CN103937471A - 抗温钻井液随钻堵漏剂及其制备方法 - Google Patents

抗温钻井液随钻堵漏剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种抗温钻井液随钻堵漏剂：按重量份由植物纤维30-80重量份；矿物纤维10-40重量份；果壳10-40重量份；滑石粉0-10重量份；硅基凝胶变形颗粒3-10重量份组成；硅基凝胶变形颗粒是按重量份将1.4-2.5份的乙烯基三乙氧基硅烷单体乳化分散到由18-24份的丙烯酰胺，0.0025-0.005份的N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，0.7-1.25份OP-10和0.1-0.17份十二烷基苯磺酸钠，0.003份乙二胺四乙酸二钠，0.009-0.012份过硫酸铵和0.009-0.012份亚硫酸氢钠水溶液中，进行胶束共聚合，将聚合物烘干、造粒、粉碎即成平均粒径为80-200目的硅基凝胶变形颗粒；能有效封堵易漏高渗地层及微裂缝，不影响钻井液流变参数，可降低钻井液摩阻系数，保护储层，适用于150℃以下易漏、裂缝地层及储层防漏堵漏。

Description

抗温钻井液随钻堵漏剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种钻井领域的钻井液随钻堵漏剂，特别涉及150℃高温条件下使用的、能在第一时间封堵地层小裂缝及渗漏层，对井漏
起到预防和控制作用的抗温钻井液随钻堵漏剂及其制备方法。
背景技术
井漏是钻井过程中普遍而常见的技术难题, 井漏会造成钻井液的大量流失导致钻井成本的上升，同时会导致井底压力变化，诱发井壁失稳、井塌、井涌、井喷等复杂事故的发生。
随钻堵漏，是指在钻遇可能发生漏失的地层前，将堵漏材料加入到钻井液中，在钻井的同时发挥堵漏材料封堵作用，第一时间封堵小裂缝及渗漏层，对漏失起到预防和控制的作用。由于随钻堵漏是在钻井过程中完成的，不像其他堵漏一样影响钻井生产，因此随钻堵漏极大地降低了钻井施工的成本。
目前在钻井现场应用的随钻堵漏材料普遍存在下列问题：1、封堵性能差，起不到预期的封堵效果，不能实现随钻堵漏；2、抗温性差，在地层温度高于120℃时，封堵性能变差，温度达到150℃时，材料失效；3、加入随钻堵漏材料后，钻井液严重增稠；4、加入堵漏材料后，钻井液摩阻扭矩变大；5、因钻井液增黏或堵漏材料颗粒过大，出现的糊振动筛的现象。这些问题在一定程度上限制了随钻堵漏剂的应用。
因此，有必要开发一种抗高温、不增黏、不增加摩阻，同时具有较强封堵性能的新型随钻堵漏剂。
中国专利CN101724383B公开了“一种钻井液随钻堵漏剂”，这种堵漏剂在其变形填充材料合成过程中加入膨润土、碳酸钙、高岭土等填料，虽然对提高材料抗温性有一定作用，但合成出的颗粒较脆，吸水后容易破碎，造成使用上的缺陷；另外该体系中的有机材料（植物纤维、沥青、变形填充材料）比例过高，难以满足150℃高温条件下的应用要求。
本发明采用硅基凝胶变形颗粒，即在聚合物合成过程中加入乙烯基三乙氧基硅烷进行共聚，从而提高了颗粒的抗温性和机械强度；另外，在体系中加入较大比例的抗温无机矿物纤维，使体系的抗温性进一步提高。
发明内容
为了解决背景技术难以满足150℃高温条件下的应用要求的问题，本发明提供一种充分利用刚、柔两种性质的材料，实现屏蔽暂堵，在渗漏地层形成薄而韧的滤饼，实现良好的封堵效果用于150℃条件下的多元高性能的一种抗温钻井液随钻堵漏剂及其制备方法。
解决上述技术问题采用以下技术方案： 
一种抗温钻井液随钻堵漏剂，所述的堵漏剂由架桥纤维、填充材料、有机凝胶填充颗粒组成，按照重量份计，架桥纤维10-80份，填充材料10-40份，硅基凝胶变形颗粒3-10重量份，上述物质按重量份数比例，放入混合器中混合25-40分钟，即为抗温钻井液随钻堵漏剂。
进一步，所述的架桥纤维由植物纤维和矿物纤维组成，按照重量份计，植物纤维30-80份、矿物纤维10-40份。
进一步，所述的填充材料由果壳、滑石粉组成，按照重量份计，果壳10-40份、滑石粉0-10份。
进一步，所述的堵漏剂按重量份由以下组分构成，植物纤维55份，矿物纤维25份；果壳25份；滑石粉5份；硅基凝胶变形颗粒6份，将上述组分按重量份数比例，放入混合器中混合30分钟，即为抗温钻井液随钻堵漏剂。
进一步，所述的植物纤维材料选用稻壳、玉米秸秆、木屑、棉籽壳的一种或几种混合。
进一步，所述的矿物纤维材料选用方解石、硅灰石、海泡石的一种或几种混合。
进一步，所述的填充材料的果壳是榛子壳、核桃壳、花生壳的一种或几种混合。
进一步，所述的硅基凝胶变形颗粒是按重量份将1.4-2.5份的乙烯基三乙氧基硅烷单体乳化分散到由18-24份的丙烯酰胺，0.0025-0.005份的N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，0.7-1.25份OP-10和0.1-0.17份十二烷基苯磺酸钠，0.003份乙二胺四乙酸二钠，0.009-0.012份过硫酸铵和0.009-0.012份亚硫酸氢钠水溶液中，进行胶束共聚合，聚合反应条件为：体系PH为6-8，反应温度40-50℃，反应时间8-10小时,将聚合物烘干、造粒、粉碎即成平均粒径为80-200目的硅基凝胶变形颗粒。
进一步，所述的植物纤维、矿物纤维、果壳、滑石粉分别为80-100目。
一种抗温钻井液随钻堵漏剂的制备方法，根据防漏堵漏施工状况，制备钻井液随钻堵漏剂，分为钻至易漏地层前用堵漏剂和井漏用堵漏剂，具体制备方法是： 
a. 钻至易漏地层前用堵漏剂：按照重量份取100目的植物纤维30-80份、矿物纤维10-40份、果壳10-40份、滑石粉0-10份，150-200目的有机凝胶填充颗粒3-10份，放入混合器中混合25-40分钟，即为钻至易漏地层前用堵漏剂；
b.井漏用堵漏剂：按照重量份取80目的植物纤维30-80份、矿物纤维10-40份、果壳10-40份、滑石粉0-10份，80-200目的有机凝胶填充颗粒3-10份，放入混合器中混合25-40分钟，即为用于钻井液漏速＜5方/小时时的井漏用堵漏剂；
按照重量份取60目的植物纤维30-80份、矿物纤维10-40份、果壳10-40份、滑石粉0-10份，80-200目的有机凝胶填充颗粒3-10份，放入混合器中混合25-40分钟，即为用于钻井液漏速＞5方/小时时井漏用堵漏剂。
选用纤维类材料架桥，是利用纤维材料进入地层孔隙或裂缝时，可将大孔喉分隔为小孔喉的特点，同时，纤维类材料可有效改善泥饼质量。 
植物纤维材料根据封堵效果的要求，优选以下纤维材料中的一种或几种：稻壳、玉米秸秆、木屑、棉籽壳。
矿物纤维根据其架桥封堵、承压能力不同优选以下材料的一种或几种：方解石、硅灰石、海泡石。
填充材料起到填充孔道和二次架桥的作用，使漏失通道孔、缝更小，其中果壳材料根据与架桥纤维的配伍性，封堵性特点，优选下材料的一种或几种：榛子壳、核桃壳、花生壳。
有机凝胶填充颗粒吸水膨胀后可变形，能与孔隙或裂缝大小、形状很好匹配形成稳定的封堵层，有效阻止钻井液向地层深处渗透。根据实际需求，合成了高强度，具有优良抗温性能的硅基凝胶变形颗粒。
采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明能有效封堵易漏高渗地层及微裂缝，不影响钻井液流变参数，可降低钻井液摩阻系数，保护储层，适用于150℃以下易漏、裂缝地层及储层防漏堵漏。其显著效果在于： 
（1）强封堵，具有较强的随钻封堵能力；
（2）不增黏，随钻堵漏剂加入钻井液中，不会使黏度上升；
（3）抗高温，可满足150℃下钻井随钻堵漏的需求；
（4）降摩阻，随钻堵漏剂加入钻井液中，可有效降低泥浆的润滑系数。
（5）不停钻，堵漏过程不需停钻，不影响钻井生产进度；
（6）保护储层，选取的无机纤维、滑石粉为可酸溶材料；有机凝胶填充颗粒可在一定时间后自动降解。该体系具有较好的储层保护特性，可在油层段钻井中使用。
具体实施方式
实施例1
将50g丙烯酰胺，0.01g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺,0.008g乙二胺四乙酸二钠，2gOP-10和0.3g十二烷基苯磺酸钠完全溶解于215g去离子水中。然后向上述溶液中加入4g乙烯基三乙氧基硅烷超声乳化15min，通氮除氧20min后，再依次加入2.5g质量分数为1%的过硫酸铵溶液和2.5g质量分数为1%的亚硫酸氢钠溶液，继续通氮15min,密封后置于45℃水溶锅中引发聚合。反应9小时后，将反应产物取出，经干燥、粉碎、过筛后制得目数为80-200目的硅基凝胶变形颗粒。
实施例2
按重量份取烘干、粉碎过后过80目的稻壳50份、硅灰石20份、核桃壳20份、滑石粉5份、实施例1 的100目有机凝胶填充颗粒5份，在混合器中混拌30分钟，混拌均匀制得成品。
实施例3
按重量份取烘干、粉碎过后过80目的玉米秸秆50份、硅灰石20份、核桃壳25份、滑石粉5份、实施例1 的150目有机凝胶填充颗粒6份，在混合器中混拌40分钟，混拌均匀制得成品。
实施例4
按重量份取烘干、粉碎过后过80目的木屑30份、硅灰石40份、核桃壳30份、滑石粉8份、实施例1的80目有机凝胶填充颗粒5重量份在混合器中混拌25分钟，混拌均匀制得成品。
实施例5
按重量份取烘干、粉碎过后过80目的棉籽壳80份、硅灰石40份、核桃壳10份、滑石粉10份、实施例1的200目有机凝胶填充颗粒10份在混合器中在混合器中混拌35分钟，混拌均匀制得成品。
实施例6
按重量份取烘干、粉碎过后过80目的木屑30份、方解石20份、核桃壳20份、滑石粉2份、实施例1的150目有机凝胶填充颗粒3份在混合器中混拌25分钟，混拌均匀制得成品。
实施例7
按重量份取烘干、粉碎过后过100目的木屑60份、海泡石10重量份、核桃壳30重量份、实施例1的150目有机凝胶填充颗粒3份，在混合器中混拌35分钟，混拌均匀制得成品。
实施例8
按重量份取烘干、粉碎过后过80目的木屑50份、海泡石20份、榛子壳20份、滑石粉5份、实施例1的120目有机凝胶填充颗粒5份，在混合器中混拌35分钟，混拌均匀制得成品。
实施例9
按重量份取烘干、粉碎过后过90目的木屑40份、海泡石30重量份、花生壳10份、滑石粉8份、实施例1的140目有机凝胶填充颗粒7份，在混合器中混拌40分钟，混拌均匀制得成品。
实施例10
按重量份取烘干、粉碎过后过80目的木屑50份、海泡石20份、核桃壳21份、滑石粉4份、实施例1的130目有机凝胶填充颗粒5份，在混合器中混拌30分钟，混拌均匀制得成品。
根据防漏堵漏施工状况，制备钻井液随钻堵漏剂，分为钻至易漏地层前用堵漏剂和井漏用堵漏剂，具体制备方法实施例： 
实施例11
钻至易漏地层前用堵漏剂：按重量份取烘干、粉碎过后过80目的木屑55份、海泡石25份、核桃壳25，份、滑石粉5，份、实施例1的150目有机凝胶填充颗粒6份，放入混合器中混合30分钟，即为钻至易漏地层前用堵漏剂。
实施例12
井漏用堵漏剂：
钻井液漏速＜5方/小时时的井漏用堵漏剂
按照重量份取烘干、粉碎过后过100目的木屑48份、海泡石24份、核桃壳19份、滑石粉4份、实施例1的100目有机凝胶填充颗粒5份，放入混合器中混合搅拌30分钟，即为用于钻井液漏速＜5方/小时的井漏用堵漏剂剂。
实施例13
钻井液漏速＞5方/小时时井漏用堵漏剂
按照重量份取烘干、粉碎过后取60目的植物纤维40份、矿物纤维20份、果壳15份、滑石粉3份， 150目的有机凝胶填充颗粒6份，放入混合器中混合25分钟，即为用于钻井液漏速＞5方/小时的井漏用堵漏剂。
取实例2-11的样品，在加量3%的情况下，考察其对4%膨润土浆流变性、润滑性、封堵性影响。
注 砂床滤失量、侵入深度测试方法
在无渗透滤失仪（可视砂床）圆筒柱中加入350cm3的直径范围0.45-0.9mm石英砂，压实铺平，慢慢加入400ml钻井液，按API标准加压0.7MPa测试30分钟，记录侵入深度及滤失量。
 
上述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种抗温钻井液随钻堵漏剂，其特征在于，所述的堵漏剂由架桥纤维、填充材料、有机凝胶填充颗粒组成，按照重量份计，架桥纤维10-80份，填充材料10-40份，硅基凝胶变形颗粒3-10重量份，上述物质按重量份数比例，放入混合器中混合25-40分钟，即为抗温钻井液随钻堵漏剂成品。
2.根据权利要求1所述的抗温钻井液随钻堵漏剂，其特征在于，所述的架桥纤维由植物纤维和矿物纤维组成，按照重量份计，植物纤维30-80份、矿物纤维10-40份。
3.根据权利要求1所述的抗温钻井液随钻堵漏剂，其特征在于，所述的填充材料由果壳、滑石粉组成，按照重量份计，果壳10-40份、滑石粉0-10份。
4.根据权利要求1或2或3所述的抗温钻井液随钻堵漏剂，其特征在于，所述的堵漏剂按重量份由以下组分构成，植物纤维55份，矿物纤维25份；果壳25份；滑石粉5份；硅基凝胶变形颗粒6份，将上述组分按重量份数比例，放入混合器中混合30分钟，即为抗温钻井液随钻堵漏剂。
5.根据权利要求1所述的抗温钻井液随钻堵漏剂，其特征在于，所述的植物纤维材料选用稻壳、玉米秸秆、木屑、棉籽壳的一种或几种混合。
6.根据权利要求1所述的抗温钻井液随钻堵漏剂，其特征在于，所述的矿物纤维材料选用方解石、硅灰石、海泡石的一种或几种混合。
7.根据权利要求3所述的抗温钻井液随钻堵漏剂，其特征在于，所述的填充材料的果壳是榛子壳、核桃壳、花生壳的一种或几种混合。
8.根据权利要求1所述的抗温钻井液随钻堵漏剂，其特征在于，所述的硅基凝胶变形颗粒是按重量份将1.4-2.5份的乙烯基三乙氧基硅烷单体乳化分散到由18-24份的丙烯酰胺，0.0025-0.005份的N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，0.7-1.25份OP-10和0.1-0.17份十二烷基苯磺酸钠，0.003份乙二胺四乙酸二钠，0.009-0.012份过硫酸铵和0.009-0.012份亚硫酸氢钠水溶液中，进行胶束共聚合，聚合反应条件为：体系PH为6-8，反应温度40-50℃，反应时间8-10小时,将聚合物烘干、造粒、粉碎即成平均粒径为80-200目的硅基凝胶变形颗粒。
9.根据权利要求2或3所述的抗温钻井液随钻堵漏剂，其特征在于，所述的植物纤维、矿物纤维、果壳、滑石粉分别为80-100目。
10.一种如权利要求1所述的抗温钻井液随钻堵漏剂的制备方法，其特征在于，根据防漏堵漏施工状况，制备钻井液随钻堵漏剂，分为钻至易漏地层前用堵漏剂和井漏用堵漏剂，具体制备方法是： 
a.钻至易漏地层前用堵漏剂：按照重量份取100目的植物纤维30-80份、矿物纤维10-40份、果壳10-40份、滑石粉0-10份，150-200目的有机凝胶填充颗粒3-10份，放入混合器中混合25-40分钟，即为钻至易漏地层前用堵漏剂；
b.井漏用堵漏剂：按照重量份取80目的植物纤维30-80份、矿物纤维10-40份、果壳10-40份、滑石粉0-10份，80-200目的有机凝胶填充颗粒3-10份，放入混合器中混合25-40分钟，即为用于钻井液漏速＜5方/小时的井漏用堵漏剂；
c.按照重量份取60目的植物纤维30-80份、矿物纤维10-40份、果壳10-40份、滑石粉0-10份，80-200目的有机凝胶填充颗粒3-10份，放入混合器中混合25-40分钟，即为用于钻井液漏速＞5方/小时时井漏用堵漏剂。
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