本发明属于油田开采
技术领域：
，具体涉及一种防塌封堵剂及其制备方法和应用。
背景技术：
：泥页岩井壁失稳问题是钻井工程中最常遇到且最难解决的井下复杂情况之一，该问题在世界许多油田都存在，也一直没有得到很好的解决。防塌钻井液技术一直是泥页岩井壁稳定技术的重要研究方向。防塌封堵剂是构成防塌钻井液的基础，封堵粒子的加入可以对泥页岩地层中的微裂缝进行物理封堵，从而截断钻井液液相进入地层的通道，阻止压力的传递，达到提高地层承压能力、稳定井壁和防止井漏的目的。目前常用的钻井液防塌封堵剂主要有沥青类、多元醇类和细目碳酸钙类，这些钻井液防塌封堵剂在一定条件下都具有良好的封堵效果。但沥青类封堵剂具有较高的荧光级别，在探井中使用会受到限制，仅限于在低环保要求地区的生产井中使用；阳离子乳化沥青类对钻井液性能影响大，可变形性大，弹性及刚性差，封堵性能较差，承压能力低；聚合醇类的部分产品易起泡、易引起钻井液黏度大幅升高。技术实现要素：为克服上述问题，本发明的目的是提供一种防塌封堵剂的制备方法。本发明的另一目的是提供一种由上述方法制得的防塌封堵剂。本发明的又一目的是提供一种上述防塌封堵剂在水基钻井液中的应用。为达到上述目的，本发明提供了一种防塌封堵剂的制备方法，该方法是在使用反相悬浮聚合法合成聚合物微球的水相中添加无机硬质单体，以制备含有聚合物微球的防塌封堵剂；在所述反相悬浮聚合法的反应体系中，水相中的有机单体包括第一有机单体和第二有机单体；所述第一有机单体包括丙烯酸和丙烯酰胺中的一种或两种的组合；所述第二有机单体包括甲基丙烯酸、甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和N-乙烯基吡咯烷酮中的一种或几种的组合；所述无机硬质单体包括碳酸钙、石英或玻璃；所述无机硬质单体的粒径为1-100微米。本发明提供的防塌封堵剂的制备方法采用了在反相悬浮聚合制备微球聚合物的水相中添加无机硬质单体的方案，使制得的微球产品在形态、弹性以及强度等方面都与防塌封堵剂的各方面性能要求相符。因此，该方法制得的防塌封堵剂具有良好的防塌作用，而且弹性好可以有效降低钻井液的API滤失量和砂床侵入深度，对不同形状和尺寸的孔喉起到良好的封堵作用。在上述方法中，如何添加无机硬质单体是关键步骤，本发明提供的方法是在进行聚合反应前的水相中加入无机硬质单体，这样可以使无机硬质单体分散于水相中，当水相被加入油相后，无机硬质单体也会被包裹入进行反应的水相微粒中。在此基础上，由于无机硬质材料的存在可减少聚合过程中微球之间的粘接机会，从而获得形态和粒径好的微球产品；而且无机硬质材料也存在被微球包裹在内或镶入微球表面的机会，因此制得的产品不仅弹性较高，而且强度也较高。由此可见，特定的加入时机，会使得无机硬质单体与反相悬浮聚合法之间产生了显著的配合协同作用，因此，可获得性能优异的防塌封堵剂。由于防塌封堵剂需要考虑多方面性能要求，为此，本发明也特别限定了体系的主要反应物(有机单体和无机单体)。在上述防塌封堵剂的制备方法中，优选地，在所述有机单体中，第一有机单体的质量百分比为50％-80wt％。在上述防塌封堵剂的制备方法中，优选地，所述碳酸钙为重质碳酸钙，选自800目重质碳酸钙、1200目重质碳酸钙和1600目重质碳酸钙中的一种或几种的组合。进一步优选地，三者之间的混合重量比例为0-2:0-2:0-3。在上述防塌封堵剂的制备方法中，优选地，有机单体和无机单体的质量比为2.5-25:1。在上述防塌封堵剂的制备方法中，优选地，该方法具体包括以下步骤：将有机单体、无机单体和交联剂加入到水中进行混合，调节pH值到中性，得到水相；将分散剂溶解于有机溶剂中，得到油相；在加热和搅拌条件下，将所述水相加入油相中进行混合，得到溶液A；将所述引发剂加入溶液A中，并在聚合温度下进行反应，反应结束后将有机溶剂从反应体系中分离出去，得到防塌封堵剂。优选地，所述油相和水相的质量比为1.5-5:1。优选地，在所述油相中，分散剂与有机溶剂的质量比为：0.2％-0.9％：1；在所述水相中，所述有机单体的质量浓度为20wt％-45wt％，所述无机单体的质量浓度为2wt％-8wt％；所述交联剂与有机单体的质量比为0.1％-2％：1；所述引发剂与有机单体的质量比为0.1％-0.5％：1。优选地，加热聚合的条件为25℃-80℃下反应1h-8h。在上述防塌封堵剂的制备方法中，优选地，所述交联剂包括N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸二乙二醇酯、异丙醇铝、醋酸锌和醋酸铬中的一种或几种的组合。在上述防塌封堵剂的制备方法中，优选地，所述有机溶剂包括正戊烷、正己烷、正庚烷、环己烷、环戊烷、白油、汽油、煤油、液体石蜡、甲苯、二甲苯和四氯化碳中的一种或几种的组合。在上述防塌封堵剂的制备方法中，优选地，所述分散剂包括第一分散剂和第二分散剂；所述第一分散剂包括山梨糖醇酐单油酸酯、十八烷基磷酸单酯、十六烷基磷酸单酯和丙烯酸十八烷酯中的一种或几种的组合；所述第二分散剂包括聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯和十二烷基硫酸钠中的一种或两种的组合。在上述防塌封堵剂的制备方法中，优选地，所述引发剂包括过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠和偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐中的一种或几种的组合。在上述防塌封堵剂的制备方法中，优选地，该方法还包括在分离出有机溶剂后，对液态的初步产品进行洗涤干燥，最终获得固体防塌封堵剂的步骤。在分离出有机溶剂后，防塌封堵剂的初步产品为一种无色或淡黄色粘稠液体，也可以不需要经过洗涤干燥等预处理，直接加入水基钻井液中使用。但是，为了运输和保存的方便，可经洗涤干燥后，获得固体防塌封堵剂产品。本发明还提供了通过上述方法制得的防塌封堵剂，所述防塌封堵剂中的聚合物微球的粒径为2μm-300μm；优选为5μm-200μm。本发明提供的防塌封堵剂抗温性能良好，并且具有良好的防塌作用，能有效抑制粘土的水化分散；具有较好的弹性，可以有效降低钻井液的API滤失量和砂床侵入深度，对不同形状和尺寸的孔喉起到良好的封堵作用。本发明另提供了上述防塌封堵剂在水基钻井液中的应用。在使用所述防塌封堵剂的液态状初步产品时，加入量优选为钻井液基浆体积的1％-3％。具体实施方式为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。实施例1本实施例提供了一种防塌封堵剂，其是通过以下方法制备得到的：将13.5g丙烯酰胺、3g800目碳酸钙和0.05gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺加到32g蒸馏水中搅拌混合均匀，调pH值到中性，得到水相；将0.75g十八烷基磷酸单酯溶解于150g环己烷中，得到油相；将油相置于反应容器中，在600转/分下搅拌，通氮气驱氧30min，同时升温至45℃，加入水相，搅拌60min使其混合均匀，得到溶液A；在氮气条件下，将溶液A升温至50℃，然后滴加4g质量浓度为12.5wt％的过硫酸钾水溶液，聚合反应3h后，将反应液冷却，然后过滤掉体系中的有机溶剂，制备得到一种防塌封堵剂(为了便于使用，制成液态的初步产品即可)。经测试，防塌封堵剂的平均粒径为120μm。实施例2本实施例提供了一种防塌封堵剂，其是通过以下方法制备得到的：将11.5g丙烯酰胺、2g的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、1g800目碳酸钙、2g1200目碳酸钙和0.05gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺加到32g蒸馏水中搅拌混合均匀，调pH值到中性，得到水相；将0.75g十八烷基磷酸单酯溶解于150g环己烷中，得到油相；将油相置于反应容器中，在700转/分下搅拌，通氮气驱氧30min，同时升温至45℃，加入水相，搅拌60min使其混合均匀，得到溶液A；在氮气条件下，将溶液A升温至50℃，然后滴加4g质量浓度为12.5wt％的过硫酸钾水溶液，聚合反应3h后，将反应液冷却，然后过滤掉体系中的有机溶剂，制备得到一种防塌封堵剂(为了便于使用，制成液态的初步产品即可)。经测试，防塌封堵剂的平均粒径为82μm。实施例3本实施例提供了一种防塌封堵剂，其是通过以下方法制备得到的：将7g丙烯酰胺、7g2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2g1200目碳酸钙、2g1600目碳酸钙和0.06gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺加到35g蒸馏水中搅拌混合均匀，调pH值到中性，得到水相；将1g山梨糖醇酐单油酸酯溶解于150g液体石蜡中，得到油相；将油相置于反应容器中，在650转/分下搅拌，通氮气驱氧30min，同时升温至45℃，加入水相，搅拌60min使其混合均匀，得到溶液A；在氮气条件下，将溶液A升温至55℃，滴加4g质量浓度为15wt％的过硫酸铵水溶液，聚合反应3h后，将反应液冷却，然后过滤掉体系中的有机溶剂，制备得到一种防塌封堵剂(为了便于使用，制成液态的初步产品即可)。经测试，防塌封堵剂的平均粒径为68μm。实施例4本实施例提供了一种防塌封堵剂，其是通过以下制备方法制备得到的：将12g丙烯酰胺、2gN-乙烯基吡咯烷酮、1g800目碳酸钙、2g1200目碳酸钙、2g1600目碳酸钙和0.1g醋酸铬加到35g蒸馏水中搅拌混合均匀，得到水相；将0.75g山梨糖醇酐单油酸酯和0.25g十二烷基硫酸钠溶解于150g液体石蜡中，得到油相；将油相置于反应容器中，在650转/分下搅拌，通氮气驱氧30min，同时升温至45℃，加入水相，搅拌60min使其混合均匀，得到溶液A；在氮气条件下，将溶液A升温至60℃，滴加5g质量浓度为15wt％的过硫酸钠水溶液，聚合反应4h后，将反应液冷却，然后过滤掉体系中的有机溶剂，制备得到一种防塌封堵剂(为了便于使用，制成液态的初步产品即可)。经测试，防塌封堵剂的平均粒径为77μm。测试例1本测试例将实施例1-实施例4提供的防塌封堵剂用于水基钻井液中进行性能评价。1、测试对象空白样：膨润土基浆的配制，在1000ml蒸馏水中加入50g怀安膨润土、2g碳酸钠，搅拌30min，室温下预水化处理24h，备用。测试样1-4：在空白样中分别添加本发明实施例1-实施例4提供的防塌封堵剂，所述防塌封堵剂的质量为膨润土基浆质量的2％，分别制得测试样1、测试样2、测试样3和测试样4。2、性能测试(1)抗温性将测试样2和测试样3高速搅拌20分钟后，密封24小时进行养护，养护后再高速搅拌10分钟，测其表观黏度和API滤失量。然后将测试样2和测试样3分别装入老化罐中，分别在120℃、160℃和200℃下热滚16小时，冷却至室温，移入搅拌罐中高速搅拌5分钟，测其表观黏度和API滤失量。表观黏度和API滤失量均根据国标GB/T16783.1-2006中规定的方法测定，结果如表1所示。表1各测试对象的抗温性数据表由表1可知，与空白样相比，测试样2和测试样3在不同温度条件下热滚后的表观黏度变化较小，API滤失量大幅降低；热滚200℃/16小时后，测试样2和测试样3仍具有稳定的表观粘度和较低的API滤失量，表明本发明中实施例提供的防塌封堵剂能够满足高温地层的钻井需要。(2)砂床侵入深度的测定将350mL测试对象高速搅拌20min，密封4h进行养护；取适量60-100目的石英砂用清水洗净后烘干，将烘干后的砂子装入可视中压滤失仪的圆柱筒中，压实铺平，慢慢加入350mL养护后的测试对象，在室温下按测试API滤失量同样的方法加压0.69MPa，测试30min后滤液侵入砂床的深度，结果如表2所示。表2各测试对象砂床侵入深度数据表测试对象空白样测试样1测试样2测试样3测试样4砂床侵入深度/cm26.29.48.06.56.8由表2可知，与空白样相比，测试样1、测试样2、测试样3和测试样4的砂床侵入深度都大幅降低，其中测试样3和测试样4的砂床侵入深度最小，表明本发明实施例提供的防塌封堵剂能有效封堵砂床，有助于提高地层承压能力，预防井壁坍塌和井漏，减少井下复杂情况发生。(3)防塌性利用泥页岩滚动回收率实验评价测试对象的防塌性。将350mL测试对象高速搅拌20min，密封4h进行养护；取某区块泥页岩样品，筛取6-10目的干燥岩样，分别加入各测试对象和清水中，然后装入老化罐中，在120℃下热滚16小时，冷却至室温，测定泥页岩滚动回收率，结果如表3所示。表3各测试对象的防塌性数据表配方清水测试样1测试样2测试样3测试样4回收率/％25.890.190.590.891.2由表3可知，与清水相比，测试样1、测试样2、测试样3和测试样4的岩屑滚动回收率显著提高，均在90％以上，表明本发明实施例提供的防塌封堵剂具有优异的抑制泥页岩水化分散的性能。(4)储层保护性(实施例3)配制聚合物钻井液作为对比样：在空白样配制的膨润土基浆中，依次加入0.2％Na2CO3、0.3％KPAM、0.3％LV-CMC、0.2％KHPAN和0.1％XY-27，10000转/分下搅拌，使其充分溶解或分散后，再搅拌20min，密封4h进行养护，备用；测试样：在聚合物钻井液中加入2％实施例3提供的防塌封堵剂，搅拌20min，密封4h进行养护；对聚合物钻井液对比样和测试样进行储层伤害评价实验，岩心采用某油田天然岩心，结果如表4所示。表4各测试对象动态污染前后岩心渗透率的变化从表4可以看出，聚合物钻井液中加入实施例3提供的防塌封堵剂后，渗透率恢复率明显提高，说明本发明实施例提供的防塌封堵剂具有较好的保护油气层性能。当前第1页1 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