一种环保型可控暂堵剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种环保型可控暂堵剂及其制备方法，该暂堵剂由有机环保的合成原液和无机的功能试剂混合而成，其中合成原液是由聚乙烯醇、可溶性淀粉、明胶、海藻酸钠、过硫酸铵与水混合搅拌得到，辅助试剂由无水氯化钙、无水硫酸钠、乙二胺四乙酸二钠、四硼酸钠、过硫酸铵组成。本发明专利技术暂堵剂的制备方法是：采用溶液聚合法制备合成原液，然后加入助凝胶试剂，在骨架材料上实现一次凝胶材料的完美结合，再次加入二次凝胶试剂(主凝胶剂)，制备得到目标产品。本发明专利技术研制的产品封堵效果好、封堵时间可控、返排性能好、无污染、生产工序少、成本低，适用于工业化生产。

Environmental friendly controllable temporary plugging agent and preparation method thereof

The invention provides an environment-friendly controllable plugging agent and a preparation method thereof, the temporary plugging agent by mixed solution of organic synthesis of functional reagents and inorganic and environmental protection, which is composed of polyvinyl alcohol solution synthesis, soluble starch, gelatin, sodium alginate, ammonium persulfate mixed with water, auxiliary reagent by chloride anhydrous calcium, anhydrous sodium sulfate, two sodium EDTA, four sodium borate, ammonium persulfate. The preparation method of temporary plugging agent is synthesized by solution polymerization and solution method, adding gel reagent, to achieve a perfect combination of gel material in the skeleton material, once again join the two gel reagent (main gel), was prepared by the target product. The product prepared by the invention has the advantages of good plugging effect, controllable plugging time, good flowback performance, no pollution, little production process and low cost, and is suitable for industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种环保型可控暂堵剂及其制备方法
本专利技术属于页岩气开采
，具体涉及一种环保型可控暂堵剂及其制备方法。
技术介绍
页岩气是一种特殊的非常规天然气，赋存于泥岩或页岩中，具有自生自储、无气水界面、大面积连续成藏、低孔、低渗等特征，一般无自然产能或低产，需要大型水力压裂和水平井技术才能进行经济开采，单井生产周期长。美国作为世界上页岩气资源勘探开发最早的国家，已在北美地区形成成熟的评价方法和勘探开发技术，实现了页岩气的工业开发，从理论和技术上证实了页岩气资源有效开发的可能性。因此加快页岩气资源勘探开发，已成为世界主要页岩气资源大国和地区的共同而热切的愿望。页岩气开发技术发展大致可分五个基本阶段(以美国为例)：1钻直井，进行泡沫压裂(大液量、大排量6.4方/分，要加砂；传统压裂液)；2钻直井，大型水力压裂技术(大液量、大排量6.4方/分，要加砂29％；传统压裂液)；3钻直井，清水压裂或清水加砂压裂(加沙2.66～4.8％)，可比凝胶压裂节约成本50％～60％，从1998年至今一直是垂直井的压裂方式；41997年，最初由凝胶压裂的井在能量衰竭后，用清水进行二次压裂，可采储量增加了60％，二次压裂技术至2006年仍较为常见；5钻水平井，水平段长304.8～1066.8m，分段清水和砂进行压裂，此技术开始于2003年，2006年“同步压裂”技术产生。但总的说来，现在并不具备对我国页岩气进行工业化开采的技术条件，主要体现在以下方面：⑴我国页岩地质条件与国外成功开发的页岩储层的地质条件有较大差异，国外有效技术难以直接应用；⑵我们对国外成熟技术还未完全掌握；⑶我国自然环境条件对国外现技术不适应；⑷国外有效技术本身还存在很多需要改进和发展的问题。针对以上问题，国内外提出了转向压裂工艺。转向压裂分为缝内转向压裂和缝间转向压裂两种。其核心目的就是提高净压力，迫使裂缝转向，增大储层改造体积。缝内转向：根据流体向阻力最小方向流动的原则，暂堵剂颗粒首先进入高渗层，对地层中的大孔道、原生裂缝、水力裂缝壁面以及炮眼处产生“滤饼桥堵”效应，使得压力升高，迫使裂缝转向，增大储层改造体积。缝间转向：通过注入混合暂堵型材料(纤维+大粒径暂堵剂-可降解)的压裂液和支撑剂，在先压开裂缝口处形成暂时封堵，井底压力升高迫使液体转向，最终所有射孔簇按破裂压力由低到高都依次改造。但是目前国内一般的暂堵剂都存在很多问题：1、封堵时间单一，不能有效的随着地貌环境与施工需要的变化而变化；2、暂堵剂封堵效果不理想；3、暂堵剂完成封堵后，在返排溶液中残留固体悬浮物，使得返排液粘度变大，不易返排，部分暂堵剂排出后还会对地质环境造成危害；4、暂堵剂不易加工，强度不足，耐压性能差等相关施工工艺无法达标。因此，开发一种新型环保可控的暂堵剂显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种承压能力高、密度小、易加工的环保型暂堵剂，相比于现有同类产品，其具有封堵效果优异、返排效果好、封堵时间可控的优点，且成本低廉，适合工业化生产。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种环保型可控暂堵剂，由合成原液和凝胶剂复配而成，所述合成原液由聚乙烯醇(PVA)、可溶性淀粉、明胶、海藻酸钠、过硫酸铵与水混合而成，所述凝胶剂包括助凝胶剂和主凝胶剂，其中助凝胶剂由无水氯化钙、无水硫酸钠、乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)复配而成，主凝胶剂由四硼酸钠、过硫酸铵复配而成。上述方案中，所述合成原液中聚乙烯醇的质量分数为3-9％，可溶性淀粉的质量分数为2-6％，明胶的质量分数为1-6％，水的质量分数为70％，余量为海藻酸钠和过硫酸铵混合物。合成原液的配制遵循少量多次均一的原则。上述方案中，所述助凝胶剂中无水氯化钙、无水硫酸钠、乙二胺四乙酸二钠的质量比为1-2：1-2：1-4。上述方案中，所述主凝胶剂中四硼酸钠、过硫酸铵的质量比为1-4：2。上述方案中，所述暂堵剂由合成原液、助凝胶剂、主凝胶剂按照100：3-8：3-6的质量比混合而成。整个凝胶化过程涉及到二次相互穿透凝胶化以及缓蚀解凝胶化。上述环保型可控暂堵剂的制备方法，包括以下步骤：(a)按配比准确称量聚乙烯醇、可溶性淀粉、明胶、海藻酸钠、过硫酸铵与水，混合溶解得到合成原液；(b)按配比将无水氯化钙、无水硫酸钠、乙二胺四乙酸二钠混合复配成助凝胶剂，将四硼酸钠、过硫酸铵复配成主凝胶剂备用；(c)将助凝胶剂加入到均一的合成原液中，反应一段时间后将主凝胶剂加入到混合溶液中，静置冷却后热压烘干即得环保型可控暂堵剂。本专利技术中使用的合成原液是由聚乙烯醇、可溶性淀粉、明胶、海藻酸钠、过硫酸铵等构成的均一复合组分溶液。从稳定性、黏性和价格等方面综合考虑，选用的凝胶化试剂包括无水氯化钙、无水硫酸钠、乙二胺四乙酸二钠以及过硫酸铵、四硼酸钠等。本专利技术采用两次凝胶成型相互穿透，包裹缓蚀剂、降粘剂等添加剂制备而成。由于明胶的溶解效果比较恰当且本身是两性物质，暂堵剂骨架支撑体首选明胶；可溶性淀粉粘度比较大，具有较好的稳定性与粘结性且能与明胶共混，作为粘结剂；EDTA-2Na做络合剂，与无水氯化钙和明胶反应，使得明胶与氯化物接触变性，在低温下缓慢溶于水，为后续生产提供了良好的条件；无水氯化钙与无水硫酸钠作为一次凝胶剂(助凝胶剂)用来稳定EDTA-2Na，使其不至于和明胶过快反应，保证溶解速度；硼砂(主凝胶剂)与PVA发生二次凝胶，PVA在原液制备中与明胶良好的共混缔合，在后期生产中将原液缓慢均匀的倒入硼砂的水溶液时，与硼砂迅速凝胶化，生成主产物暂堵剂。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)制备暂堵剂所用的原料海藻酸钠、可溶性淀粉、明胶等均具有较好的生物相容性，原料来源环保，暂堵剂可完全溶于水中并随返排液及时排出，不会遗留在地层中，对环境不会造成伤害；(2)封堵效果良好，返排效果优秀，溶解后溶液粘度低至5.3204mPa·s，不足50mPa·s；(3)封堵时间可控，不同配比的凝胶剂配制而成的暂堵剂溶解时间不同；(4)制备工艺简单，原料成本低，适合工业化生产。附图说明图1为本专利技术实施例1制备得到的暂堵剂对普通细砂的封堵性能曲线；图2为本专利技术实施例1制备得到的暂堵剂对中砂的封堵性能曲线；图3为本专利技术实施例1制备得到的暂堵剂对混砂A的封堵性能曲线；图4为本专利技术实施例1制备得到的暂堵剂对粗砂的封堵性能曲线；图5为本专利技术实施例1制备得到的暂堵剂对混砂B的封堵性能曲线；图6为本专利技术实施例1制备得到的暂堵剂对混砂C的封堵性能曲线；图7为本专利技术实施例1制备得到的暂堵剂对混砂D的封堵性能曲线。具体实施方式为使本领域普通技术人员充分理解本专利技术的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例进行进一步说明。实施例1一种环保型可控暂堵剂，由合成原液与助、主凝胶剂复配而成。以质量份数计，合成原液由聚乙烯醇9份，可溶性淀粉3份，明胶6份，水70份，海藻酸钠和过硫酸铵共计12份组成；助凝胶剂由无水氯化钙1份、无水硫酸钠1份、EDTA-2Na3份组成，主凝胶剂由四硼酸钠3份、过硫酸铵2份组成。制备时，首先按配比将聚乙烯醇、可溶性淀粉、明胶、海藻酸钠、过硫酸铵和水混合溶解得到均一的合成原液，接着将助凝胶剂加入到合成原液中反应10min左右，再加入主凝胶剂，待所需样品成型后停止反应，取出烘干待用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环保型可控暂堵剂，由合成原液和凝胶剂复配而成，其特征在于：所述合成原液由聚乙烯醇、可溶性淀粉、明胶、海藻酸钠、过硫酸铵与水混合而成，所述凝胶剂包括助凝胶剂和主凝胶剂，其中助凝胶剂由无水氯化钙、无水硫酸钠、乙二胺四乙酸二钠复配而成，主凝胶剂由四硼酸钠、过硫酸铵复配而成。

【技术特征摘要】
1.一种环保型可控暂堵剂，由合成原液和凝胶剂复配而成，其特征在于：所述合成原液由聚乙烯醇、可溶性淀粉、明胶、海藻酸钠、过硫酸铵与水混合而成，所述凝胶剂包括助凝胶剂和主凝胶剂，其中助凝胶剂由无水氯化钙、无水硫酸钠、乙二胺四乙酸二钠复配而成，主凝胶剂由四硼酸钠、过硫酸铵复配而成。2.根据权利要求1所述的一种环保型可控暂堵剂，其特征在于：所述合成原液中聚乙烯醇的质量分数为3-9％，可溶性淀粉的质量分数为2-6％，明胶的质量分数为1-6％，水的质量分数为70％，余量为海藻酸钠和过硫酸铵混合物。3.根据权利要求1所述的一种环保型可控暂堵剂，其特征在于：所述助凝胶剂中无水氯化钙、无水硫酸钠、乙二胺四乙酸二钠的质量比为1-2：1-2：1-4。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴仲岿，王文轩，林晨，张海丽，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42