CN102876303B - 一种在光滑裂缝漏失壁面稳定承压的钻井液用承压堵漏剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在光滑裂缝漏失壁面稳定承压的钻井液用承压堵漏剂，由10-20质量%的摩阻材料，45-50质量%的架桥材料，35-40质量%的填充材料组成，所述摩阻材料为工业用金属筛网，其尺寸范围为1.0×1.0-3.0×3.0毫米，厚度约0.5毫米；所述架桥材料为碳酸钙颗粒，其分样筛标准目数小于20目；所述填充材料为碳酸钙粉和柔性石墨粉的混合物，碳酸钙粉又细分为三个级别，实现多级充填，形成致密屏蔽层，柔性石墨粉目数大于150目，增强桥塞段的抗压能力。本发明能够提高光滑裂缝井漏的堵漏成功率和承压力，降低井漏复杂失效，提高勘探开发钻井效益，其制备工艺简便，材料来源广，易于推广使用。

Description

一种在光滑裂缝漏失壁面稳定承压的钻井液用承压堵漏剂

技术领域

本发明属于石油勘探领域，特别是油气井钻井过程中用于封堵光滑壁面裂缝漏层并能在裂缝内部稳定承压的钻井液用承压堵漏剂。

背景技术

井漏是钻井工程中危害最严重的复杂情况之一，裂缝型井漏是最普遍的井漏类型，包括压裂型诱导裂缝井漏和压差型天然裂缝井漏，前者属于防漏问题，后者属于堵漏问题。处理裂缝性井漏的方法有桥塞堵漏、水泥浆堵漏、化学堵漏等。其中，桥塞堵漏是目前国内外应用最广泛的钻井液堵漏技术。但是，桥塞堵漏在泥页岩、砂岩地层裂缝上的堵漏成功率高，但在灰岩裂缝地层的堵漏成功率较低，主要原因在于灰岩裂缝壁面比泥页岩和砂岩裂缝壁面光滑，桥塞材料进入裂缝后容易在压差作用下产生滑动效应，堵漏材料整体从裂缝壁面滑脱，承不起压或者承压力低，导致裂缝内的承压堵漏失败。因此，亟需一种能够在灰岩类致密硬地层光滑裂缝内稳定承压的由新型材料构成的承压堵漏剂，提高钻井裂缝堵漏成功率和裂缝堵漏的承压能力,对于减少井漏复杂情况、加快油气资源的勘探开发进程具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在光滑裂缝漏失壁面稳定承压的钻井液用承压堵漏剂，该承压堵漏剂能够实现对漏失裂缝尤其是光滑壁面漏失裂缝的快速封堵，且在裂缝内形成的封堵段在井筒压力波动作用下不易从裂缝壁面滑脱，该承压堵漏剂能够提高光滑裂缝井漏的堵漏成功率和承压力，降低井漏复杂失效，提高勘探开发钻井效益，其制备工艺简便，材料来源广，易于推广使用。

为了达到上述技术目的，本发明提供以下技术方案。

一种在光滑裂缝漏失壁面稳定承压的钻井液用承压堵漏剂，由10-20质量%的摩阻材料，45-50质量%的架桥材料，35-40质量%的填充材料组成。所述摩阻材料将架桥粒子连接成团，增大裂缝内形成桥塞带的内摩擦力和桥塞材料与光滑裂缝壁面间的外摩擦力，保证堵漏材料在裂缝内站住脚，形成密集封堵带，有效封堵光滑壁面裂缝，提高漏层承压能力。

本发明承压堵漏剂的制备过程如下：

1）称取45-50质量%的架桥材料和35-40质量%的填充材料在常温下混合均匀；

2）称取10-20质量%的摩阻材料加入其中，常温下混合均匀得本发明钻井液用承压堵漏剂。

所述摩阻材料为工业用金属筛网，即黑丝布，其目数80-200目（市售），经机械或人工剪裁成方形片状材料，其尺寸范围为1.0×1.0-3.0×3.0毫米，厚度约0.5毫米。该金属筛网经剪切加工成方形片状，过筛分选。筛网经剪切成片状后容易在钻井液中分散悬浮；金属筛网碎片有高强度和高韧性，堵漏时在裂缝内通过摩擦作用将架桥材料连接成团，彼此之间形成一种内摩擦力高的笼状结构，能够承受极高的外压，不容易被拆散，有效的增强桥塞段的内摩擦力和与光滑裂缝壁面间的外摩擦力；由于摩阻材料需要尽可能多点与架桥材料产生摩擦阻力，所以其尺寸不能小于架桥材料的尺寸。

所述架桥材料为碳酸钙颗粒，其分样筛标准目数小于20目。由于碳酸钙颗粒具有较高的硬度，作为架桥材料不容易在压力作用下被挤碎；架桥颗粒棱角分明，颗粒之间的摩擦力大，易于在裂缝内堆积；碳酸钙的酸溶率高，可用在储层段堵漏；碳酸钙来源广，是最常用的堵漏材料之一。将碳酸钙颗粒过筛，选取分样筛标准目数小于20目的颗粒作为架桥材料，再根据不同的缝宽选择相应的目数范围。

所述填充材料为碳酸钙粉和柔性石墨粉的混合物，作为填充材料的碳酸钙粉按其尺寸又分为三个级别，其中分样筛标准目数为20-40目的碳酸钙粉作为第一级填充材料，40-80目的碳酸钙粉作为第二级填充材料，80-150目的碳酸钙粉作为第三级填充材料，柔性石墨粉作为第四级填充材料，其分样筛标准目数大于150目，各级填充材料的质量混合比例依次为5:2:2:1。将碳酸钙粉细分为三个级别，能更好实现多级充填，形成致密的屏蔽层；加入柔性石墨粉，目数大于150目，柔性石墨粉具有弹性，可以增强桥塞段的抗压能力，保护架桥材料在颗粒间相互挤压下不容易破碎。

本发明在光滑裂缝内承压堵漏作用机理为：压差迫使堵漏剂进入裂缝内朝裂缝内低压处流动，当裂缝外压力与堵漏剂和裂缝壁面的摩擦阻力相等时，堵漏剂停止滑动，多个堵漏剂迅速形成密集堆积体，密集堆积体进一步壮大形成致密堆积体，从而阻止裂缝内的流体流动和压力传递。由于该致密堆积体是一种新的材料体，具有较高的抗破坏压力，从而起到堵漏和提高漏层承压力的作用。根据裂缝宽度的不同，多个聚集体可在压差作用下，通过裂缝内的浓集效应，叠加形成更复杂更稳固的团状结构，有效增大刚性颗粒间的内摩擦力。此外，摩阻材料呈片状，表面凹凸不平，边缘呈锯齿状，易于多点刮靠在光滑裂缝壁面上，既增大与光滑裂缝壁面的摩擦阻力，又增大裂缝壁面局部粗糙度，便于架桥颗粒立足，综合摩阻材料本身的滑动摩擦力大，不易被冲走，大大增强了堵漏材料在裂缝内的稳定性和承压性。

与现有技术相比，本发明具有如下有益有利效果：

（1）能够有效封堵各种裂缝包括光滑壁面裂缝，且封堵段能够稳定承压。本发明在裂缝内形成致密聚集体，既有效增大聚集体内刚性颗粒间的内摩擦力，又有效增大聚集体与裂缝壁面间的外摩擦力，从而防止堵漏剂被流体冲走，保证堵漏剂在裂缝内的稳定性，在井内压力波动的情况下，比常规桥塞堵漏材料在裂缝开口外形成的堵漏堆积体更可靠，不易被钻井液冲刷掉，形成真实的堵漏承压能力；

（2）作为关键特效材料的金属摩阻材料在钻井液中易分散悬浮，不会缠接成团，有较高的强度和韧性，易于进入裂缝漏层内部；

（3）酸溶率高，可用于储层段堵漏。该堵漏剂中的材料以酸溶性材料为主，使得该堵漏剂形成的致密堆积体能够在酸化后被破坏而解堵，达到保护储层原始渗透性的目的。承压堵漏剂既可用于非储层段漏失的堵漏又可用于储层段漏失的堵漏；

本发明体现了堵漏材料在裂缝内的摩阻为先、立足为本、多元协同、稳定性强的作用特征，可适用于不同密度钻井液且对钻井液流变性影响较小，能有效封堵小于5mm宽裂缝，承压强度达7MPa。

附图说明

图1是本发明承压堵漏剂和常规堵漏剂的堵漏效果对比

图2是使用本发明承压堵漏剂压力对漏失量的影响

图3是使用本发明承压堵漏剂时间对漏失量的影响

图4是使用本发明承压堵漏剂密度对漏失量的影响

图5是使用本发明承压堵漏剂缝宽对漏失量的影响

具体实施方式

一、本发明钻井液用承压堵漏剂的制备及堵漏效果

实施例1

选取宽度为2mm的裂缝模块，配制堵漏基浆3.5L，基浆配方为：6%膨润土+1%CMC-HV。堵漏剂加量为堵漏浆的6%（质量体积百分比g/ml），堵漏剂各组分重量配比为摩阻材料10%，架桥材料50%，填充材料40%，架桥材料尺寸为分样筛标准目数14-20目，摩阻材料尺寸为1.0×1.0-1.6×1.6mm。堵漏剂加量为摩阻材料21g；架桥材料105g；填充材料84g，其中第一级：分样筛标准目数20-40目的碳酸钙粉42g，第二级：分样筛标准目数40-80目的碳酸钙粉16.8g，第三级：分样筛标准目数80-150目的碳酸钙粉16.8g，第四级：分样筛标准目数大于150目的柔性石墨粉8.4g。成功封堵裂缝，在裂缝内部形成稳定的桥塞，承压达到7MPa。

实施例2

选取宽度为3mm的裂缝模块，配制堵漏基浆3.5L，基浆配方为：6%膨润土+1%CMC-HV。堵漏剂加量为堵漏浆的8%（质量体积百分比g/ml），堵漏剂各组分重量配比为摩阻材料12%，架桥材料50%，填充材料38%，架桥材料为分样筛标准目数10-20目，摩阻材料尺寸为1.0×1.0-2.0×2.0mm。堵漏剂加量为摩阻材料33.6g；架桥材料140g；填充材料106.4g，其中第一级：分样筛标准目数20-40目的碳酸钙粉53.2g，第二级：分样筛标准目数40-80目的碳酸钙粉21.3g，第三级：分样筛标准目数80-150目的碳酸钙粉21.3g，第四级：分样筛标准目数大于150目的柔性石墨粉10.6g。成功封堵裂缝，在裂缝内部形成稳定的桥塞，承压达到7MPa。

实施例3

选取宽度为4mm的裂缝模块，配制堵漏基浆3.5L，基浆配方为：6%膨润土+1%CMC-HV。堵漏剂加量为堵漏浆的9%（质量体积百分比g/ml），堵漏剂各组分重量配比为摩阻材料15%，架桥材料48%，填充材料37%，架桥材料为分样筛标准目数8-20目，摩阻材料尺寸为1.0×1.0-2.5×2.5mm。堵漏剂加量为摩阻材料47.2g；架桥材料151.2g；填充材料116.6g，其中第一级：分样筛标准目数20-40目的碳酸钙粉58.3g，第二级：分样筛标准目数40-80目的碳酸钙粉23.3g，第三级：分样筛标准目数80-150目的碳酸钙粉23.3g，第四级：分样筛标准目数大于150目的柔性石墨粉11.7g。成功封堵裂缝，在裂缝内部形成稳定的桥塞，承压达到7MPa。

实施例4

选取宽度为5mm的裂缝模块，配制堵漏基浆3.5L，基浆配方为：6%膨润土+1%CMC-HV。堵漏剂加量为堵漏浆的10%（质量体积百分比g/ml），堵漏剂各组分重量配比为摩阻材料17%，架桥材料48%，填充材料35%，架桥材料为分样筛标准目数6-20目，摩阻材料尺寸为1.0×1.0-3.0×3.0mm。堵漏剂加量为摩阻材料59.5g；架桥材料168g；填充材料122.5g，其中第一级：分样筛标准目数20-40目的碳酸钙粉61.3g，第二级：分样筛标准目数40-80目的碳酸钙粉24.5g，第三级：分样筛标准目数80-150目的碳酸钙粉24.5g，第四级：分样筛标准目数大于150目的柔性石墨粉12.2g。成功封堵裂缝，在裂缝内部形成稳定的桥塞，承压达到7MPa。

二、本发明钻井液用承压堵漏剂的性能测试

在室内采用模拟实验对所发明的承压堵漏剂进行了性能评价。实验采用长度30cm的钢制裂缝模块，裂缝壁面光滑，裂缝模块可以组合成不同的裂缝宽度，对堵漏剂在不同裂缝宽度条件下进行堵漏效果评价。

采用模拟裂缝堵漏试验装置，对比了本发明承压堵漏剂（加入摩阻材料）和常规堵漏剂（未加入摩阻材料）的堵漏效果；选择影响承压堵漏性能的主要因素（压力、时间、缝宽），改变其中一个量，恒定其它条件，进行堵漏效果评价，通过漏失量的变化来反映对承压堵漏剂封堵效果的影响，基浆组成：4%膨润土+1%CMC-HV，堵漏浆总的量为3500ml。

1、本发明承压堵漏剂和常规堵漏剂的堵漏效果对比

实验对比了本发明承压堵漏剂（加入摩阻材料）和常规堵漏剂（未加入摩阻材料）的堵漏效果。使用常规堵漏剂，即未加摩阻材料时，漏失量大，堵漏剂主要位于光滑裂缝的尾部，堵漏材料进入裂缝后在压力作用下滑动到尾部，尾部缝宽小，在尾部卡住，没能成功的封堵裂缝；使用本发明承压堵漏剂，即加入摩阻材料，堵漏剂的封堵性能明显提高，漏失量减小，封堵状态主要为裂缝内开口至中间部位封堵，实现了对裂缝的成功封堵。结果见表1和图1。

表1承压堵漏剂和常规堵漏剂的堵漏效果对比

2、压力对承压堵漏剂性能影响

在缝宽2mm的条件下，测定压力对漏失量的影响，结果见图2。实验结果表明，随着压力升高，漏失量逐渐增大，最后趋于稳定，说明达到稳定封堵；同时表明该堵漏剂能够承受较高的压力。

3、时间对承压堵漏剂性能影响

在压力0-7MPa、缝宽2mm的条件下，测定时间对漏失量的影响，结果见表图3。实验结果表明，随着时间延长，漏失量在5min内增幅较大，5min后变化平缓，10min后基本不再变化，说明已经形成了稳定的封堵层，反映出堵漏剂在3-5min内即可迅速形成有效封堵。

4、密度对承压堵漏剂性能影响

在压力0-7MPa、缝宽2mm的条件下，向堵漏浆中加入重晶石粉改变堵漏浆密度，测定密度对漏失量的影响，结果见图4。随着密度的增加，堵漏浆中的细颗粒比例增大，增强了填充效果，漏失量也随之减小，总体减小的幅度不大，密度增加到一定值时漏失量趋于稳定，说明该堵漏剂本身已具有较好的封堵能力。

5、裂缝宽度对承压堵漏剂性能影响

在压力0-7MPa的条件下，测定缝宽对漏失量的影响，结果见图5。实验结果表明，随着缝宽的变大，漏失量增大，特别是缝宽达到6mm时，漏失量发生剧烈变化，增幅较大，反映出堵漏剂封堵能力下降，但漏失量均小于500ml，封堵效果较好。

综上所述，本发明提供的承压堵漏剂可适用于不同密度的钻井液，1-3min内即可有效封堵小于5mm宽裂缝，承压强度达7MPa。

Claims (1)

1.一种在光滑裂缝漏失壁面稳定承压的钻井液用承压堵漏剂，由10-20质量%的摩阻材料，45-50质量%的架桥材料，35-40质量%的填充材料组成，其特征在于，所述摩阻材料为工业用金属筛网，即黑丝布，其尺寸范围为1.0×1.0-3.0×3.0毫米，厚度0.5毫米；所述架桥材料为碳酸钙颗粒，其分样筛标准目数小于20目；所述填充材料为碳酸钙粉和柔性石墨粉的混合物；所述填充材料的碳酸钙粉分为三个级别，分样筛标准目数为20-40目的碳酸钙粉为第一级填充材料，40-80目的碳酸钙粉为第二级填充材料，80-150目的碳酸钙粉为第三级填充材料，分样筛标准目数大于150目的柔性石墨粉为第四级填充材料，各级填充材料的质量混合比例为5:2:2:1。

Images