一种自组装复合凝胶暂憋剂制备及其憋压造缝方法技术

本发明专利技术涉及石油与天然气开采技术领域，公开了一种自组装复合凝胶暂憋剂制备及其造缝方法，包括以下步骤：S1，用改性剂和纳米碳酸钙制备改性纳米碳酸钙；S2，将活化纤维素和丙烯酰胺溶于水中，依次加入改性纳米碳酸钙和交联剂，搅拌均匀后依次加入助剂和引发剂，搅拌至形成凝胶后停止；将凝胶进行离心、洗涤，干燥后研磨筛分，得到不同粒度的凝胶颗粒；S3，用聚多巴胺对凝胶颗粒进行一次改性，得到单层覆膜凝胶颗粒；S4，用有机相变材料对单层覆膜凝胶颗粒进行二次改性，即得。自组装复合凝胶暂憋剂的承压强度高，在井筒地层温度下疏水相变膜材料和聚多巴胺膜溶解，凝胶颗粒发生溶胀进行憋压造缝，凝胶颗粒吸水坍塌后可快速自降解。凝胶颗粒吸水坍塌后可快速自降解。凝胶颗粒吸水坍塌后可快速自降解。

【技术实现步骤摘要】
一种自组装复合凝胶暂憋剂制备及其憋压造缝方法


[0001]本专利技术涉及石油与天然气开采
，具体涉及一种自组装复合凝胶暂憋剂制备及其造缝方法。

技术介绍

[0002]21世纪以来，常规储层油气资源探明储量持续下降，但全球油气需求量仍不断增加，高效开采致密油气、页岩油气、煤层气、天然气水合物等非常规油气资源意义重大。由于非常规油气藏储层的孔隙率及渗透率一般较低，自然产能严重受限，采用缝内转向压裂技术可以在地层中形成裂缝网络，增加储层油气的相对渗透率以大幅提高产能。
[0003]通过暂堵剂临时封堵憋压是形成大量裂缝网络的有效手段，为满足储层保护要求，暂堵剂在压裂液或地层水中应达到一定程度的溶解度，性能优异的暂堵剂应具有高承压强度、及时解憋、易于输送等特点，可以满足主缝与分支裂缝同时压裂。现有的颗粒暂堵剂承压强度高，但不耐酸、难以降解、解堵工艺复杂。水凝胶暂堵剂能够自降解，但存在强度低、易吸水溶胀，存在在输送至目标位置前即发生吸水溶胀而失效的问题，限制了缝内转向压裂技术的进一步发展,单一类型的暂堵剂已无法满足非常规油气的高效压裂开采。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种自组装复合凝胶暂憋剂制备及其憋压造缝方法，承压强度高，在特定的条件下才会溶胀，有效解决了水凝胶暂憋剂输送过程出现凝胶溶胀问题，自降解性能好，并且能灵活调控复合凝胶暂憋剂的强度、溶胀时机、自降解时长，增加了暂憋剂的适用范围。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现。
[0006]一种自组装复合凝胶暂憋剂制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1，用改性剂和纳米碳酸钙制备改性纳米碳酸钙；
[0008]S2，将活化纤维素和丙烯酰胺溶于水中，得到第一溶液；依次将改性纳米碳酸钙和交联剂加入第一溶液中，搅拌均匀后依次加入助剂和引发剂，搅拌至形成凝胶后停止；
[0009]S3，将凝胶进行离心、洗涤，干燥后研磨筛分，得到不同粒度的凝胶颗粒；
[0010]S4，用聚多巴胺对凝胶颗粒进行一次改性，得到单层覆膜凝胶颗粒；
[0011]S5，用有机相变材料对单层覆膜凝胶颗粒进行二次改性，得到自组装复合凝胶暂憋剂。
[0012]优选的，所述改性纳米碳酸钙的制备方法为：
[0013]S11，纳米碳酸钙真空干燥后，加入乙酸乙酯中超声分散20
‑
60min，得到分散液；所述纳米碳酸钙的粒径为40～100nm；
[0014]S12，将改性剂加入分散液中，持续搅拌，并在60～100℃下回流3～5h，抽滤得到固体产物；所述改性剂为铝酸酯偶联剂，铝酸酯偶联剂的用量为纳米碳酸钙用量的1～5％wt；
[0015]S13，固体产物用乙酸乙酯洗涤后烘干，得到改性纳米碳酸钙。
[0016]优选的，步骤S2中所述活化纤维素的制备方法为：
[0017]S21，配制氢氧化钠溶液，将纤维素加入氢氧化钠溶液中，在70℃搅拌5h得到混合液，其中纤维素与氢氧化钠的质量比为1:1；
[0018]S22，分离混合液中的纤维素并清洗至PH＝7，得到活化纤维素。
[0019]优选的，步骤S2中将第一溶液升温至70℃，依次向第一溶液中加入改性纳米碳酸钙和交联剂，在600r/min的搅拌速率下反应5min，之后加入助剂反应5min，再加入引发剂在800r/min搅拌速率下反应，直至形成凝胶后停止搅拌。
[0020]优选的，步骤S2中各组分的质量百分比为：
[0021]改性纳米碳酸钙10.00％～40.00％；
[0022]活化纤维素0.50％～5.00％；
[0023]丙烯酰胺10.00％～25.00％；
[0024]交联剂0.01％～0.10％；
[0025]助剂0.10％～5.00％
[0026]引发剂0.10％～1.00％
[0027]余量为水；
[0028]所述交联剂为N,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺，所述助剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺，所述引发剂为过硫酸铵，在此配比范围内，各组分之间形成协同效应，具有较好承压强度、吸水膨胀性能和自降解性能。
[0029]改性纳米碳酸钙能提高自组装复合凝胶暂憋剂的承压性能，改性纳米碳酸钙用量增加，则自组装复合凝胶暂憋剂的承压强度提高；通过改变纳米碳酸钙的用量，可制备具有不同承压强度的自组装复合凝胶暂憋剂，但改性纳米碳酸钙用量过高时，将影响自组装复合凝胶暂憋剂的自降解性能。
[0030]丙烯酰胺能在活化纤维素上形成有机网络结构，增加更多的亲水基团，提高丙烯酰胺用量能提高自组装复合凝胶暂憋剂的吸水膨胀效果。通过改变丙烯酰胺的用量，可调节自组装复合凝胶暂憋剂的膨胀倍数。随着丙烯酰胺用量增加，膨胀倍数出现减小趋势，这是由于用量过大后亲水基团虽然变多，但网孔变密、变小，导致可吸水容量减小。
[0031]优选的，步骤S3中一次改性的方法为：
[0032]S31，用三羟甲基氨基甲烷(Tris)、1mol/L盐酸和去离子水等物质配制0.05mol/L的Tris
‑
HCl缓冲溶液，将多巴胺加入Tris
‑
HCl缓冲溶液中配制浓度为2mg/ml的多巴胺溶液；
[0033]S32，立即将凝胶颗粒加入多巴胺溶液中，在摇床中以60rpm的转速反应8h，在凝胶颗粒表面形成聚多巴胺膜；过滤并洗涤凝胶颗粒，干燥至恒重，得到单层覆膜凝胶颗粒；凝胶颗粒与多巴胺的配比为每100ml多巴胺溶液中加入5～20g凝胶颗粒。
[0034]优选的，步骤S4中二次改性的方法为：
[0035]S41，将有机相变材料溶于80℃的水中，加入乳化剂在500r/min转速下搅拌30min，得到有机相变材料乳液；
[0036]S42，将单层覆膜凝胶颗粒加入有机相变材料乳液中充分混合，然后过滤并静置，单层覆膜凝胶颗粒外层形成疏水相变膜，之后在50℃下真空干燥；
[0037]有机相变材料、乳化剂和单层覆膜凝胶颗粒的质量比为1：0.1：(0.5～1)。
[0038]进一步优选的，所述有机相变材料为硬脂酸、石蜡、棕榈酸或聚己内酯；所述乳化剂为硬脂酸乳化剂AE
‑
96、十二烷基苯磺酸钠或三聚甘油单硬脂酸酯。
[0039]上述自组装复合凝胶暂憋剂制备方法制备的暂憋剂，所述暂憋剂为具有双层覆膜的凝胶颗粒，其中内层覆膜为聚多巴胺膜，外层覆膜为疏水相变膜。
[0040]一种自组装复合凝胶暂憋剂憋压造缝方法，包括以下步骤：
[0041]步骤1，暂憋造缝：取不同粒径的暂憋剂颗粒加入前置液中，输送至井筒内，当井筒内温度到达疏水相变膜的固
‑
液相变温度后疏水相变膜层溶解，聚多巴胺膜暴露；聚多巴胺膜在高温、酸性体系中水解，凝胶颗粒暴露；凝胶颗粒在主裂缝内吸水溶胀形成暂憋段，持续注入前置液，压力转向裂缝两侧，形成纵向分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自组装复合凝胶暂憋剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，用改性剂和纳米碳酸钙制备改性纳米碳酸钙；S2，将活化纤维素和丙烯酰胺溶于水中，得到第一溶液；依次将改性纳米碳酸钙和交联剂加入第一溶液中，搅拌均匀后依次加入助剂和引发剂，搅拌至形成凝胶后停止；将凝胶进行离心、洗涤，干燥后研磨筛分，得到不同粒度的凝胶颗粒；S3，用聚多巴胺对凝胶颗粒进行一次改性，得到单层覆膜凝胶颗粒；S4，用有机相变材料对单层覆膜凝胶颗粒进行二次改性，得到自组装复合凝胶暂憋剂。2.根据权利要求1所述的自组装复合凝胶暂憋剂制备方法，其特征在于，所述改性纳米碳酸钙的制备方法为：S11，纳米碳酸钙真空干燥后，加入乙酸乙酯中超声分散20～60min，得到分散液；所述纳米碳酸钙的粒径为40～100nm；S12，将改性剂加入分散液中，持续搅拌，并在60～100℃下回流3～5h，抽滤得到固体产物；所述改性剂为铝酸酯偶联剂，铝酸酯偶联剂的用量为纳米碳酸钙用量的1～5％wt；S13，固体产物用乙酸乙酯洗涤后烘干，得到改性纳米碳酸钙。3.根据权利要求1所述的自组装复合凝胶暂憋剂制备方法，其特征在于，步骤S2中所述活化纤维素的制备方法为：S21，配制氢氧化钠溶液，将纤维素加入氢氧化钠溶液中，在70℃搅拌5h得到混合液，其中纤维素与氢氧化钠的质量比为1:1；S22，分离混合液中的纤维素并清洗至PH＝7，得到活化纤维素。4.根据权利要求1所述的自组装复合凝胶暂憋剂制备方法，其特征在于，步骤S2中，将第一溶液升温至70℃，依次向第一溶液中加入改性纳米碳酸钙和交联剂，在600r/min的搅拌速率下反应5min，之后加入助剂反应5min，再加入引发剂在800r/min搅拌速率下反应，直至形成凝胶后停止搅拌。5.根据权利要求1或4所述的自组装复合凝胶暂憋剂制备方法，其特征在于，步骤S2中，各组分的质量百分比为：改性纳米碳酸钙10.00％～40.00％；活化纤维素0.50％～5.00％；丙烯酰胺10.00％～25.00％；交联剂0.01％～0.10％；助剂0.10％～5.00％引发剂0.10％～1.00％余量为水；所述交联剂为N,N
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亚甲基双丙烯酰胺，所述助剂为N,N
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二甲基甲酰胺，所述引发剂为过硫酸铵。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘顺，黄凯，刘建斌，杜恒毅，王宗振，张亚龙，党天星，邱莹，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：