吸水材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种吸水材料及其制备方法和应用，所述吸水材料的质量百分比组成为：丙烯酸27％～33％，氢氧化钾17％～21％，丙烯酰基吗啉1％～2％，复合交联剂1％-2％，二氧化硅0.2％-0.3％，增粘剂0.04％-0.06％，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸AMPS 0.2％-0.3％，去离子水41％-54％，引发剂0.1％-0.3％，且所述丙烯酸与所述氢氧化钾的质量比为50：31，本发明专利技术提供的吸水材料，解决了现有的压井液中添加的强吸水材料不能耐盐，易降解以及耐温性差的技术问题，同时实现了吸水材料吸水后具有一定粘度及压缩屏蔽作用，实现了堵漏的目的，从而在压井液中应用时提高了堵漏效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种油田助剂
，特别涉及一种低压无伤害压井液的吸水材料及其制备方法和应用。
技术介绍
在石油、天然气修井，压井作业过程中往往会出现井漏现象，其中，井漏是指在钻井、固井、测井或修井等各种井下作业过程中，各种工作液(包括钻井液、水泥浆、压井液及其它液体等)在压差作用下漏入地层的现象，这是钻采过程最普遍、最常见而又损失较为严重的问题，所以在钻采过程中既要有效地护壁堵漏，又要防止各种工作液漏入生产层造成对生产层的损害。目前为了对低压气井进行堵漏，广泛使用的压井液是强吸水暂堵压井液，强吸水暂堵压井液是通过在压井液中添加了强吸水材料制备而成的，其中该强吸水材料能够吸附其自身重量数倍至数百倍的水，将压井液中的自由水牢牢地吸附，使自由水在完井过程中不会向地层漏失。然而，强吸水暂堵压井液中添加的强吸水材料不能耐盐，在二价阳离子环境中会降解，对水质要求较高，而且在高温环境下，会改变强吸水材料的物理和化学性质，造成吸水失效。
技术实现思路
本专利技术提供一种吸水材料，该吸水材料具有高吸水倍率，强抗降解能力，强抗高盐高温环境的性能，解决了现有的压井液中添加的强吸水材料不能耐盐，易降解以及耐温性差的技术问题，同时实现了吸水材料吸水后具有一定粘度的目的，从而在压井液中应用时提高了堵漏效果。本专利技术还提供一种吸水材料的制备方法，该吸水材料通过聚合法聚合反应而制成，操作简单易于控制。本专利技术提供一种吸水材料在压井液中的应用，所述吸水材料能够对压井
液中的自由水大幅度地吸附，防止了自由水向底层漏失，同时吸水材料吸水后就有一定粘度起到了堵漏的作用，而且该吸水材料抗降解能力强，抗高盐环境，使得压井液的应用范围更加广泛。本专利技术提供一种吸水材料，所述吸水材料的质量百分比组成为：丙烯酸27％～33％，氢氧化钾17％～21％，丙烯酰基吗啉1％～2％，复合交联剂1％～2％，二氧化硅0.2％～0.3％，增粘剂0.04％～0.06％，去离子水41％～54％，引发剂0.1％～0.3％，，且所述丙烯酸与所述氢氧化钾的质量比为50：31。本专利技术提供的吸水材料中，其中，添加的丙烯酰基吗啉是单体，可以赋予吸水材料抑菌、杀菌的特性，可有效防止树脂降解；添加的复合交联剂使得反应体系中分子交联更均匀；二氧化硅颗粒能够保障吸水材料颗粒之间良好的传导性；增粘剂的添加可以赋予吸水材料吸水后具有一定的增粘能力，从而当吸水材料应用到压井液中更好地实现对低压气井的堵漏效果。本专利技术的实施方案中，所述增粘剂由丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(2-Acrylamide-2-methylpro panesulfonic acid，简称：AMPS)、引发剂和去离子水组成，且所述增粘剂中所述去离子水、所述丙烯酰胺、所述AMPS和所述引发剂的质量比为100：60：6：1，其中AMPS的引入可以大大增加产品的抗盐性能，因此在本专利技术中，首先通过将丙烯酰胺加入去离子水中，接着再加入AMPS，调整温度为25℃-30℃时再加入引发剂引发聚合生成增粘剂，然后使用制备的增粘剂与丙烯酸、氢氧化钾、丙烯酰基吗啉、复合交联剂、二氧化硅、去离子水再次在引发剂作用下引发聚合生成吸水材料，所以，本专利技术提供的吸水材料采用二次引发聚合法制备而成，使得吸水材料具备高吸收倍率，强抗降解能力，强抗高盐环境的性能，在本专利技术的一个具体方案中，所述吸水材料中使用的引发剂和所述增粘剂中的引发剂相同，都是由过硫酸钾和亚硫酸氢钠组成，其中该引发剂使用时，需先将过硫酸钾添加到反应器中，5min后再添加所述亚硫酸氢钠，如此能够实现较好的引发聚合效果。本专利技术的实施方案，所述复合交联剂由乙二醇二缩水甘油醚和聚乙二醇400组成，且所述乙二醇二缩水甘油醚和聚乙二醇400的质量比为3：1。本专利技术的实施方案，所述二氧化硅为气相二氧化硅，粒径为7-40nm，所述二氧化硅的比表面积例如可以为150m2。本专利技术还提供上述吸水材料的制备方法，包括以下过程：将丙烯酸、去离子水和氢氧化钾加入反应器中进行中和反应；再将丙烯酰基吗啉、复合交联剂、增粘剂和二氧化硅加入所述反应器中，并向所述反应器中通入氮气去除所述反应器中的氧气，除氧时间大于30min；将引发剂加入所述反应器中在20-30℃条件下引发聚合生成胶体；将所述胶体经造粒、干燥和破碎制成吸水材料；其中，本专利技术中，所述丙烯酸、所述氢氧化钾、丙烯酰基吗啉、复合交联剂、二氧化硅、增粘剂、去离子水和引发剂的质量份数分别为：27～33、17～21，1～2、1～2、0.2～0.3、0.04～0.06、41～54、0.1～0.3，且所述丙烯酸与所述氢氧化钾的质量比为50：31。在本专利技术中，添加的丙烯酰基吗啉是单体，可以赋予吸水材料抑菌、杀菌的特性，可有效防止吸水材料降解，添加的复合交联剂使得反应体系中分子交联更均匀，二氧化硅颗粒能够保障吸水材料颗粒之间良好的传导性，增粘剂的添加可以赋予吸水材料吸水后具有一定的增粘能力，从而当吸水材料应用到压井液中更好地实现对低压气井的堵漏效果。在本专利技术中，引发剂加入所述反应器中在20-30℃条件下引发聚合生成胶体时，当聚合反应的温度不再上升时视为反应结束，反应结束后将所述胶体经造粒、干燥和破碎制成吸水材料，其中生成的胶体在造粒时，胶体造粒的直径大小约为0.5～2mm，该胶体造粒的大小须保持高的均匀性与一致性，同时需要说明的是，在本专利技术中，由于所述丙烯酸与所述氢氧化钾的质量比为50：31，按照分子量计算，丙烯酸中的羧酸基团与氢氧化钾中的羟基基团的比例为1.25:1，这个重量比例下，将丙烯酸、去离子水和氢氧化钾加入反应器中进行中和反应时，丙烯酸中80％的羧酸基团被中和，因此，将丙烯酸、去离子水和氢氧化钾加入反应器中进行中和反应时，所述丙烯酸与所述氢氧化钾的质量比为50：31时，中和度为80％。一个具体方案中，所述方法还包括：将丙烯酰胺、AMPS和去离子水混合，并调整温度为25℃-30℃时加入引发剂进行引发聚合，并经造粒、烘干、破碎制成所述增粘剂，其中，AMPS的引入可以大大增加产品的抗盐性能，且所述增粘剂中所述去离子水、所述丙烯酰胺、所述AMPS和所述引发剂的质量比为100：60：6：1，即在本专利技术中，需首先通过引发聚合生成增粘剂，然后使用该增粘剂与丙烯酸、氢氧
化钾、丙烯酰基吗啉、复合交联剂、二氧化硅和去离子水再次在引发剂作用下引发聚合生成吸水材料，所以，本专利技术提供的吸水材料采用二次引发聚合法制备而成，使得吸水材料具备高吸收倍率，强抗降解能力，强抗高盐高温环境的性能，在本专利技术中，其中，两次引发聚合生成的引发剂都由过硫酸钾和亚硫酸氢钠组成，其中所述引发剂的添加方式为先添加所述过硫酸钾，5min后再添加所述亚硫酸氢钠。本专利技术的实施方案，所述复合交联剂由乙二醇二缩水甘油醚和聚乙二醇400混合制备而成，其中所述乙二醇二缩水甘油醚和聚乙二醇400的质量比为3：1。本专利技术的实施方案，所述二氧化硅为气相二氧化硅，二氧化硅的粒径为微米至纳米级，本专利技术中，二氧化硅的粒径为7-40nm，所述二氧化硅的比表面积可以为150m2，其中采用气相二氧化硅能够有效增加其比表面积，起到增加胶体韧性的目的。本专利技术的实施方案，所述将所述胶体经造粒、干燥和破碎制成吸水材料，包括：将所述胶体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种吸水材料，其特征在于，所述吸水材料的质量百分比组成为：丙烯酸27％～33％，氢氧化钾17％～21％，丙烯酰基吗啉1％～2％，复合交联剂1％～2％，二氧化硅0.2％～0.3％，增粘剂0.04％～0.06％，去离子水41％～54％，引发剂0.1％～0.3％，且所述丙烯酸与所述氢氧化钾的质量比为50：31。

【技术特征摘要】
1.一种吸水材料，其特征在于，所述吸水材料的质量百分比组成为：丙烯酸27％～33％，氢氧化钾17％～21％，丙烯酰基吗啉1％～2％，复合交联剂1％～2％，二氧化硅0.2％～0.3％，增粘剂0.04％～0.06％，去离子水41％～54％，引发剂0.1％～0.3％，且所述丙烯酸与所述氢氧化钾的质量比为50：31。2.根据权利要求1所述的吸水材料，其特征在于，所述增粘剂由丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、所述引发剂和去离子水组成，且去离子水、丙烯酰胺、AMPS和引发剂的质量比为100：60：6：1。3.根据权利要求2所述的吸水材料，其特征在于，该引发剂由过硫酸钾和亚硫酸氢钠组成。4.根据权利要求1或3所述的吸水材料，其特征在于，所述复合交联剂由乙二醇二缩水甘油醚和聚乙二醇400组成，且所述乙二醇二缩水甘油醚和聚乙二醇400的质量比为3：1。5.根据权利要求4所述的吸水材料，其特征在于，所述二氧化硅为气相二氧化硅，粒径为7-40nm。6.权利要求1-5任一项所述的吸水材料的制备方法，其特征在于，包括以下过程：将丙烯酸、去离子水和氢氧化钾加入反应器中进行中和反应；再将丙烯酰基吗啉、复合交联剂、增粘剂和二氧化硅加入所述反应器中，并向所述反应器中通入氮气去除所述反应器中的氧气，除氧时间大于30min；将引发剂加入所述反应器中并在20-30℃条件下引发聚合生成胶体；将所述胶体经造粒、干燥和破碎制成吸水材料；其中，所述丙烯酸、所述氢氧化钾、丙烯酰基吗啉、复合交联剂、二氧化硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：李慧，薛建强，李琼玮，奚运涛，孙雨来，董晓焕，张鑫柱，程碧海，朱方辉，李明星，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11