CN106905940A - 一种中高密度弹性液体胶塞及修井方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种中高密度弹性液体胶塞及修井方法，涉及油气化工领域。一种中高密度弹性液体胶塞，其主要由按重量份数计的以下组分通过交联反应制成：3‑5份的聚合物、0.25‑1.5份的第一交联剂、2‑4份的第二交联剂、0.015‑0.035份的稳定剂、0.2‑0.8份的添加剂、98‑102份的加重剂溶液。加重剂溶液的浓度为40‑85×104mg/L的甲酸钾水溶液。密度可达到1.2‑1.3g/cm3。一种上述中高密度弹性液体胶塞的制备方法，该中高密度弹性液体胶塞在低温下具有良好的流动性，在井下高温能迅速发生交联反应，其具有密度可调、抗温、抗压、泵送性好、稳定性好、无需破胶工艺且能高效返排等优点。
Description
技术领域
本发明涉及油气化工领域，具体而言，涉及一种中高密度弹性液体胶塞及修井方法。
背景技术
随着科学技术进步，近年来国内外科研工作者经不断地科研攻关，相继研发了许多适用于高温中高压油气井修完井作业的保护储层工作液体系。
含固相工作液是在液相中加入和储层孔相配伍的固相颗粒材料，但固相颗粒在正压差的作用下易进入产层深部，造成产层内的堵塞，导致诱喷解堵困难，投产前必须酸洗，增加了作业复杂性及施工作业成本。
无固相压井液具有配置方便、防膨效果好及性能稳定等优点，但其吸附滞留损害，增加滤液难以顺利返排。
凝胶暂堵型压井液通常也称作“液体胶塞”，工作原理是将压井液与产层隔离，阻止压井液漏入地层，广泛应用于低压油气井。目前的“液体胶塞”主要用于中低温低压油气藏修井防漏，抗温性能有待提高。此外，液体胶塞实质为聚合物凝胶体系，具有明显粘性特征，容易造成吸附滞留损害，影响产能恢复。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中高密度弹性液体胶塞及修井方法，其旨在改善现有技术中压井液吸附滞留损害，滤液难以顺利返排的问题。
本发明提供一种技术方案：
一种中高密度弹性液体胶塞，其主要由按重量份数计的以下组分通过交联反应制成：3-5份的聚合物、0.25-1.5份的第一交联剂、2-4份的第二交联剂、0.015-0.035份的稳定剂、0.2-0.8份的添加剂、98-102份的加重剂溶液。加重剂溶液的浓度为40-85×104mg/L的甲酸钾水溶液。
上述聚合物包括丙烯酰胺共聚物、黄原胶、胍胶、丙烯酰胺与叔丁基共聚物、羟乙基纤维素其中的一种或多种。
上述第一交联剂包括醋酸铬、三氯化铬、乳酸锆、醋酸锆、柠檬酸锆、有机锆、乳酸钛、柠檬酸钛、六次甲基四胺其中的一种或多种。
上述第二交联剂包括聚乙烯亚胺、甲醛、三亚乙基四胺、二甲胺基丙胺、二乙胺基丙胺、N-羟甲基丙烯酰胺、酚醛树脂的一种或多种。
上述稳定剂包括硫脲、亚硫酸钠中的一种或多种。
上述添加剂包括乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠、柠檬酸钠、柠檬酸三钠中的一种或多种。
在本发明还提供一种修井方法，其包括使上述的中高密度弹性液体胶塞在油气井内形成暂堵层。
本发明实施例提供的中高密度弹性液体胶塞及修井方法的有益效果是：该中高密度弹性液体胶塞为无固相液体胶塞，该体系采取双重交联技术，第一交联剂与第二交联剂在保证中高密度弹性液体胶塞高温下交联结构完整和热盐稳定性的同时促进弹性液体胶塞的形成；稳定剂保证液体胶塞在高温下性能稳定；添加剂促进高浓度盐水配置的中高密度液体胶塞在高温下发生交联，避免井下交联时间过长或无法交联。
本发明各原料配比下制得的中高密度弹性液体胶塞在低温下具有良好的流动性，便于泵送，在井下高达100℃-130℃的温度下能迅速形成弹性液体胶塞。具有密度可调、抗温、抗压、泵送性好、稳定性好、无需破胶工艺且能高效返排等优点。该中高密度弹性液体胶塞在受一定外力集中破坏时能破裂成弹性胶塞颗粒，利于返排，同时侵入的胶体具有弹性特征也利于返排，能显著提高油气井修井后产能恢复水平。
此外，本发明提供的修井方法采取盐水压井液与中高密度弹性液体胶塞联作的方式，两者组合使用既能保证暂堵储层，同时非储层段常规盐水压井液低摩阻也利于后续井下施工作业，由于不全井筒使用，有效地降低了施工作业成本。同时，中高密度弹性液体胶塞可根据地层压力变化或井下管柱产生应力平衡地层压力，确保作业的安全、有效、顺利。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明实施例提供的中高密度弹性液体胶塞的工作机理示意图；
图2示出了本发明实施例提供的中高密度弹性液体胶塞破裂弹性胶塞颗粒的机理示意图；
图3为本发明实施例提供的中高密度弹性液体胶塞颗粒返排示意图。
图标：101-储层段；102-胶塞滤饼；103-修井管柱；104-盐水压井液；105-液体胶塞；106-磨铣。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的中高密度弹性液体胶塞及修井方法进行具体说明。
一种中高密度弹性液体胶塞，其主要由按重量份数计的以下组分通过交联反应制成：3-5份的聚合物、0.25-1.5份的第一交联剂、2-4份的第二交联剂、0.015-0.035份的稳定剂、0.2-0.8份的添加剂、98-102份的加重剂溶液。加重剂溶液的浓度为40-85×104mg/L的甲酸钾水溶液。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述中高密度弹性液体胶塞主要由按重量份数计的以下组分通过交联反应制成：4-5份的聚合物、0.25-0.5份的第一交联剂、3-4份的第二交联剂、0.015-0.02份的稳定剂、0.2-0.3的添加剂、98-102份的加重剂溶液。
上述聚合物包括丙烯酰胺共聚物、黄原胶、胍胶、丙烯酰胺与叔丁基共聚物、羟乙基纤维素其中的一种或多种。上述聚合物具有絮凝、分散、增稠、粘结、成膜、凝胶、稳定胶体的作用。
上述第一交联剂包括醋酸铬、三氯化铬、乳酸锆、醋酸锆、柠檬酸锆、有机锆、乳酸钛、柠檬酸钛、六次甲基四胺其中的一种或多种。
上述第二交联剂包括聚乙烯亚胺、甲醛、三亚乙基四胺、二甲胺基丙胺、二乙胺基丙胺、N-羟甲基丙烯酰胺、酚醛树脂的一种或多种。
交联剂是将线型(或有轻度支链)高分子转变为体型(三维网状)结构高分子的作用，能在分子间起架桥作用，能有效地束缚自由水，最大程度减少泵送压井液至储层过程中的漏失。
第一交联剂与第二交联剂交联使线型分子相互连在一起，形成网状结构，提高中高密度弹性液体胶塞的强度和弹性；在保证高温下交联结构完整和热盐稳定性的同时促进中高密度弹性液体胶塞的形成。
上述稳定剂包括硫脲、亚硫酸钠中的一种或多种。稳定剂保证中高密度弹性液体胶塞在高温下性能稳定。
上述添加剂包括乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠、柠檬酸钠、柠檬酸三钠中的一种或多种。添加剂促进中高密度液体胶塞在高温下发生交联反应，促使三维网状结构分子的生成加速交联反应的速度。
甲酸钾具有强抑制、配伍性好、环境保护、油层保护等突出优点，有利于提高聚合物稳定性。甲酸钾作为加重剂用于制作中高密度弹性液体胶塞，它能够提高中高密度弹性液体胶塞的密度，并使其保持低粘度。使其具有抑制性强、失水造壁性好、润滑性好、成本低等特点。
本发明实施例提供的中高密度弹性液体胶塞可根据地层压力变化或井下管柱产生应力激动发生变形以平衡地层压力，确保作业安全、有效、顺利。
优选地，在本发明较佳的实施例中，上述聚合物为丙烯酰胺共聚物；上述第一交联剂为醋酸铬与六次甲基四胺的混合物；上述第二交联剂为聚乙烯亚胺。
优选地，在本发明较佳的实施例中，上述稳定剂为硫脲，上述添加剂为乙二胺四乙酸二钠与柠檬酸三钠的混合物。
本发明还提供一种利用上述中高密度弹性液体胶塞的修井方法。具体地，使上述的中高密度弹性液体胶塞在油气井内形成暂堵层。
进一步地，上述形成暂堵层的方法包括：按照上述原料进行备料，将聚合物加入加重剂溶液搅拌，加入稳定剂、添加剂、第一交联剂、第二交联剂进行交联反应。
进一步地，上述交联反应的反应时间为1-5小时，进一步地，交联时间为2-3小时。
进一步地，上述修井方法为将盐水压井液与中高密度弹性液体胶塞注入油气井形成暂堵层。优选地，该盐水压井液与中高密度弹性液体胶塞密度相等。需要说明的是，在本发明中上述两者密度相等是指两者的密度大体一致。优选地，该盐水压井液的密度为1.2-1.3g/cm3。
需要说明的是，在本发明中，上述盐水压井液为常规盐水压井液，例如氯化钙、氯化钠、甲酸钾的盐水作为盐水压井液。
上述的盐水压井液顶替中高密度弹性液体胶塞至储层段，中高密度弹性液体胶塞在井筒内储层段交联形成弹性特征明显、抗压强度较高类似弹性胶塞的暂堵段。此时中高密度弹性液体胶塞处于静液柱压力条件下，具有弹性特征的液体胶塞处于被压缩状态以平衡地层压力。
此外，盐水压井液与中高密度弹性液体胶塞的密度一致，可避免因密度差异而导致中高密度弹性液体胶塞上浮，满足后续施工作业。
进一步地，形成上述暂堵层之后，还包括将井筒内暂堵层破坏形成弹性胶塞颗粒排出井外。暂堵层受外力冲击破坏(例如下磨铣)后，中高密度的弹性液体胶塞被破裂成弹性胶塞颗粒，采用盐水压井液循环冲洗出井外。在整个修井过程中，不需要破胶工艺也能高效返排。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，将中高密度弹性液体胶塞注入油气井后，再将盐水压井液注入油气井。置于具有加热作用的井内，加快交联反应，快速形成三维网状的凝胶物。进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述三维网状的凝胶物凝胶强度达到E级或E级以上。
下面对本发明实施例提供的中高密度弹性液体胶塞于修井中的使用原理作进一步的说明：
根据井身结构，计算所需中高密度弹性液体胶塞和常规的盐水压井液用量；根据地层压力系数，确定中高密度弹性液体胶塞和盐水压井液密度。根据地层温度，确定中高密度弹性液体胶塞中各成分或组合物(例如第一交联剂、第二交联剂等)的比例，以保证热盐稳定性。
于地面配置中高密度弹性液体胶塞和常规盐水压井液。油管正注中高密度弹性液体胶塞，后续跟进常规的盐水压井液顶替中高密度弹性液体胶塞至储层段，待井下安全后，进行后续井下施工作业。
图1示出了本发明实施例提供的中高密度弹性液体胶塞105的工作机理示意图；请参阅图1，首先，将配置好的中高密度液体胶塞105从油管正注，后注入盐水压井液104顶替液体胶塞105至储层段101。液体胶塞105在井筒内储层段101交联形成弹性特征明显、抗压强度较高类似弹性胶塞的暂堵段塞，并在井壁形成胶塞滤饼102。常规的盐水压井液104在非储层段使用即中高密度弹性液体胶塞105上部，此时中高密度弹性液体胶塞105处于静液柱压力条件下，具有弹性特征的液体胶塞105处于被压缩状态以平衡地层压力。
盐水压井液104与液体胶塞105的密度一致性，可避免因密度差异而导致液体胶塞105上浮，满足后续施工作业。此外，非储层段盐水压井液104低摩阻也利于后续井下施工作业。在井下施工作业过程中，修井管柱103下放与上提会产生应力激动，此时具有弹性特征的液体胶塞105可根据地层压力变化或引起修井管柱103产生应力应变以达到平衡地层压力的作用，确保整个作业的安全、有效。
图2示出了本发明实施例提供的中高密度弹性液体胶塞105破裂为弹性胶塞颗粒的机理示意图；图3为本发明实施例提供的中高密度弹性液体胶塞105颗粒返排示意图。请参阅图2与图3。液体胶塞105在受一定外力集中破坏时，比如下入磨铣106，井筒中的中高密度弹性液体胶塞105破裂成弹性胶塞颗粒，被常规的盐水压井液104循环冲洗出来。不需要破胶工艺，有效避免因破胶不当造成的负面影响，侵入储层段101的胶体具有弹性特征也利于返排，能显著提高油气井修井后产能恢复水平。
需要说明的是，在本发明的中高密度弹性液体胶塞105适用于不同压力与温度类型的油井、气井，例如高温高压的油井、气井等。
在本发明中，凝胶强度判定方法依据Sydansk等人(1988)的凝胶强度GelStrength Codes简称GSC)目测代码表，见表1。在本发明中的所有的凝胶强度等级的判定方法都根据表1中所提供的数据。
表1 凝胶强度目测代码标准
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
实施例1提供一种中高密度弹性液体胶塞，通过以下步骤制得：
向盛有40-85×104mg/L的甲酸钾水溶液98g的烧杯中加5g丙烯酰胺共聚物，搅拌均匀；依次加入0.02g硫脲、0.25g的乙二胺四乙酸二钠与柠檬酸三钠，均质后依次加入0.25g醋酸铬、2g聚乙烯亚胺，搅拌均匀。
对实施例1中得到的中高密度弹性液体胶塞测试：
将实施例1中得到的中高密度弹性液体胶塞载入到50ml密封瓶，放入高温(100-130℃)烘箱中观察动态成胶情况，具体成胶情况见表2。
表2 实施例1中得到的中高密度弹性液体胶塞成胶情况
经过测验，实施例1中得到的中高密度弹性液体胶塞密度可达1.3g/cm3，成胶时间在1-2小时，终凝强度为I级，30天未发生脱水收缩。
实施例2
实施例2提供一种中高密度弹性液体胶塞，通过以下步骤制得：
向盛有40-85×104mg/L的甲酸钾水溶液100g的烧杯中加5g黄原胶、胍胶与丙烯酰胺共聚物的混合物，搅拌均匀；依次加入0.035g硫脲、0.4g乙二胺四乙酸二钠，均质后依次加入1.5g的六次甲基四胺、2g聚乙烯亚胺搅拌均匀。
对本实施例得到的中高密度弹性液体胶塞测试：
将实施例2得到的中高密度弹性液体胶塞载入到50ml密封瓶，放入高温(100-130℃)烘箱中观察动态成胶情况，具体成胶情况见表3。
表3 实施例2成胶情况
经过测验，实施例2中得到的中高密度弹性液体胶塞密度可达1.3g/cm3，成胶时间在1-2小时，终凝强度为F级，30天未发生脱水收缩。
实施例3
实施例3提供一种中高密度弹性液体胶塞，通过以下步骤制得：
向盛有40-85×104mg/L的甲酸钾水溶液100g的烧杯中加3g丙烯酰胺与叔丁基共聚物及丙烯酰胺共聚物的混合物，搅拌均匀；依次加入0.015g硫脲与亚硫酸钠的混合物，0.8g的乙二胺四乙酸二钠与柠檬酸三钠的混合物，均质后依次加入0.25g醋酸铬、0.4g聚乙烯亚胺搅拌均匀。
对本实施例得到的中高密度弹性液体胶塞测试：
将实施例3得到的中高密度弹性液体胶塞载入到50ml密封瓶，放入高温(100-130℃)烘箱中观察动态成胶情况，具体成胶情况见表4。
表4 实施例3成胶情况
经过测验，实施例3中得到的中高密度弹性液体胶塞密度可达1.3g/cm3，成胶时间在1-2小时，终凝强度为H级，30天未发生脱水收缩。
实施例4
实施例4提供一种中高密度弹性液体胶塞，通过以下步骤制得：
向盛有60-85×104mg/L的甲酸钾水溶液102g的烧杯中加3g丙烯酰胺共聚物，搅拌均匀；依次加入0.02g硫脲、0.8g的乙二胺四乙酸二钠与柠檬酸三钠的混合物，均质后依次加入0.25g醋酸铬与六次甲基四胺的混合物、3g聚乙烯亚胺搅拌均匀。
对实施例4中得到的中高密度弹性液体胶塞测试：
将实施例4中得到的中高密度弹性液体胶塞载入到50ml密封瓶，放入高温(100-130℃)烘箱中观察动态成胶情况，具体成胶情况见表5。
表5 实施例4成胶情况
经过测验，实施例4中得到的中高密度弹性液体胶塞密度可达1.2g/cm3，成胶时间在4-5小时，终凝强度为G级，30天未发生脱水收缩。
实施例5
实施例5提供一种中高密度弹性液体胶塞，通过以下步骤制得：
向盛有40-60×104mg/L的甲酸钾水溶液102g的烧杯中加3g丙烯酰胺共聚物，搅拌均匀；依次加入0.02g硫脲、0.4g的乙二胺四乙酸二钠与柠檬酸三钠的混合物，均质后依次加入0.25g醋酸铬、3g聚乙烯亚胺搅拌均匀。
对实施例5中得到的中高密度弹性液体胶塞测试：
将实施例5中得到的中高密度弹性液体胶塞载入到50ml密封瓶，放入高温(100-130℃)烘箱中观察动态成胶情况，具体成胶情况见表6。
表6 实施例5成胶情况
经过测验，实施例5中得到的中高密度弹性液体胶塞密度可达1.3g/cm3，成胶时间在4-5小时，终凝强度为H级，30天未发生脱水收缩。
实施例6
实施例6提供一种中高密度弹性液体胶塞，通过以下步骤制得：
向盛有40-60×104mg/L的甲酸钾水溶液100g的烧杯中加5g丙烯酰胺共聚物，搅拌均匀；依次加入0.02g硫脲、0.8g的柠檬酸三钠，均质后依次加入1.5g六次甲基四胺、3g聚乙烯亚胺搅拌均匀。
对实施例6中得到的中高密度弹性液体胶塞测试：
将实施例6中得到的中高密度弹性液体胶塞载入到50ml密封瓶，放入高温(100-130℃)烘箱中观察动态成胶情况，具体成胶情况见表7。
表7 实施例6成胶情况
经过测验，实施例6中得到的中高密度弹性液体胶塞密度可达1.2g/cm3，成胶时间在1-2小时，终凝强度为E级，30天未发生脱水收缩。
实施例7
本实施例提供一种中高密度弹性液体胶塞，通过以下步骤制得：
向盛有40-60×104mg/L的甲酸钾水溶液102g的烧杯中加4g丙烯酰胺共聚物，搅拌均匀；依次加入0.015g硫脲与亚硫酸钠的混合物、0.2g的柠檬酸三钠，均质后依次加入1.5g六次甲基四胺、3g聚乙烯亚胺搅拌均匀。
对实施例7中得到的中高密度弹性液体胶塞测试：
将实施例7中得到的中高密度弹性液体胶塞载入到50ml密封瓶，放入高温(100-130℃)烘箱中观察动态成胶情况，具体成胶情况见表8。
表8 实施例7成胶情况
经过测验，实施例7中得到的中高密度弹性液体胶塞密度可达1.2g/cm3，成胶时间在1-2小时，终凝强度为E级，30天未发生脱水收缩。
通过对实施例1至实施例7中提供的中高密度弹性液体胶塞的成胶实验以及密度等性能的测试可知：中高密度弹性液体胶塞在低温下密度处于1.2-1.3g/cm3具有良好的流动性，便于泵送，在井下高达100℃-130℃的温度下能迅速形成弹性液体胶塞，成胶时间合理。
此外，本发明提供的中高密度弹性液体胶塞为无固体体系，具有密度可调、抗温、抗压、泵送性好、稳定性好、无需破胶工艺且能高效返排等优点。该中高密度弹性液体胶塞在受一定外力集中破坏时侵入的胶体具有弹性特征也利于返排，能显著提高油气井修井后产能恢复水平。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种中高密度弹性液体胶塞，其特征在于，主要由按重量份数计的以下组分通过交联反应制成：3-5份的聚合物、0.25-1.5份的第一交联剂、2-4份的第二交联剂、0.015-0.035份的稳定剂、0.2-0.8份的添加剂、98-102份的加重剂溶液；所述加重剂溶液的浓度为40-85×104mg/L的甲酸钾水溶液；
所述聚合物包括丙烯酰胺共聚物、黄原胶、胍胶、丙烯酰胺与叔丁基共聚物、羟乙基纤维素其中的一种或多种；
所述第一交联剂包括醋酸铬、三氯化铬、乳酸锆、醋酸锆、柠檬酸锆、有机锆、乳酸钛、柠檬酸钛、六次甲基四胺其中的一种或多种；
所述第二交联剂包括聚乙烯亚胺、甲醛、三亚乙基四胺、二甲胺基丙胺、二乙胺基丙胺、N-羟甲基丙烯酰胺、酚醛树脂的一种或多种；
所述稳定剂包括硫脲、亚硫酸钠中的一种或多种；
所述添加剂包括乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸四钠、柠檬酸钠、柠檬酸三钠中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的中高密度弹性液体胶塞，其特征在于，主要由按重量份数计的以下组分通过交联反应制成：4-5份的所述聚合物、0.25-0.5份的所述第一交联剂、3-4份的所述第二交联剂、0.015-0.02份的所述稳定剂、0.2-0.3份的所述添加剂、98-102份的所述加重剂溶液。
3.根据权利要求1所述的中高密度弹性液体胶塞，其特征在于，所述聚合物为丙烯酰胺共聚物；所述第一交联剂为醋酸铬与六次甲基四胺的混合物；所述第二交联剂为聚乙烯亚胺，所述稳定剂为硫脲，所述添加剂为乙二胺四乙酸二钠与柠檬酸三钠的混合物。
4.一种修井方法，其特征在于，其包括使权利要求1-3任一项所述的中高密度弹性液体胶塞在油气井内形成暂堵层。
5.根据权利要求4所述的修井方法，其特征在于，形成所述暂堵层的方法包括：向由所述聚合物和所述加重剂溶液混合而成的混合物中加入所述稳定剂、所述添加剂、所述第一交联剂、所述第二交联剂，泵入所述油气井内进行交联反应。
6.根据权利要求5所述的修井方法，其特征在于，所述交联反应的反应时间为1-5小时。
7.根据权利要求6所述的修井方法，其特征在于，将与所述中高密度弹性液体胶塞具有相同密度的盐水压井液与所述中高密度弹性液体胶塞注入所述油气井形成所述暂堵层。
8.根据权利要求7所述的修井方法，其特征在于，将所述中高密度弹性液体胶塞注入所述油气井后，再将所述盐水压井液注入所述油气井顶替所述中高密度弹性液体胶塞至储层段形成所述暂堵层。
9.根据权利要求7所述的修井方法，其特征在于，所述暂堵层充分老化之后，待井下情况稳定再进行后续施工作业。
10.根据权利要求7所述的修井方法，其特征在于，在油气井内形成所述暂堵层之后，所述盐水压井液将井筒内所述暂堵层形成的弹性胶塞颗粒循环排出井外。
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