[发明专利]一种疏水单体及基于该单体的钻井堵漏用水凝胶

说明书

技术领域

本发明属于石油助剂领域，涉及一种疏水单体，以及基于该单体的钻井堵漏用水凝胶。

背景技术

钻井工程中，井漏是指钻井液从井眼漏入地层的现象，是一种常见的井下复杂事故。随着近年来复杂油气藏钻井工作量逐渐加大，由井漏产生的一系列问题日益突出，主要体现在延长钻井周期、损失钻井液、井壁坍塌、卡钻甚至井眼报废等，造成巨大的经济损失。在各种漏失种类中，由天然裂缝和溶洞引起的恶性漏失最难解决。

长期以来，针对不同的恶性漏失情况，工程技术人员在实践中对各种堵漏材料进行了优选和总结，把堵漏材料归类为桥塞类堵漏材料、高失水堵漏材料、暂堵类堵漏材料和有机凝胶堵漏材料等。实践证明，相比于有机凝胶堵漏材料，其他堵漏材料一般存在自身可变形性较差的缺点，如果其粒径稍大于漏层尺寸或者与外形与漏层裂隙不匹配，则不宜进入漏层，而只是在漏层表面形成堆积，极易造成反复漏失或直接造成堵漏失败。而凝胶堵漏材料可以不受流失通道大小与形状影响而在成胶前以流体形式进入漏失通道，并随着实验的延长逐渐成胶后，可与漏失通道壁之间产生较大的粘滞阻力，凝胶强度不断增大，当其强度足以抵抗井筒与漏层之间的压差时，堵漏便成功了。在钻井液方面，少量的疏水缔合型聚合物(即水凝胶)可提供较大粘度，保证了钻井液悬浮岩屑的能力，可以高效代替膨润土的提粘提切功能，减少了钻井液的固相含量。

目前，深入研究并现场应用较多的是西南石油大学开发的一种代号为ZND的特种凝胶，是一种疏水缔合型水凝胶，在低剪切速率(7.32s^-1)条件下，可以在疏水缔合作用下产生高达1.0×10⁴-3.0×10⁴mPa·s的粘度，在高剪切速率(约1000s^-1)条件下，又具有良好的流动性(50-100mPa·s)，有利于现场井上配浆和井下井筒泵注。该水凝胶具有很强的内聚力，不容易被水稀释，在漏层中滞留并形成一定粘度与弹性的凝胶段塞。该类型的堵漏凝胶主要是以亲水单体作为主反应单体与少量带有疏水基团的单体共聚得到的。经疏水改性的高分子中，分子链中的疏水基团彼此之间趋于缔合，形成疏水缔合微区，使得在成胶前具备普通疏水缔合水溶性在水溶液中的性能，即在低于临界胶束浓度时，聚合物分子链呈蜷曲状态，主要以分子内缔合为主，粘度较低，而在高于临界胶束浓度时，聚合物分子链呈疏松伸展状态，形成以分子间缔合为主的动态物理交联网络，呈现超分子链聚集体，粘度显著升高。成胶后，凝胶网络中的缔合微区充当物理交联点，具备较强的内聚力而不易被水冲稀。

发明内容

本发明的目的在于提供一种疏水单体，以及所述单体的制备方法。

本发明的又一目的在于提供基于该单体的钻井堵漏用水凝胶，以及所述水凝胶的制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种疏水单体，其结构式如式I所示：

式I中，m为3-20的整数，优选m为7、10或15，更优选m为10。

n为1-5的整数，优选n为1、2或3，更优选n为1。

根据本发明，所述单体的制备方法包括：

(1)将结构式如II所示的化合物溶于有机溶剂中，加热至45-60℃，然后在惰性气体保护下加入第一部分的催化剂；

(2)加入异佛尔酮二异氰酸酯，反应3-6小时，然后升高反应温度至60-80℃，惰性气体保护下加入第二部分的催化剂和结构式如III所示的化合物，继续反应3-6小时。

根据本发明，式II所示的化合物为壬基酚聚氧乙烯醚，其中m为3-20的整数，基于原料和成本考虑，优选m为7、10或15，更优选m为10。

根据本发明，式III所示的化合物为N-羟烷基丙烯酰胺，其中n为1-5的整数，基于原料和成本考虑，优选n为1、2或3，更优选n为1。

根据本发明，所述第一部分的催化剂和第二部分的催化剂均为二丁基二月桂酸锡。

上述反应的化学反应式如下：

在本发明的实施例中，所述化合物II与异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为1:(1.02-1.04)，优选为1:1.03。

在本发明的实施例中，所述化合物III与异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为1:(1.02-1.04)，优选为1:1.03。