一种可完全降解的钻井液用封堵剂及其制备方法
阅读说明：本技术 一种可完全降解的钻井液用封堵剂及其制备方法 (Completely degradable plugging agent for drilling fluid and preparation method thereof ) 是由 姜春丽 蓝强 夏晔 王雪晨 周晓蕾 李蕾 王俊 杨龙波 经淑惠 徐运波 郑成胜 于 2020-04-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种可完全降解的钻井液用封堵剂,包含质量百分比为如下的组分：聚乳酸微球封堵剂2%～5%,聚乳酸颗粒状封堵剂38%～50%,聚乳酸纤维状封堵剂40%～55%,聚乳酸片状封堵剂2%～5%。同时该发明还提供了聚乳酸微球封堵剂、聚乳酸纤维状封堵剂和聚乳酸片状封堵剂的制备方法。该聚乳酸封堵剂是一种用于钻井液中可以完全自降解的封堵剂。该封堵剂不同粒径不同形态搭配使用可以有效封堵地层孔隙,并在完井作业后降解,最大程度的实现储层保护的效果。(The invention relates to a completely degradable plugging agent for drilling fluid, which comprises the following components in percentage by mass: 2-5% of polylactic acid microsphere plugging agent, 38-50% of polylactic acid granular plugging agent, 40-55% of polylactic acid fibrous plugging agent and 2-5% of polylactic acid sheet plugging agent. Meanwhile, the invention also provides a preparation method of the polylactic acid microsphere plugging agent, the polylactic acid fibrous plugging agent and the polylactic acid sheet plugging agent. The polylactic acid plugging agent is a plugging agent which can be completely self-degraded in drilling fluid. The plugging agent can effectively plug formation pores by matching different particle sizes and different forms, is degraded after well completion operation, and achieves the effect of reservoir protection to the maximum extent.)
技术领域
本发明涉及石油化工助剂领域中的一种在钻井过程中用于减少储层伤害可完全自降解的封堵剂。
背景技术
在钻井过程中钻井液中的水分与固相颗粒会延地层中的空隙向地层中渗漏。特别在钻遇储层时，固相颗粒运移造成地层的堵塞以及液相侵入地层造成的水锁效应是造成储层伤害降低产液量的最主要原因。目前常用的方法是在钻井液中添加封堵剂对地层进行封堵阻止有害固相以及液相侵入地层对地层造成伤害。为提高地层封堵效果，封堵剂应根据地层孔隙裂缝的形状尺寸搭配不同形状，不同粒径的封堵材料。目前常用的封堵材料有颗粒状的与纤维状的，但封堵后需要后期进行清除，若清除不彻底会对地层造成二次伤害。
聚乳酸(polylactide简称 PLA)及其共聚物是一种具有优良的生物相容性和可生物降解性的合成高分子材料，在自然条件与天然酶的作用下可以自行降解。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术中封堵剂无法自然降解，清除不彻底对储层造成二次伤害的情况，提供一种一种可完全降解的钻井液用封堵剂及其制备方法。其利用可自然降解的聚乳酸作为原材料，通过不同的制备工艺制备不同形状粒径的封堵剂，在确保封堵效果的同时该封堵剂可以在地层中自然降解，已达到储层保护的效果。
其技术方案包括：
一种可完全降解的钻井液用封堵剂，包含质量百分比为如下的组分：聚乳酸微球封堵剂2%~5%，聚乳酸颗粒状封堵剂38%~50%，聚乳酸纤维状封堵剂40%~55%，聚乳酸片状封堵剂2%~5%。
其中：
所述聚乳酸微球封堵剂的粒径范围为1μm~20μm；
所述聚乳酸颗粒状封堵剂根据其粒径范围不同包括三种类型，Ⅰ型聚乳酸颗粒其颗粒粒径范围为20μm~25μm，Ⅱ型聚乳酸颗粒封堵剂其颗粒粒径范围为25μm~30μm，Ⅲ型聚乳酸颗粒封堵剂其颗粒粒径范围为30μm~35μm；
所述聚乳酸纤维状封堵剂，其纤维直径在5μm ~15μm，按照纤维的长度包括三种类型，Ⅰ型聚乳酸纤维状封堵剂其纤维长度小于0.5 mm，Ⅱ型聚乳酸纤维状封堵剂其纤维长度在1mm ~1.5mm，Ⅲ型聚乳酸纤维状封堵剂其纤维长度大于1.5 mm；
所述聚乳酸片状封堵剂的片状材料的厚度在0.2mm~0.5mm，按照片状材料的长度包括三种类型，Ⅰ型聚乳酸片状封堵剂其纤维长度在2mm ~3mm，Ⅱ型聚乳酸纤维状封堵剂其纤维长度在3mm ~4mm，Ⅲ型聚乳酸纤维状封堵剂其纤维长度在4mm ~5mm。
进一步的：
所述聚乳酸颗粒状封堵剂中Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型聚乳酸颗粒封堵剂的混合比例为1:2:5；
所述聚乳酸纤维状封堵剂中Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型聚乳酸纤维状封堵剂的混合比例为5:3:2；
所述聚乳酸片状封堵剂中Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型聚乳酸的混合比例为3:4:4。
所述聚乳酸微球封堵剂的制备方法包括以下步骤：
（1）水相的配制
称取1~4g的乳化剂，将其投入200mL蒸馏水中，搅拌、升温使其充分溶解，将所配溶液过滤后倒入反应容器中；所述乳化剂为聚乙烯醇或吐温80的一种或两种的混合物；
（2）油相的配制
称取0.5g~7g聚乳酸（PLA），加入10~100mL聚乳酸溶剂中，搅拌溶解，使其充分分散；
（3）聚乳酸微球封堵剂的制备
将装有水相的反应容器以恒定速度搅拌，将油相以固定的滴加速度滴加到反应容器中，滴加时间控制在5~10min，连续搅拌3~5小时，之后水浴加热挥发二氯甲烷，待乳液泡沫消失后，离心分离，倒掉上清液，用蒸馏水反复洗涤离心物，将充分清洗后的产品在真空干燥箱内真空干燥，既得粉末状的乳白色聚乳酸微球封堵剂。
所述聚乳酸纤维状封堵剂的制备方法包括以下步骤：
（1）纺丝液的配制
称取2.5g~5g聚乳酸（PLA），加入100mL聚乳酸溶剂中，搅拌溶解，使其充分分散；
（2）配置好的纺丝液在电压为18 kV ~25kV，接收板距针头4~10cm处进行接收，纺丝液温度控制在20~25℃通过电纺丝设备制得纳米纤维状封堵剂，待纺丝完全冷却成型后按照不同型号的长度要求对纺丝进行切割剪裁。
所述聚乳酸片状堵漏剂的制备方法包括以下步骤：
（1）称取10g~20g聚乳酸（PLA），加入100mL聚乳酸溶剂中，低速搅拌混合，制备聚乳酸糊；
（2）将聚乳酸糊置在两边铺有薄膜的片材机上，利用片材机压辊压实，制成片材；
（3）片材收卷，放置于恒温烘房中增稠，得到剪裁的聚乳酸片状模压料；
（4）将片状模压料按照型号要求进行剪裁制片。
所述聚乳酸溶剂为二氯甲烷、氯仿、丙酮中的一种或几种的混合溶剂。
本发明提到的聚乳酸颗粒封堵剂为常规市售聚乳酸颗粒，进一步地，可从过东莞市中联塑化科技有限公司购得。
本发明选用可降解环保材料聚乳酸为原料，利用其可自然降解的特点，根据地层不同空隙尺寸、形状将聚乳酸加工成聚乳酸微球封堵剂、聚乳酸颗粒状封堵剂、聚乳酸纤维状封堵剂、以及聚乳酸片封堵剂状四种不同的形态，不同尺寸的封堵材料。其中聚乳酸微球封堵剂主要针对地层中尺寸在20μm以下的微孔进行封堵，聚乳酸颗粒状封堵剂主要针对地层中尺寸在20μm以上的空隙进行封堵，聚乳酸纤维状封堵剂主要针对地层中的裂缝装的空隙进行封堵，聚乳酸片状封堵剂主要是在井壁表面形成一层封堵层阻止液相侵入。四种不同形状的封堵剂依次在井壁形成封堵层有效的实现储层保护。在钻井完成后封堵剂会自行降解，不需要二次清除，封堵剂完全降解后对储层没有损害，可以最大限度的实现油层保护。
具体实施方式
综合实施例
一种可完全降解的钻井液用封堵剂包含质量百分比为如下的组分：聚乳酸微球封堵剂2%~5% ，聚乳酸颗粒状封堵剂38%~50%，聚乳酸纤维状封堵剂40%~55%，聚乳酸片状封堵剂2%~5%。
本实施例提到的聚乳酸微球封堵剂其粒径范围为1μm~20μm。
本实施例提到的聚乳酸颗粒封堵剂根据其粒径范围不同分为三种类型，Ⅰ型聚乳酸颗粒其颗粒粒径范围为20μm~25μm，Ⅱ型聚乳酸颗粒封堵剂其颗粒粒径范围为25μm~30μm，Ⅲ型聚乳酸颗粒封堵剂其颗粒粒径范围为30μm~35μm。所述聚乳酸颗粒状封堵剂中Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型聚乳酸颗粒封堵剂的混合比例为1:2:5。
本实施例提到的聚乳酸纤维状封堵剂，其纤维直径在5μm ~15μm，按照纤维的长度，纤维类的接枝封堵剂分为三种类型，Ⅰ型聚乳酸纤维状封堵剂其纤维长度小于0.5 mm，Ⅱ型聚乳酸纤维状封堵剂其纤维长度在1mm ~1.5mm，Ⅲ型聚乳酸纤维状封堵剂其纤维长度大于1.5 mm。所述聚乳酸纤维状封堵剂中Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型聚乳酸纤维状封堵剂的混合比例为5:3:2。
本实施例提到的聚乳酸片状封堵剂其片状材料的厚度在0.2mm~0.5mm，按照片状材料的长度将材料分为三种类型，Ⅰ型聚乳酸片状封堵剂其长度在2mm ~3mm，Ⅱ型聚乳酸片状封堵剂其长度在3mm ~4mm，Ⅲ型聚乳酸片状封堵剂其长度在4mm ~5mm。所述聚乳酸片状封堵剂中Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型聚乳酸的混合比例为3:4:4
本实施例提到的聚乳酸微球封堵剂其制备方法包括以下步骤：
（1）水相的配制
称取1~4g的乳化剂，将其投入200mL蒸馏水中，并用恒温磁力搅拌器适当搅拌，升温使其充分溶解。将所配溶液过滤后倒入500mL三口烧瓶中。其中乳化剂为聚乙烯醇、吐温80中的一种或几种的混合物。
（2）油相的配制
称取0.5g~7g聚乳酸（PLA），加入10~100mL聚乳酸溶剂中，用玻璃棒搅拌使其完全溶解，再用超声波清洗器使其充分分散。聚乳酸溶剂为二氯甲烷，氯仿，丙酮中的一种或几种的混合溶剂。
（3）聚乳酸微球的制备
将装有水相的500mL三口烧瓶安装在增力电动搅拌器上，启动搅拌器，以恒定速度搅拌。用注射器将油相以固定的滴加速度滴加到三口烧瓶中，滴加时间控制在5~10min。连续搅拌3~5小时，之后水浴加热挥发二氯甲烷。待乳液泡沫消失后，离心分离，倒掉上清液，用蒸馏水反复洗涤离心物。将充分清洗后的产品在真空干燥箱内真空干燥，既得粉末状的乳白色微球。
本实施例提到的聚乳酸纤维状封堵剂其制备方法包括以下步骤
（1）纺丝液的配制
称取2.5g~5g聚乳酸（PLA），加入100mL聚乳酸溶剂中，用玻璃棒搅拌使其完全溶解，再用超声波清洗器使其充分分散。
（2）配置好的纺丝液在电压为18 kV ~25kV，接收板距针头4~10cm处进行接收，纺丝液温度控制在20~25℃通过电纺丝设备制得纳米纤维状封堵剂。待纺丝完全冷却成型后按照不同型号的长度要求对纺丝进行切割剪裁。
其中聚乳酸溶剂为为二氯甲烷，氯仿，丙酮中的一种或几种的混合溶剂。
本实施例提到的聚乳酸片状堵漏剂的制备方法为以下步骤：称取10g~20g聚乳酸（PLA），加入100mL聚乳酸溶剂中，用强力搅拌机低速混合，制备聚乳酸糊。将聚乳酸糊置在两边铺有薄膜的片材机上，利用片材机压辊压实，制成片材。片材收卷，放置于恒温烘房中增稠，得到可以剪裁的聚乳酸片状模压料。将片状模压料按照型号要求进行剪裁制片。
本实施例提到的聚乳酸颗粒封堵剂为常规市售聚乳酸颗粒，进一步地，可从过东莞市中联塑化科技有限公司购得。
实施例1：
（1）聚乳酸微球封堵剂的制备
称取1g的聚乙烯醇与0.2g吐温80，将其投入200mL蒸馏水中，并用恒温磁力搅拌器适当搅拌，升温使其充分溶解，将所配溶液过滤后倒入500mL三口烧瓶中。称取0.5g聚乳酸（PLA），加入100mL二氯甲烷中，用玻璃棒搅拌使其完全溶解，再用超声波清洗器使其充分分散。将装有水相的500mL三口烧瓶安装在增力电动搅拌器上，启动搅拌器，以恒定速度搅拌。用注射器将油相以固定的滴加速度滴加到三口烧瓶中，滴加时间控制在10min。连续搅拌3小时，之后水浴加热挥发二氯甲烷。待乳液泡沫消失后，离心分离，倒掉上清液，用蒸馏水反复洗涤离心物。将充分清洗后的产品在真空干燥箱内真空干燥，既得粉末状的乳白色微球。
（2）聚乳酸纤维状封堵剂的制备
称取2.5g聚乳酸（PLA），加入100mL二氯甲烷中，用玻璃棒搅拌使其完全溶解，再用超声波清洗器使其充分分散。将配置好的纺丝液在电压为18 kV，接收板距针头4cm处进行接收，纺丝液温度控制在20~25℃通过电纺丝设备制得纳米纤维状封堵剂。待纺丝完全冷却成型后将纺丝切割成0.5mm的纤维状封堵剂。
（3）聚乳酸片状堵漏剂的制备
称取10g聚乳酸（PLA），加入100mL聚乳酸溶剂中，用强力搅拌机低速混合，制备聚乳酸糊。将聚乳酸糊置在两边铺有薄膜的片材机上，利用片材机压辊压实，制成片材。片材收卷，放置于恒温烘房中增稠，得到可以剪裁的聚乳酸片状模压料。将片状模压料剪裁成长宽在2mm的片状聚乳酸封堵剂。
聚乳酸封堵剂中各组分按照如下质量百分比：聚乳酸微球封堵剂5%，聚乳酸颗粒状封堵剂（20μm~25μm）45%，聚乳酸纤维状封堵剂45%，聚乳酸片状封堵剂5%。
封堵效果评价
岩心渗透率/mD
封堵后渗透率/mD
封堵率/%
20d后渗透率/mD
渗透率恢复率/ %
65.2
6.9
97.4
64.5
98.9
实施例2：
（1）聚乳酸微球的制备
称取2g的聚乙烯醇与0.5g吐温80，将其投入200mL蒸馏水中，并用恒温磁力搅拌器适当搅拌，升温使其充分溶解。将所配溶液过滤后倒入500mL三口烧瓶中。称取2g聚乳酸（PLA），加入100mL二氯甲烷中，用玻璃棒搅拌使其完全溶解，再用超声波清洗器使其充分分散。将装有水相的500mL三口烧瓶安装在增力电动搅拌器上，启动搅拌器，以恒定速度搅拌。用注射器将油相以固定的滴加速度滴加到三口烧瓶中，滴加时间控制在7min。连续搅拌3小时，之后水浴加热挥发二氯甲烷。待乳液泡沫消失后，离心分离，倒掉上清液，用蒸馏水反复洗涤离心物。将充分清洗后的产品在真空干燥箱内真空干燥，既得粉末状的乳白色微球。
（2）聚乳酸纤维状封堵剂的制备
称取3.5g聚乳酸（PLA），加入100mL二氯甲烷中，用玻璃棒搅拌使其完全溶解，再用超声波清洗器使其充分分散。将配置好的纺丝液在电压为21 kV，接收板距针头6cm处进行接收，纺丝液温度控制在20~25℃通过电纺丝设备制得纳米纤维状封堵剂。待纺丝完全冷却成型后将纺丝切割成1mm的纤维状封堵剂。
（3）聚乳酸片状堵漏剂其制备
称取13g聚乳酸（PLA），加入100mL聚乳酸溶剂中，用强力搅拌机低速混合，制备聚乳酸糊。将聚乳酸糊置在两边铺有薄膜的片材机上，利用片材机压辊压实，制成片材。片材收卷，放置于恒温烘房中增稠，得到可以剪裁的聚乳酸片状模压料。将片状模压料剪裁成长宽在2mm的片状聚乳酸封堵剂。
聚乳酸封堵剂中各组分按照如下质量百分比：聚乳酸微球封堵剂2%，聚乳酸颗粒状封堵剂（25μm~30μm）46%，聚乳酸纤维状封堵剂48%，聚乳酸片状封堵剂5%。
封堵效果评价
岩心渗透率/mD
封堵后渗透率/mD
封堵率/%
20d后渗透率/mD
渗透率恢复率/ %
126.3
26.2
79.2
126.0
99.8
实施例3：
（1）聚乳酸微球的制备
称取2.5g的聚乙烯醇与0.5g吐温80，将其投入200mL蒸馏水中，并用恒温磁力搅拌器适当搅拌，升温使其充分溶解。将所配溶液过滤后倒入500mL三口烧瓶中。称取5g聚乳酸（PLA），加入100mL二氯甲烷中，用玻璃棒搅拌使其完全溶解，再用超声波清洗器使其充分分散。将装有水相的500mL三口烧瓶安装在增力电动搅拌器上，启动搅拌器，以恒定速度搅拌。用注射器将油相以固定的滴加速度滴加到三口烧瓶中，滴加时间控制在7min。连续搅拌3小时，之后水浴加热挥发二氯甲烷。待乳液泡沫消失后，离心分离，倒掉上清液，用蒸馏水反复洗涤离心物。将充分清洗后的产品在真空干燥箱内真空干燥，既得粉末状的乳白色微球。
（2）聚乳酸纤维状封堵剂的制备
称取4g聚乳酸（PLA），加入100mL二氯甲烷中，用玻璃棒搅拌使其完全溶解，再用超声波清洗器使其充分分散。将配置好的纺丝液在电压为25 kV，接收板距针头10cm处进行接收，纺丝液温度控制在20~25℃通过电纺丝设备制得纳米纤维状封堵剂。待纺丝完全冷却成型后将纺丝切割成1.5mm的纤维状封堵剂。
（3）聚乳酸片状堵漏剂其制备
称取16g聚乳酸（PLA），加入100mL聚乳酸溶剂中，用强力搅拌机低速混合，制备聚乳酸糊。将聚乳酸糊置在两边铺有薄膜的片材机上，利用片材机压辊压实，制成片材。片材收卷，放置于恒温烘房中增稠，得到可以剪裁的聚乳酸片状模压料。将片状模压料剪裁成长宽在3mm的片状聚乳酸封堵剂。
聚乳酸封堵剂中各组分按照如下质量百分比：聚乳酸微球封堵剂2%，聚乳酸颗粒状封堵剂（30μm~35μm）46%，聚乳酸纤维状封堵剂48%，聚乳酸片状封堵剂5%。
封堵效果评价
岩心渗透率/mD
封堵后渗透率/mD
封堵率/%
20d后渗透率/mD
渗透率恢复率/ %
156.3
38.5
75.4
155.3
99.3
实施例4：
（1）聚乳酸微球的制备
称取3.5g的聚乙烯醇与0.5g吐温80，将其投入200mL蒸馏水中，并用恒温磁力搅拌器适当搅拌，升温使其充分溶解。将所配溶液过滤后倒入500mL三口烧瓶中。称取7g聚乳酸（PLA），加入100mL二氯甲烷中，用玻璃棒搅拌使其完全溶解，再用超声波清洗器使其充分分散。将装有水相的500mL三口烧瓶安装在增力电动搅拌器上，启动搅拌器，以恒定速度搅拌。用注射器将油相以固定的滴加速度滴加到三口烧瓶中，滴加时间控制在5min。连续搅拌3小时，之后水浴加热挥发二氯甲烷。待乳液泡沫消失后，离心分离，倒掉上清液，用蒸馏水反复洗涤离心物。将充分清洗后的产品在真空干燥箱内真空干燥，既得粉末状的乳白色微球。
（2）聚乳酸纤维状封堵剂的制备
称取5g聚乳酸（PLA），加入100mL二氯甲烷中，用玻璃棒搅拌使其完全溶解，再用超声波清洗器使其充分分散。将配置好的纺丝液在电压为25 kV，接收板距针头10cm处进行接收，纺丝液温度控制在20~25℃通过电纺丝设备制得纳米纤维状封堵剂。待纺丝完全冷却成型后将纺丝切割成1.5mm的纤维状封堵剂。
（3）聚乳酸片状堵漏剂其制备
称取20g聚乳酸（PLA），加入100mL聚乳酸溶剂中，用强力搅拌机低速混合，制备聚乳酸糊。将聚乳酸糊置在两边铺有薄膜的片材机上，利用片材机压辊压实，制成片材。片材收卷，放置于恒温烘房中增稠，得到可以剪裁的聚乳酸片状模压料。将片状模压料剪裁成长宽在5mm的片状聚乳酸封堵剂。
聚乳酸封堵剂中各组分按照如下质量百分比：聚乳酸微球封堵剂2%，聚乳酸颗粒状封堵剂（30μm~35μm）46%，聚乳酸纤维状封堵剂48%，聚乳酸片状封堵剂5%。
封堵效果评价
岩心渗透率/mD
封堵后渗透率/mD
封堵率/%
20d后渗透率/mD
渗透率恢复率/ %
201.6
52.1
74.1
192.5
95.6