酸鉀。所述強度調節劑為交聯劑N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺。所述水為自來水或油田采出水。
本發明的制備方法，包括下述步驟a.將水放入攪拌罐中，將胍膠加入攪拌罐中攪拌，得到均勻分散膠體溶液；b.加入丙烯酸鹽和丙烯酰胺攪拌均勻；c.加入強度調節劑攪拌均勻；d.加入適當濃度的甘露聚糖酶，攪拌均勻；e.最后加入過氧化物攪拌均勻；f.將適量以上混合液注入水平井預定水平段中，可實現對水平段的分隔；實驗室試驗時可放于恒溫箱中50 60°C下反應12小時。·
本發明的技術原理是(I)本發明材料的聚合工藝是丙烯酸鹽和丙烯酰胺與胍膠接枝共聚交聯形成強凝膠，強凝膠遇水即膨脹，填充充滿于篩管和巖石壁面之間的環空區域。胍膠作為接枝體構成封隔材料的“骨架”，提高了材料的本體強度。此外，通過調節強度調節劑加量可使材料具備一系列不同的強度和持壓能力。(2) β -甘露聚糖酶能夠使胍膠很快降解成低聚糖小分子，低聚糖本身也具有生物降解性。所形成的封隔材料在一定濃度強氧化劑和β_甘露聚糖酶作用下降解成相對分子量更小的低聚物。在微生物的作用下該材料最終可以完全降解，從而恢復地層滲透率。本發明的優點(I)本材料吸水膨脹體積倍數在5-100倍，很強的吸水性使材料填充并充滿于環空區域，保證了封隔效果，克服了常規凝膠材料在水平井水平段環空封堵不嚴的現象。(2)本材料強度高。采用水膨體抗剪切強度檢測儀(ZL2005 I 0103288. 6)測試凝膠的抗剪切強度可達到750 850Ν。(3)本材料本身具有更好地自降解性，96小時后可完全降解，解決了常規堵水材料對生產水平段的污染問題。用胍膠粉和β_甘露聚糖酶等作為封隔材料，突破了常規凝膠材料如淀粉-丙烯酸體系等、以及觸變水泥作為ACP封隔材料的研究局限。該發明生成的凝膠是一種類似橡膠的粘彈性固體，其強度12h內幾乎不降低，隨后才開始降解，72h內強度降低95%，最終能夠完全降解。填砂管物模實驗測試表明巖心滲透率恢復率大于90%。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作進一步說明實施例I向66. 699份自來水中緩慢加入I份胍膠粉，攪拌溶解；加入30份丙烯酸鈉溶液；再依次加入O. 001份強度調節劑、2. O份過氧化物，最后加入O. 3份β -甘露聚糖酶，攪拌均勻,放于60°C恒溫箱中反應12h。該材料為高彈性固體，聚合成膠時間在lh，抗剪切強度最大值為500N，12h后強度開始降低，96h后降解為深褐色液體，液體粘度小于5. OMPa · S。采用填砂管物模實驗測試突破壓力梯度和巖心滲透率恢復率，分別為38MPa/m、95%。實施例2向50份自來水中緩慢加入30份胍膠粉，攪拌溶解；加入5份丙烯酸鉀溶液和5份丙烯酰胺溶液；依次加入O. 009份強度調節劑、O. 001份過氧化物，最后加入9. 99份β -甘露聚糖酶，攪拌均勻，放于60°C恒溫箱中反應12h。該材料為高彈性固體，聚合成膠時間在3h，抗剪切強度最大值為800N，12h后強度開始降低，96h后降解為深褐色液體，液體粘度小于5. OMPa · S。采用填砂管物模實驗測試突破壓力梯度和巖心滲透率恢復率，分別為40MPa/m、92%。實施例3向50. 5份自來水中緩慢加入15份胍膠粉，攪拌溶解；加入30份丙烯酰胺溶液；再依次加入2份強度調節劑、I份過氧化物，最后加入I. 5份β_甘露聚糖酶，攪拌均勻，放于50°C恒溫箱中反應12h。該材料為粘彈性固體，聚合成膠時間在I. 5h，抗剪切強度最大值為850N，12h后強度開始降低，96h后降解為淺褐色液體，液體粘度小于5. OMPa. S。采用填砂管物模實驗測試 突破壓力梯度和巖心滲透率恢復率，分別為43MPa/m、90%。
權利要求
1.高強度自降解封隔材料，其特征是該材料由下述組份按質量份數制備而成丙烯酸鹽5-30份；丙烯酰胺0-30份；胍膠1-30份；強度調節劑O. 001-2. O份；過氧化物O. 001-2. O份；β -甘露聚糖酶O. 3-10份；水50-75份。
2.根據權利要求I所述的高強度自降解封隔材料，其特征是所述丙烯酸鹽為丙烯酸鈉或丙烯酸鉀。
3.根據權利要求I所述的高強度自降解封隔材料，其特征是膠衍生物。
4.根據權利要求I所述的高強度自降解封隔材料，其特征是銨、過硫酸鈉或過硫酸鉀。
5.根據權利要求I所述的高強度自降解封隔材料，其特征是劑N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺。
6.根據權利要求I所述的高強度自降解封隔材料，其特征是米出水。
7.ー種制備權利要求I所述的高強度自降解封隔材料的方法，其特征是包括下述步驟 a.將水倒入攪拌罐中，將胍膠加入攪拌罐中攪拌，得到均勻分散膠體溶液； b.加入丙烯酸鹽和丙烯酰胺攪拌均勻； c.加入強度調節劑攪拌均勻； d.加入適當濃度的β_甘露聚糖酶，攪拌均勻； e.最后加入過氧化物攪拌均勻； f.50 60°C下反應12小時即可聚合。:所述胍膠為胍膠粉或胍:所述過氧化物為過硫酸:所述強度調節劑為交聯:所述水為自來水或油田
全文摘要
本發明公開了一種高強度自降解封隔材料及其制備方法，涉及高含水水平井的化學堵水。該材料由下述組份按質量份數制備而成丙烯酸鹽5-30份；丙烯酰胺0-30份；胍膠1-30份；強度調節劑0.001-2.0份；過氧化物0.001-2.0份；β-甘露聚糖酶0.3-10份；水50-75份。各組分按一定比例和順序混合攪拌均勻，將適量以上混合液注入水平井預定水平段中，4-12小時后可實現對水平段的分隔。該材料強度高、吸水性強，克服了常規凝膠材料在水平井水平段環空封堵不嚴的現象；96小時后可完全自降解，解決了常規堵水材料對生產水平段的污染問題。因此可作為一種水平井堵水、封堵用環空封隔材料。
文檔編號C12P19/14GK102911649SQ201110224350
公開日2013年2月6日 申請日期2011年8月5日 優先權日2011年8月5日
發明者程靜, 葛紅江, 雷齊玲, 劉希君, 楊衛華, 張龍江, 朱杰 申請人:中國石油天然氣股份有限公司