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自修复凝胶堵漏技术研究

杨丽丽 武昀朋 蒋官澄 谢春林 张永威

杨丽丽,武昀朋,蒋官澄,等. 自修复凝胶堵漏技术研究[J]. 钻井液与完井液,2023,40(1):47-53 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.006
引用本文: 杨丽丽,武昀朋,蒋官澄,等. 自修复凝胶堵漏技术研究[J]. 钻井液与完井液,2023,40(1):47-53 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.006
YANG Lili, WU Yunpeng, JIANG Guancheng, et al.Lost circulation material and technology research of self-healing hydrogel[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2023, 40(1):47-53 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.006
Citation: YANG Lili, WU Yunpeng, JIANG Guancheng, et al.Lost circulation material and technology research of self-healing hydrogel[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2023, 40(1):47-53 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.006

自修复凝胶堵漏技术研究

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.01.006
基金项目: 国家自然基金面上项目“聚合物拓扑结构和序列结构影响其流变调节能力的机理及结构优化研究”(51874329)、中国石油大学(北京)校基金学院自主项目“海上智能堵漏材料在钻井堵漏及调剖堵水中的应用研究及机理探索”(2462021YXZZ002)
详细信息
    作者简介:

    杨丽丽,副教授,博士生导师,现在主要从事钻井液处理剂研发、油气层损害与保护等方面的教学和科研工作。E-mail:yangll@cup.edu.cn

  • 中图分类号: TE282; TE254.4

Lost Circulation Material and Technology Research of Self-healing Hydrogel

  • 摘要: 智能凝胶能够对外界环境作出响应,进行不同状态的转换,提高封堵效果,是一种新型的堵漏材料。为遏制井漏并防止复漏,通过自由基聚合方法制备了一种基于阳离子-π、静电力、氢键的自修复水凝胶用于地层堵漏。实验结果表明,该水凝胶在恶劣环境中的自修复效率达70%,具有较强的盐适应性和耐高温性;能有效封堵180 D砂盘孔隙,封堵率接近90%,对其他固结砂盘(渗透率2 D、5 D、20 D)和未固结砂床(20~40目、40~60目、60~80目)也表现出良好的堵漏能力。相比于常规材料,该水凝胶可通过降低作业压差实现自修复,达到高效封堵;可通过二次降低封堵层渗透率有效提高封堵层的致密性,提高了水凝胶的高温稳定性,高温老化后依然具备良好的封堵能力。水凝胶颗粒在盐水中分散良好,热滚后保持稳定的流变学性能,有利于钻井液循环。研究结果表明,自愈材料作为堵漏材料在石油钻井工业中具有应用潜力。

     

  • 图  1  P(MPTC-co-NaSS)水凝胶在70 ℃的胶体稳定性(a1和a2单体总物质的量浓度对水凝胶的影响, b1和b2MPTC/NaSS投料比对1.5 M水凝胶的影响, c1和c2 MPTC/NaSS投料比对2.0 M水凝胶的影响)

    图  2  P(MPTC-co-NaSS)水凝胶的自修复过程

    图  3  惰性颗粒和自修复水凝胶颗粒在 去离子水和盐水中的粒径分布

    图  4  盐溶液对两性离子聚合物静电作用力的影响

    图  5  含P(MPTC-co-NaSS)自修复水凝胶的钻井液在模拟井筒中的流变性

    图  6  P(MPTC-co-NaSS)自修复水凝胶 对不同渗透率砂盘的堵漏能力

    图  7  P(MPTC-co-NaSS)自修复水凝胶 对不同目数砂床的堵漏评价

    图  8  不同堵漏材料对砂床的堵漏评价

    图  9  堵漏后砂床固结图 ((a)惰性颗粒,(b)商业 聚合物凝胶,(c)P(MPTC-co-NaSS)自修复水凝胶

    表  1  P(MPTC-co-NaSS)水凝胶的自修复能力

    t/
    h
    拉伸强度/
    MPa
    拉伸强度的
    修复效率/%
    断裂伸
    长率/%
    断裂伸长率的
    修复效率/%
    00.48253
    3 0.1327.19536.8
    5 0.2347.913051.4
    12 0.3470.817770.0
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    表  2  P(MPTC-co-NaSS)水凝胶颗粒的重建能力

    凝胶
    颗粒
    交联
    条件
    实验
    变量
    体积/
    cm3
    p/
    MPa
    体积为6 cm3
    水凝胶干粉
    水浴锅中
    交联4 h
    30 ℃8.84.9
    50 ℃8.85.9
    70 ℃9.06.7
    盐水中
    交联2 d
    08.87.3
    5%9.09.8
    10%9.08.8
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    表  3  不同堵漏浆的室内常规性能

    堵漏浆实验
    条件
    AV/
    mPa·s
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    Gel/
    Pa/Pa
    φ6/φ3FLAPI/
    mL
    FLHTHP/
    mL
    WBDFs老化前9.54.05.56.5/9.09.0/8.027.8
    老化后4.04.000/6.00/032.885.5
    自修复
    水凝胶
    老化前14.06.08.07.0/8.013.0/13.021.2
    老化后9.05.53.56.0/3.07.0/6.026.867.8
    商用堵
    漏凝胶
    老化前14.510.04.53.5/14.04.0/3.518.4
    老化后5.55.00.50/00/020.856.4
    惰性堵
    漏颗粒
    老化前10.05.54.54.5/8.07.0/6.021.0
    老化后6.56.00.55.0/2.50/028.071.4
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-10-06
  • 修回日期:  2022-11-08
  • 刊出日期:  2023-01-31

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