CN101724383A

CN101724383A - 一种钻井液随钻堵漏剂

Info

Publication number: CN101724383A
Application number: CN200810224440A
Authority: CN
Inventors: 李辉; 肖红章; 何涛; 张睿达; 何刚
Original assignee: Petrochina Co Ltd
Current assignee: Petrochina Co Ltd
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2028-10-15
Also published as: CN101724383B

Abstract

本发明涉及一种钻井液随钻堵漏剂；按重量份由植物纤维60-100份；沥青5-20份、石墨5-15份、弱吸水凝胶5-20份组成；弱吸水凝胶是按重量份将20-60份单体、0.05-1.0份过硫酸钾、0.05-1.0份亚硫酸氢钠、0.005-0.5份亚甲基双丙烯酰胺、2-10份无机填料，以水溶液聚合的方式，在20-60℃下恒温反应8-12h，经烘干、造粒，平均粒径为200-20目，吸水倍数10-100g.g^-1；聚合单体为丙烯酰胺、丙烯酸、二甲基二烯丙基氯化铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中的一种或几种；对钻井液流变性影响小，能辅助降低AP工滤失量和钻井液的摩阻系数，适于高密度、窄压力窗口防漏堵漏。

Description

一种钻井液随钻堵漏剂

技术领域：

本发明涉及一种钻井液随钻堵漏剂。特别涉及高温、高密度窄压力窗口条件下用随钻堵漏剂。其具有防漏堵漏双重功效。

背景技术：

井漏是钻井过程中经常遇到问题。井漏不仅耗费钻井时间、损失钻井液而且能引起卡钻、井喷、井塌等一系列复杂情况。甚至导致井眼报废造成重大经济损失。

井漏是主客观因素共同作用的结果。地层空隙、裂缝的存在是井漏产生的客观条件。而一些深井、复杂井段过高的钻井液密度会诱发和加剧井漏的发生。

因此，随着我国勘探领域纵深发展，由高密度施工、窄压力窗口地质条件引发的漏失现象更为普遍。特别是在我国中西部地区，由于上述原因引发的井漏已成为影响钻井速度、增加钻井成本的瓶颈问题之一。

国内外解决井漏问题的常规方法是堵漏材料的加入。

在国外，早在五十年代就开始使用堵漏材料，到八十年代时，堵漏材料应用极为广泛，大约有90％的漏失井借助堵漏材料成功的进行了堵漏。

从堵漏剂的作用原理分，堵漏材料主要分为物理堵漏和化学堵漏两大类。

物理堵漏依靠惰性粒子在漏失孔道的喉道中起架桥、拉筋、填塞作用，对漏失地层进行机械堵塞，从而达到消除井漏的目的。其添加物多为惰性粒子，该类处理剂价钱便宜，但添加量大，一些添加组分如桃壳、锯末、棉子壳、甘蔗渣、石棉、纤维等，投加在高密度钻井液中，虽然也具有随钻堵漏的功能，但因其产品加量大，对钻井液体系增粘显著，同时也加大了钻井液的摩阻系数，且使用过程中不能使用振动筛，否则会造成跑浆现象，反而增大了钻井成本、降低钻井速度、增加了井下事故发生的机率，因此现有的物理堵漏剂不适于高密度条件下应用。

化学堵漏技术，主要通过高聚物的化学反应起到封堵的目的，这种方法涵盖面广，涉及聚合物的交联反应、树脂的固化等多种方式，但是该方法由于在井筒中的发生较为激烈的化学反应，施工、配置复杂，反应可控性受地下多种因素影响，风险性大，施工成本高，从其作用机理上看其基本不属于随钻堵漏的技术范畴，在进入漏层前需停钻、用配置好的堵漏液进行堵漏，延长了钻井时间，干扰了产层发现。

因此，从堵漏剂的应用现状看，现有的物理堵漏材料和化学堵漏材料并不适于高密度、窄压力窗口条件下的堵漏。因此有必要开发结合物理-化学双重作用的新型随钻堵漏剂。该处理剂应具有加量小，封堵效果好、对钻井液流变性影响小、不增大井下摩阻、尺寸适宜、不糊筛、不造成跑浆等特点。

发明内容：

本发明的目的是提供一种用于高温高密度条件下的随钻堵漏剂，它借助物理-化学双重作用，充分利用屏蔽、填充、粘结等多种机理，在井壁内外形成渗透率较低的封堵带，实现良好的堵漏效果，且对钻井液流变性影响小。

本发明提供一种用于钻井过程中的随钻堵漏剂，按重量份由以下组分构成：

(1)骨架材料：植物纤维60-100重量份；

(2)填充材料：沥青5-20重量份、石墨5-15重量份；

(3)变形填充材料：弱吸水凝胶5-20重量份；

选用纤维材料作为骨架材料是因为纤维材料可在水溶液中十几个或几十个颗粒相互交联，形成絮凝团。这种絮凝团在裂缝中形成封堵时，与裂缝表面呈多点接触，从而不易被液流冲走，形成稳定的架桥，而其外形在压力改变时，会随之变形，形成较为稳定的封堵带。

纤维材料因其组分不同，封堵效果也不同。考虑来源难易，优选以下纤维材料的一种或几种：花生壳、棉籽壳、锯末、核桃壳、玉米芯。

架桥粒子完成架桥后，地层中的孔隙大量减少，选用合适的小粒子对更小的喉道进行逐级充填，以进一步提高封堵效果。填充材料选自沥青及石墨的一种或几种。选用沥青作为填充材料，还考虑到沥青在一定的温度下软化，凭借压差作用，沥青粒子靠变形可挤入更微小的裂缝及孔喉。从而进一步提高封堵效果。

根据其改性方法不同，沥青的水溶性不同，封堵效果也不同，沥青可选不同软化点的沥青原粉、磺化沥青、氧化沥青中的一种或几种。

考虑堵漏材料的尺寸不可能完全与地层孔隙匹配，在钻井液中进一步加入可变形的填充材料-弱吸水凝胶。

弱吸水凝胶与水接触后，膨胀形成凝胶膨胀体，这种膨胀体具有较强的弹性和适度的可变形性。在压差作用下，可进入不同形状和尺寸的空隙，进一步提高封堵效果。

这种封堵方法对漏层空隙裂缝或裂缝尺寸依赖性较小。但常规开发的吸水凝胶，吸水膨胀速度快、膨胀颗粒较软，且加入到钻井液中会增加钻井液的粘度。不适于随钻堵漏的应用。因此，通过调整聚合方式，采用无机填料-单体聚合的方式，制备了吸水倍数较小、强度较大对钻井液流变性影响较小的吸水凝胶。

弱吸水凝胶的制备方法是按重量份将20-60份单体、0.05-1.0份过硫酸钾、0.05-1.0份亚硫酸氢钠、0.05-0.5份亚甲基双丙烯酰胺、2-10份无机填料，以水溶液聚合的方式，在50-60℃下恒温反应8-12h。

制备方法所述的单体为丙烯酰胺、丙烯酸、二甲基二烯丙基氯化铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸其中的一种或几种。

制备方法所述的无机填料，为膨润土、碳酸钙、高岭土其中的一种或几种。

上述组分按相应配比，在混合器中混合10-30分钟，即为本发明的高温高密度钻井液用随钻堵漏剂。

该随钻堵漏剂的特点是

(1)具有较好的充填、桥堵或封堵效果；

(2)能辅助形成较好的泥饼，滤失量小，而且不增大井下摩阻；

(3)对钻井液流变性影响小，保持钻井液稳定；

(4)85％能顺利通过振动筛；

(5)能有效提高井眼破裂压力和裂缝扩张阻力；

(6)使用中不需停钻、不糊筛；

因此该堵漏剂不仅适用于一般情况下的堵漏，更适用于高密度、窄压力窗口等复杂条件下的防漏堵漏。

具体实施例

实施例1

在30克10％的丙烯酸溶液中加入适量氢氧化钠进行中和，制成丙烯酸钠溶液，在上述溶液中加入10克丙烯酰铵、12克2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、5克安丘膨润土及10克水，混合均匀后，充氮气20分钟，

以驱除溶解氧，在室温下加入0.05克过硫酸钾、0.05克亚硫酸氢钠、0.05克亚甲基双丙烯酰胺，引发反应。反应产物经干燥后，造粒、粉碎过筛100目筛，制得吸水倍数为20的产品。

注吸水倍数的测试方法

准确称取一定质量的样品，置于500ml烧杯中，加入吸水介质400ml，充分搅拌，待样品吸水膨胀恒定后(时间大于24h)，用100目筛布过滤，称取吸水膨胀后的样品质量，计算其吸水膨胀倍数。计算公式为：

E = \frac{W_{2} - W_{1}}{W_{1}}

式中：E-吸水膨胀倍数

W₂-样品吸水后质量

W₁-样品吸水前质量

实施例2

在30克10％的丙烯酸溶液中加入适量氢氧化钠进行中和，制成丙烯酸钠溶液，在上述溶液中加入10克丙烯酰铵、10克二甲基二烯丙基氯化铵、5克安丘膨润土及10克水，混合均匀后，充氮气20分钟，以驱除溶解氧，在室温下加入0.05克过硫酸钾、0.05克亚硫酸氢钠、0.05克亚甲基双丙烯酰胺，引发反应。反应产物经干燥后，造粒、粉碎过筛100目筛，制得吸水倍数为38的产品。

实施例3

取烘干、粉碎后过80目的玉米芯60份、实施例1的弱胶凝聚合物5重量份、沥青原粉(140℃)20重量份、石墨15重量份在混合器中混拌均匀。

实施例4

取烘干、粉碎后过80目的玉米芯60份、实施例2的弱胶凝聚合物5重量份、沥青原粉(140℃)20重量份、石墨15重量份在混合器中混拌均匀。

实施例5

取烘干、粉碎后过80目的棉籽壳60份、实施例2的弱胶凝聚合物5重量份、沥青原粉(140℃)20重量份、石墨15重量份在混合器中混拌均匀。

实施例6

取烘干、粉碎后过80目的棉籽壳60份、实施例2的弱胶凝聚合物5重量份、沥青原粉(180℃)20重量份、石墨15重量份在混合器中混拌均匀。

实施例7

取烘干、粉碎后过80目的棉籽壳70份、实施例2的弱胶凝聚合物10重量份、沥青原粉(180℃)10重量份、石墨10重量份在混合器中混拌均匀。

实施例8

取烘干、粉碎后过80目的棉籽壳70份、实施例2的弱胶凝聚合物10重量份、磺化沥青10重量份、石墨10重量份在混合器中混拌均匀。

实施例9

取烘干、粉碎后过80目的棉籽壳70份、实施例2的弱胶凝聚合物10重量份、氧化沥青10重量份、石墨10重量份在混合器中混拌均匀。

实施例10

取烘干、粉碎后过80目的棉籽壳40份、玉米芯30份，实施例2的弱胶凝聚合物5重量份、氧化沥青15重量份、石墨10重量份在混合器中混拌均匀。

实施例11

取烘干、粉碎后过80目的棉籽壳40份、核桃壳30份，实施例2的弱胶凝聚合物5重量份、氧化沥青15重量份、石墨10重量份在混合器中混拌均匀。

实施例12

取烘干、粉碎后过80目的棉籽壳40份、核桃壳30份，实施例2的弱胶凝聚合物8重量份、氧化沥青12重量份、石墨10重量份在混合器中混拌均匀。

取实施例3-12的样品，在加量1％条件下，考察其对4％基浆流变性和封堵性的影响

注砂床滤失量测试方法

在可视式砂床中压滤失仪的圆柱筒中加入350cm³0.45mm-0.9mm经清水洗净后烘干的砂子，压实铺平，慢慢加入400ml钻井液，按测试API滤失量同样方法加压测试30min滤失量。

实施例3-实施例12的试验结果见表1。

表1实施例3-实施例12的试验结果

表2实施例12对钻井液润滑性能的影响

Claims

1.一种钻井液随钻堵漏剂，其特征在于：按重量份由以下组分构成：植物纤维60-100份；沥青5-20份、石墨5-15份；弱吸水凝胶5-20份；

弱吸水凝胶是按重量份将20-60份聚合单体、0.05-1.0份过硫酸钾、0.05-1.0份亚硫酸氢钠、0.005-0.5份亚甲基双丙烯酰胺、2-10份无机填料，以水溶液聚合的方式，在20-60℃下恒温反应8-12h，经烘干、造粒，制得平均粒径为200-20目，吸水倍数控制在10-100g.g^-1的聚合物；聚合单体为丙烯酰胺、丙烯酸、二甲基二烯丙基氯化铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中的一种或几种；

无机填料为膨润土、碳酸钙、高岭土中的一种或几种。