一种用于裂缝页岩的油基泡沫凝胶堵漏剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及油田堵漏化学技术领域，尤其涉及一种用于裂缝页岩的油基泡沫凝胶堵漏剂及其制备方法和应用。

背景技术

油田勘探过程中，井漏是指在钻井的过程中钻井液或者水泥浆漏入地层的现象，会造成大量的经济损失，降低钻井效率。在现场施工中，解决井漏是一直备受关注的问题。

页岩的天然裂缝较为发育，裂缝大，延伸性长，裂缝宽度变化大，裂缝会呈现出不同的复杂裂缝组系。井下工作压力较高，裂缝底层流体较多，堵漏剂会因压力与流体的作用稀释，性能降低导致无法封堵裂缝。

由于封堵漏层后，钻井液再循环，在地层压差的作用下容易造成重复漏失，需要重复封堵。且封堵材料多为亲水性材料，与油基钻井液配合度较差，易受钻井液侵扰、封堵效果或对钻井液的性能产生反向影响，导致井下事故复杂。油基堵漏剂在井下能起到润滑作用，与水基堵漏剂相比，其稳定性高。但以往的油基堵漏剂抗压性能差，水解性能差，配置成本高，不能满足油田的实际需求。

为了解决裂缝性页岩井漏问题，制备出针对复杂裂缝封堵性强，疏水性好，承压能力高的复合型高压油基泡沫凝胶堵漏剂。

发明内容

至少为了解决现有技术中的上述问题之一，本发明提出了一种用于裂缝页岩的油基泡沫凝胶堵漏剂及其制备方法和应用。

第一方面，本发明提出了用于裂缝页岩的油基泡沫凝胶堵漏剂的组合物，包括起泡剂组分，该起泡剂组分包括改性起泡剂、丙二醇单油酸酯和失水山梨醇油酸酯，所述改性起泡剂、所述丙二醇单油酸酯和所述失水山梨醇油酸酯的质量比为50-65:30-35:15-25；

优选地，所述起泡剂组合物是由包括以下步骤的方法制备的：将所述改性起泡剂、所述丙二醇单油酸酯和所述失水山梨醇油酸酯在40～60℃的温度以及1500～2500r/min的速度下搅拌混合。

作为本发明的具体实施方式，按质量份数计，所述改性起泡剂为包括烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠和纳米二氧化硅颗粒的混合物，其中，所述烷基酚聚氧乙烯醚、所述十二烷基硫酸钠和所述纳米二氧化硅颗粒的质量比为50-75:25-35:10-25，优选为56-68:26-30:10-18；

所述纳米二氧化硅颗粒粒径为5～10nm；优先为7nm；

优选地，所述烷基酚聚氧乙烯醚为C8-C12烷基酚聚氧乙烯醚，优选为辛基酚聚氧乙烯醚。

作为本发明优选的实施方案中，所述辛基酚聚氧乙烯醚选自乙氧基单元数为4的辛基酚聚氧乙烯醚，所采用的辛基酚聚氧乙烯醚的商品牌号可以为OP-4、OP-7等。

十二烷基硫酸钠亲水性，但对碱和硬水不敏感，因此，本发明的具体实施方案中采用去离子水；十二烷基硫酸钠具有优异的发泡能力。

作为本发明的其他具体实施方式，所述纳米二氧化硅具有庞大的比表面积、表面多介孔结构和超强的吸附能力，可以稳定泡沫。

本发明的改性起泡剂中，辛基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠和二氧化硅颗粒相互作用，起泡性强，发泡量大，同时还具有改进的亲油性能和稳泡作用，制备的油基凝胶堵漏剂的泡沫数量较多，易于封堵裂缝。

作为本发明的其他具体实施方式，所述组合物还包括柴油、去离子水、乳化剂、稳泡剂和交联剂；优选地，

所述柴油、去离子水、所述乳化剂、所述起泡剂组分、稳泡剂和交联剂的质量比为50：75-90：20-40：75-95：25-45：50-75，优选为50：70-90：20-30：75-92：29-30：54-67；

所述乳化剂选自丙二醇单油酸酯和失水山梨醇油酸酯中的至少一种；优选地，所述乳化剂包括丙二醇单油酸酯和失水山梨醇油酸酯，丙二醇单油酸酯和失水山梨醇油酸酯的质量比为1:0.5～2，例如1：1；

所述稳泡剂选自十二烷基二甲基甜菜碱、聚丙烯酰胺、黄原胶的至少一种；优选地，所述稳泡剂包括十二烷基二甲基甜菜碱、聚丙烯酰胺和黄原胶；所述十二烷基二甲基甜菜碱、聚丙烯酰胺、黄原胶的质量比为30-45:23-32:42-57；

作为本发明的其他具体实施方式，所述稳泡剂合成方法为：首先将十二烷基二甲基甜菜碱、聚丙烯酰胺混合，搅拌均匀，50℃烘烤5min加入黄原胶搅拌均匀，冷却至室温得到。

所述交联剂选自聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、乙酸铅、氯化铬、四氯化锆中的至少一种；优选地，所述交联剂包括：去离子水、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、乙酸铅、氯化铬和四氯化锆；所述去离子水、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、乙酸铅、氯化铬、四氯化锆的质量比优选为38-42:28-32:10:13-14:10-11:25-27，例如40:30:10:13-14:10-11:26。

作为本发明的其他具体实施方式，所述交联剂合成方法为：去离子水中加入聚丙烯酰胺、聚乙烯醇混合，搅拌均匀，加热至70℃，再加入乙酸铅、氯化铬、四氯化锆搅拌均匀，放置至室温，得到交联剂。

第二方面，本发明提供了由上述组合物形成的用于裂缝页岩的油基泡沫凝胶堵漏剂。

第三方面，本发明提供了一种用于裂缝页岩的油基泡沫凝胶堵漏剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将柴油、去离子水、乳化剂混合，得到混合油水乳白色状液体；

步骤2：将上述的起泡剂组分加入步骤1得到的混合油水乳白色状液体中，加热至45℃～55℃，搅拌均匀，形成油水混合泡沫；

步骤3：在步骤2得到的油水混合泡沫中加入稳泡剂和交联剂，搅拌均匀密封，经烘烤得到油基泡沫凝胶堵漏剂。

作为本发明的具体实施方式，所述步骤1中，按质量份数计，柴油、去离子水、乳化剂之间按50：70-90：20-30混合。

作为本发明的具体实施方式，所述步骤2中，以柴油为50质量份计，所述起泡剂组分加入量为79-92质量份。

作为本发明的具体实施方式，所述步骤3中，以柴油为50质量份计，所述稳泡剂、交联剂加入量分别为29-30质量份和54-76质量份。

需要说明的是，施工现场如果没有去离子水，可将自来水、地下水90份质量份数中加入20份离子交换树脂，放置10～12小时后将树脂取出。

作为本发明的具体实施方式，步骤2和/或步骤3中，所述搅拌速度为2000～5000r/min速度，搅拌时间为2～5min。

作为本发明优选的具体实施方式，所述步骤1中，搅拌速度为1500～2500r/min，搅拌时间2～5min；更优先地，搅拌速度为2000r/min，搅拌时间3min。

作为本发明优选的具体实施方式，所述步骤2中，加热温度为45℃～55℃，更优选地，50℃，持续加热5min；

搅拌速度为4500～5500r/min，搅拌时间2～5min；更优先地，搅拌速度为5000r/min，搅拌时间3min。

所述步骤3中，搅拌速度为4500～5500r/min，搅拌时间2～5min；更优先地，搅拌速度为5000r/min，搅拌时间3min。

烘烤温度为55℃～65℃，烘烤8～12min；更优选地，烘烤温度为60℃，烘烤10min。

第四方面，本发明提供的用于裂缝页岩的油基泡沫凝胶堵漏剂或上述的制备方法制得的用于裂缝页岩的油基泡沫凝胶堵漏剂在油田堵漏中的应用。

本发明中的上述原料均可自制，也可商购获得，本发明对此不作特别限定。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明的用于裂缝性页岩的油基泡沫凝胶堵漏剂，起泡剂组分，按质量份数计，包括50-65份改性起泡剂、30-35份丙二醇单油酸酯和15-25份失水山梨醇油酸酯；其中改性起泡剂具有起泡性强，发泡量大，使得油基凝胶堵漏剂的泡沫数量较多，易于封堵裂缝；以油基为基础，疏水性好，承压能力高。制备方法简单易操作，成本低，为现场堵漏处理提高效率。

2、与现有技术比，本发明的油基泡沫凝胶堵漏剂解决了因疏水性差、配置成本高、稳定性差以及抗压能力差的堵漏剂空白，为现场堵漏处理，提供了新的堵漏剂制备思路和产品。

3、本发明的油基泡沫凝胶堵漏剂，其中的改性起泡剂由辛基酚聚氧乙烯醚溶液、十二烷基硫酸钠粉末、二氧化硅颗粒混合合成得到，辛基酚聚氧乙烯醚具有亲油性，化学稳定性高，在高温下不易被强酸、强碱破坏，进而使制备的组合物性质稳定；十二烷基硫酸钠亲水性，具有优异的发泡能力；纳米二氧化硅具有庞大的比表面积、表面多介孔结构和超强的吸附能力，可以稳定泡沫。辛基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠和二氧化硅颗粒相互作用，起泡性强，发泡量大，同时还具有改进的亲油性能和稳泡作用，制备的油基凝胶堵漏剂的泡沫数量较多，易于封堵裂缝。

附图说明

图1为本发明实施例2中封堵前的漏矢量；

图2为本发明实施例2中封堵后的漏矢量；

图3为本发明实施例3中封堵前的漏矢量；

图4为本发明实施例3中封堵后的漏矢量。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但并不构成对本发明的任何限制。

本发明各实施例中所用的乳化剂均为失水山梨醇油酸酯(司盘80)与丙二醇单油酸酯(BPMO)按照质量比1:1混合得到。

本发明各实施例中所用的辛基酚聚氧乙烯醚溶液，浓度为18.5mol/L，由江苏省海安石油化工厂提供的，产品名称OP-4。

实施例1

本实施例提供了一种用于裂缝页岩的油基泡沫凝胶堵漏剂及制备方法，采用该方法制备的油基泡沫凝胶堵漏剂进行试验测试，制备原材料以质量份数计，具体细节如下：

步骤1：制备改性起泡剂：将68份辛基酚聚氧乙烯醚OP-4溶液，27份十二烷基硫酸钠粉末，17份7nm二氧化硅颗粒混合得到改性起泡剂；

步骤2：制备起泡剂：将51份步骤1制备的改性起泡剂、31份丙二醇单油酸酯、20份失水山梨醇油酸酯混合加热至50℃，使用高速搅拌器以2000r/min的速度搅拌2分钟，得到起泡剂；

步骤3：制备稳泡剂：将34份十二烷基二甲基甜菜碱、23份聚丙烯酰胺混合，放入搅拌机以2000r/min转速搅拌3min后放入烤箱，设置温度为50℃，烘烤5min拿出，加入51份黄原胶搅拌均匀，冷却至室温得到稳泡剂；

步骤4：制备交联剂：将30份去离子水中加入30份的聚丙烯酰胺、10份的聚乙烯醇混合，以3000r/min转速搅拌5min，加热至70℃，再加入13份乙酸铅、11份氯化铬、26份四氯化锆，搅拌均匀，放置至室温。

步骤5：将50份柴油、70份去离子水、25份的乳化剂倒入烧杯中，使用高速搅拌器以2000r/min的速度，搅拌3min，形成混合油水乳白色状液体，放置3min使油水充分融合；

步骤6：将79份的步骤2制备的起泡剂加入步骤5得到的液体中，再将烧杯放入温度为50℃的水浴锅内加热5min后，使用高速搅拌器以5000r/min的速度，搅拌3min，使混合油水乳白色状液体起泡，形成固体油水混合泡沫。

步骤7：在步骤6得到的油水混合泡沫中加入29份的步骤3制备的稳泡剂，再加入54份的步骤4制备的交联剂，使用高速搅拌器以5000r/min的速度，搅拌3min后，将混合物倒入密封量筒，放置在60℃的烤箱中烘烤10min，形成油基泡沫凝胶堵漏剂。

将实施例1制备的油基泡沫凝胶堵漏剂放入LPA-12型实验仪器中，将充满裂缝的10cm长的页岩岩芯放置实验仪器的环空当中，在环空页岩岩芯一侧，放置50g的堵漏剂，将环空封闭后，加温加压。温度设置为40℃，环空压力为1-6Mpa。环空左侧接入水仓模拟钻井液。开泵后，水将堵漏剂驱替进入页岩岩芯中。其主要实验数据如下表1所示。

表1 实施例1制备的油基泡沫凝胶堵漏剂实验测试封堵时间与漏失量数据表

由上述实验结果可证明，本发明的油基泡沫凝胶堵漏剂承压效果、耐高温效果、堵漏效果优异。

实施例2

本实施例提供了一种用于裂缝页岩的油基泡沫凝胶堵漏剂及制备方法，采用该方法制备的油基泡沫凝胶堵漏剂进行实地测试，测试地点为塔里木地区某井，以天然裂缝性页岩居多，如图1、图2所示，制备原材料以质量份数计，具体细节如下：

步骤1：制备改性起泡剂：将78份辛基酚聚氧乙烯醚OP-4溶液，27份十二烷基硫酸钠粉末，15份二氧化硅颗粒混合得到改性起泡剂；

步骤2：制备起泡剂：将55份步骤1制备的改性起泡剂、31份丙二醇单油酸酯、15份失水山梨醇油酸酯混合加热至50℃，使用高速搅拌器以2000r/min的速度搅拌2分钟，得到起泡剂；

步骤3：制备稳泡剂：将35份十二烷基二甲基甜菜碱、23份聚丙烯酰胺混合，放入搅拌机以2000r/min转速搅拌3min后放入烤箱，设置温度为50℃，烘烤5min拿出，加入43份黄原胶搅拌均匀，冷却至20℃得到稳泡剂；

步骤4：制备交联剂：将30份去离子水中加入30份的聚丙烯酰胺、10份的聚乙烯醇混合，以3000r/min转速搅拌5min，加热至70℃，再加入13份乙酸铅、10份氯化铬、26份四氯化锆，搅拌均匀，放置至32℃。

步骤5：施工现场无去离子水，按照自来水质量的90份加入20份离子交换树脂，放置12小时后将树脂取出；

步骤6：将50份柴油、80份步骤5得到的去离子水、22份的乳化剂倒入烧杯中，使用高速搅拌器以2000r/min的速度，搅拌3min，形成混合油水乳白色状液体，放置3min使油水充分融合；

步骤6：将79份的步骤2制备的起泡剂加入步骤6得到的液体中，再将烧杯放入温度为50℃的水浴锅内加热5min后，使用高速搅拌器以5000r/min的速度，搅拌3min，使混合油水乳白色状液体起泡，形成固体油水混合泡沫。

步骤7：在步骤6得到的油水混合泡沫中加入29份的步骤3制备的稳泡剂，再加入67份的步骤4制备的交联剂，使用高速搅拌器以5000r/min的速度，搅拌3min后，将混合物倒入密封量筒，放置在60℃的烤箱中烘烤10min，形成油基泡沫凝胶堵漏剂。

将实施例2得到油基泡沫凝胶堵漏剂用于塔里木地区某井，以天然裂缝性页岩居多，四开循环排后效时(层位O1-2y)，如图1、图2所示。

仪器监测：总池体积由94.6m

24小时监测：循环测漏速为：12l/s，漏失4.3m

48小时监测：降排量循环(8l/s，12.5MPa，漏失密度1.40g/cm

即时起钻至4900m(9 5/8套管内)，加入实施例2得到的油基泡沫凝胶堵漏剂；

加入实施例2得到的油基泡沫凝胶堵漏剂6小时监测：循环降密度至1.37g/cm

加入实施例2得到的油基泡沫凝胶堵漏剂13.5小时下钻到底，

加入实施例2得到的油基泡沫凝胶堵漏剂24小时循环降密度至1.37g/cm3，

加入实施例2得到的油基泡沫凝胶堵漏剂26小时监测起钻至7600m静止观察，

加入实施例2得到的油基泡沫凝胶堵漏剂40小时监测下钻到底循环无漏失，堵漏成功。

实施例3

本实施例提供了一种用于裂缝页岩的油基泡沫凝胶堵漏剂及制备方法，采用该方法制备的油基泡沫凝胶堵漏剂进行实地测试，测试地点为鄂尔多斯地区某井，天然性页岩裂缝非常发育，如图3、图4所示，制备原材料以质量份数计，具体细节如下：

步骤1：制备改性起泡剂：将76份辛基酚聚氧乙烯醚OP-4溶液，28份十二烷基硫酸钠粉末，17份二氧化硅颗粒混合得到改性起泡剂；

步骤2：制备起泡剂：将61份步骤1制备的改性起泡剂、34份丙二醇单油酸酯、23份失水山梨醇油酸酯混合加热至50℃，使用高速搅拌器以2000r/min的速度搅拌3分钟，得到起泡剂；

步骤3：制备稳泡剂：将43份十二烷基二甲基甜菜碱、23份聚丙烯酰胺混合，放入搅拌机以2000r/min转速搅拌3min后放入烤箱，设置温度为50℃，烘烤5min拿出，加入47份黄原胶搅拌均匀，冷却至20℃得到稳泡剂；

步骤4：制备交联剂：将30份去离子水中加入32份的2000万分子量聚丙烯酰胺、12份的17万分子量聚乙烯醇混合，以3000r/min转速搅拌5min，加热至70℃，再加入13份乙酸铅、10份氯化铬、26份四氯化锆，搅拌均匀，放置至32℃。

步骤5：施工现场无去离子水，按照地下水90份加入离子交换树脂20份，放置12小时后将树脂取出；

步骤6：将50份柴油、90份步骤5得到的水、22份的乳化剂倒入烧杯中，使用高速搅拌器以2000r/min的速度，搅拌3min，形成混合油水乳白色状液体，放置3min使油水充分融合；

步骤7：将92份的步骤2制备的起泡剂加入步骤6得到的液体中，再将烧杯放入温度为55℃的水浴锅内加热5min后，使用高速搅拌器以4200r/min的速度，搅拌3min，使混合油水乳白色状液体起泡，形成固体油水混合泡沫。

步骤8：在步骤7得到的油水混合泡沫中加入30份的步骤3制备的稳泡剂，再加入67份的步骤4制备的交联剂，使用高速搅拌器以5000r/min的速度，搅拌3min后，将混合物倒入密封量筒，放置在60℃的烤箱中烘烤10min，形成油基泡沫凝胶堵漏剂。

将实施例3得到油基泡沫凝胶堵漏剂用于鄂尔多斯地区某井，天然性页岩裂缝非常发育，如图3、图4所示。

钻井施工使用钻头型号及尺寸为：KM1362DGR*143.9mm。钻进至5524米发生井漏，节流循环期间发生溢流、重浆压井时发生井漏，后上提钻具时发生卡钻，因油气显示活跃，三开共发生井漏4次，累计漏失钻井液300.7m

三开累计使用104.73天，堵漏5次累计耗时24.88天，堵漏5次，其中随钻堵漏4次，使用陶粒堵漏剂效果不佳，更换堵漏方案，采用实施例3得到的油基泡沫凝胶堵漏剂静止堵漏1次，时长7.5h，继续钻进，钻井液返回量正常，地层孔隙封堵完毕。

对比例1

本对比例采用现有技术中某公司的DRKI-154型起泡剂，以椰油酰胺基丙基甜菜碱为基体的油基起泡剂，利用实施例1的制备方法制作出的堵漏剂与实施例1-3制备的油基泡沫凝胶堵漏剂进行堵漏性能对比测试，具体测试方法如下：

采用实施例1所用的LPA-12型实验仪器，在环空中放入10cm充满裂缝的页岩岩芯，将环空压力设置为1-6Mpa，每次堵漏时间为10min，取每个样本堵漏剂500ml，分别测试各项堵漏剂的堵漏效果。具体堵漏效果如下表2所示。

表2 实施例1～3得到的堵漏剂及对比例1DRKI-154起泡剂制配的堵漏剂性能测试对比表

对比例2

本对比例中，基于实施例1已制备的油基泡沫凝胶堵漏剂，其中起泡剂缺少失水山梨醇油酸酯。与实施例1-3制备的油基泡沫凝胶堵漏剂进行堵漏性能对比测试，具体测试方法如下：

采用实施例1所用的LPA-12型实验仪器，在环空中放入10cm充满裂缝的页岩岩芯，将环空压力设置为1-6Mpa，每次堵漏时间为10min，取每个样本堵漏剂500ml，分别测试各项堵漏剂的堵漏效果。具体堵漏效果如下表3所示：

表3 实施例1～3得到的堵漏剂及对比例2缺少失水山梨醇油酸酯的堵漏剂性能测试对比表

综上，本发明的油基泡沫凝胶堵漏剂，承压效果、耐高温效果、堵漏效果优异，在实际应用中有效堵漏。

在本发明中的提到的任何数值，如果在任何最低值和任何最高值之间只是有两个单位的间隔，则包括从最低值到最高值的每次增加一个单位的所有值。例如，如果声明一种组分的量，或诸如温度、压力、时间等工艺变量的值为50-90，在本说明书中它的意思是具体列举了51-89、52-88……以及69-71以及70-71等数值。对于非整数的值，可以适当考虑以0.1、0.01、0.001或0.0001为一单位。这仅是一些特殊指明的例子。在本申请中，以相似方式，所列举的最低值和最高值之间的数值的所有可能组合都被认为已经公开。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。