CN105349125A - 一种承压堵漏剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种承压堵漏剂，解决了常规堵漏剂难驻留、易窜混、粘结性差、污染钻井液等问题。其组分包括：无定型硅铝酸盐固化剂、激活剂、缓凝剂、惰性填充材料；各组分的配比按照如下方式计算：模数为1.0~1.4、质量浓度为10%~20%的激活剂溶液作为液相，液相与固化剂的质量比（水灰比）为0.8~1.2；缓凝剂加量占上述浆液总量的0%~1%，该堵漏剂具有固化时间可调，固化塞强度高，承压大，不受漏失通道限制等性能，从而对漏层形成有效封堵。

Description

一种承压堵漏剂

技术领域

本发明涉及一种石油钻井用堵漏剂，特别涉及一种固化承压堵漏剂。

背景技术

钻井工作液的漏失问题在钻井过程中较为多见，特别是随着油田勘探开发的不断深入，深层裂缝性和溶洞性等恶性漏失问题亟待解决，中浅层堵漏开发的聚合物凝胶堵漏剂、矿渣类堵漏剂等存在环境适应性差、高温失效等问题。

复合堵漏剂在应用过程中需要对漏层的形态和尺寸做出准确的预判，以便优化堵漏剂粒径，但施工过程中，技术人员很难判断井下的真实情况，因此，堵漏成功率大大降低。

水泥堵漏具有速度快、成本低、操作简单、堵塞强度大、堵漏成功后持久性好的优点，但其工艺复杂，施工时间长，在堵漏时很难在漏层周围停留，容易被冲走，堵漏成功率低，且堵漏后，钻进过程中存在钙侵和水泥掉块引起硬卡钻的问题。

偏高岭土作为一种地质聚合物，在建筑材料、高强材料、核固废材料、密封材料和耐高温材料等方面应用较广，其可在碱激活条件下发生火山灰反应，生成水硬性胶凝材料，由于大多数缓凝剂在高碱性环境中不能很好的发挥缓凝作用，因此，其在油田的应用仅限于低温固井，推广应用受到较大限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种油田钻井用可固化承压堵漏剂，该堵漏剂配制工艺简单，具有低温胶结、高温固化的特性，易于在漏失通道驻留，且固化强度高，能够提高破碎性地层的承压能力，对漏层形成有效封堵，克服常规堵漏剂难驻留、易窜混、粘结性差、污染钻井液等缺点。

本发明采取以下技术方案实现：一种承压堵漏剂，其组分包括：无定型硅铝酸盐固化剂、激活剂、缓凝剂、惰性填充材料；各组分的配比按照如下方式计算：模数为1.0~1.4、质量浓度为10%~20%的激活剂溶液作为液相，液相与固化剂的质量比（水灰比）为0.8~1.2；缓凝剂加量占上述浆液总量的0%~1%；

所述惰性填充材料，由纤维状、片状和颗粒状惰性填充材料组成，其中纤维状材料加量不超过浆液总量的0.1%，片状材料加量不超过浆液总量的5%，颗粒状材料加量不超过浆液总量的20%；填充材料的粒级根据地质设计的地层孔缝参数及按照1/2~2/3架桥原理确定。

本发明所述无定型硅铝酸盐固化剂为工业偏高岭土，即天然高岭土经600~900℃煅烧脱水所得，目数优选为325目及以上；

本发明所述激活剂为工业硅酸钠或硅酸钾中的一种或两种混合物，模数范围1.0~3.5，可以是固体或溶液；

本发明所述辅助激活剂为氢氧化钠或氢氧化钾，用于调整激活剂的模数和浓度，通过计算可确定加量，保证激活剂的模数为1.0~1.4、质量浓度为10%~20%；

本发明所述缓凝剂为有机物和无机盐的混合物；

如上所述的有机缓凝剂包括但不限于乙二醇、丙三醇和硼酸，应用时可以是其中的一种或多种组合；

如上所述的无机缓凝剂为碱金属磷酸盐，包括但不限于三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠，应用时可以是其中的一种或多种组合；

本发明采用的惰性填充材料主要用于提高承压堵漏剂在漏失层的流动阻力，如上所述的纤维状材料优先选用改性聚丙烯纤维；如上所述的片状材料可以是云母片、橡胶片；如上所述的颗粒状材料可以是锯木屑、核桃壳、棉籽壳、蛭石、碳酸钙；

本发明承压堵漏剂养护温度，可以是60℃到150℃之间的任意温度，随着养护温度的升高，缓凝剂的加量增加。

本发明的承压堵漏剂具有如下特征：

（1）固化时间可调，复配有机和无机缓凝剂，能够在高温、高碱条件下，延缓固化时间，利用羟基的表面吸附作用和无机盐的水化膜效应，在固化剂表面形成保护屏障，降低其接触激活剂的比表面积，使体系固化时间在3.5h~11h可调；

（2）固化塞强度高，承压大，偏高岭土具有地质聚合物特征，固结体强度达40MPa以上，应用缓凝剂和填充材料后，固化塞承压大于10MPa，满足深井及超深井的封堵承压需求；

（3）不受漏失通道限制，通过合理匹配填充材料，该承压堵漏剂同时适用于孔缝及溶洞性漏失地层的封堵。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明不限于以下实施例。

实施例1

承压堵漏剂配方：浓度36%、模数3.3的硅酸钠溶液22mL，氢氧化钠干粉5.73g，清水18mL，偏高岭土50g，改性聚丙烯纤维0.01g，80~100目云母片1g，100~200目核桃壳2g，800目碳酸钙5g，养护温度60℃。

具体配制过程：

（1）将硅酸钠溶液、氢氧化钠和清水混合，搅拌30min，制备浓度20%，模数1.0的硅酸钠溶液；

（2）称取偏高岭土，混入以上溶液，搅拌20min；

（3）边搅拌边加入填充材料，添加顺序不作特殊规定，全部添加完成，搅拌10min；

（4）放入恒温恒湿箱养护，监测浆液的初终凝时间，并测定养护10h的抗压强度。以下实施例均按照此过程实施。

实施例2

浓度36%、模数3.3的硅酸钠溶液21mL，氢氧化钠干粉5.37g，清水29mL，偏高岭土50g，改性聚丙烯纤维0.01g，80~100目云母片2g，100~200目锯末屑5g，1250目碳酸钙2g，养护温度60℃。

实施例3

浓度36%、模数3.3的硅酸钠溶液21mL，氢氧化钠干粉4.09g，清水29mL，偏高岭土50g，硼酸0.02g，六偏磷酸钠0.01g，改性聚丙烯纤维0.02g，80~100目云母片1g，100~200目蛭石4g，1250目碳酸钙5g，养护温度80℃。

实施例4

浓度36%、模数3.3的硅酸钠溶液17mL，氢氧化钠干粉1.2g，清水43mL，偏高岭土50g，乙二醇0.08g，六偏磷酸钠0.08g，改性聚丙烯纤维0.02g，80~100目棉籽壳1g，100~200目核桃壳4g，1250目碳酸钙5g，养护温度120℃。

实施例5

浓度36%、模数3.3的硅酸钠溶液17mL，氢氧化钠干粉1.2g，清水43mL，偏高岭土50g，乙二醇0.2g，六偏磷酸钠0.2g，改性聚丙烯纤维0.02g，80~100目锯末屑1g，100~200目核桃壳4g，1250目碳酸钙5g，养护温度150℃。

实验例

1、固化时间及抗压强度测试

下面将实施例1-5承压堵漏剂性能列于表1：

表1实施例1-5承压堵漏剂性能

从表1实验数据可见，发明的承压堵漏剂具有固化时间可调，固化强度高的特点，能够满足中深井堵漏需求。

2、封堵效率测试

对上述5个实施例堵漏剂的封堵效率进行了实验测试。具体用环氧树脂胶粘石英砂，制备人造岩心，人造岩心直径2.5cm，长度8cm，测试人造岩心的清水渗透率，将人造岩心的内部中心钻成中空结构，使人造岩心成为内径1.8cm、外径2.5cm，长度8cm的中空圆环，将以上实施例的堵漏剂浆液分别注入岩心内，在设定温度下养护10h，测试养护后清水的渗透率，实验结果见表2。

表2实施例1-5堵漏剂的封堵效率

由表2可见，发明的承压堵漏剂封堵效率均在97%以上，效果好。

Claims (8)

1.一种承压堵漏剂，其特征在于，其组分包括：无定型硅铝酸盐固化剂、激活剂、缓凝剂、惰性填充材料；

各组分的配比按照如下方式计算：以模数为1.0~1.4、质量浓度为10%~20%的激活剂溶液作为液相，液相与无定型硅铝酸盐固化剂的质量比为0.8~1.2；

所述缓凝剂加量占浆液总量的0%~1%；

所述惰性填充材料，包括纤维状惰性材料、片状惰性材料和颗粒状惰性材料，其中：

所述的纤维状惰性材料加量不超过浆液总量的0.1%；

所述的片状惰性材料加量不超过浆液总量的5%；

所述的颗粒状惰性材料加量不超过浆液总量的20%。

2.根据权利要求1所述的承压堵漏剂，其特征在于：所述无定型硅铝酸盐固化剂为工业偏高岭土，即天然高岭土经600~900℃煅烧脱水所得，目数优选为325目及以上。

3.根据权利要求1所述的承压堵漏剂，其特征在于：所述激活剂为工业硅酸钠或硅酸钾中的一种或两种混合物，模数范围1.0~3.5，可以是固体或溶液。

4.根据权利要求1所述的承压堵漏剂，其特征在于：所述纤维状惰性材料选用改性聚丙烯纤维；所述片状惰性材料是云母片、橡胶片中的一种或二者的混合物；所述颗粒状惰性材料选用锯木屑、核桃壳、棉籽壳、蛭石、碳酸钙中的一种或几种的混合物。

5.根据权利要求1所述的承压堵漏剂，其特征在于：所述缓凝剂为有机物和无机盐的混合物；其中有机缓凝剂是乙二醇、丙三醇和硼酸中的一种或多种组合；无机缓凝剂为碱金属磷酸盐。

6.根据权利要求5所述的承压堵漏剂，其特征在于：所述碱金属磷酸盐是三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠中的一种或多种组合。

7.根据权利要求1所述的承压堵漏剂，其特征在于：其组分中还包括辅助激活剂，该辅助激活剂为氢氧化钠或氢氧化钾。

8.根据权利要求7所述的承压堵漏剂，其特征在于：所述辅助激活剂的加量，结合激活剂的模数和质量浓度确定，具体是加入辅助激活剂后，激活剂的模数为1.0~1.4，质量浓度为10%~20%。