CN107235691A - 一种封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂及其制备方法 - Google Patents

一种封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂及其制备方法，包括以下组分：按质量百分比计，45‑56％的油井G级水泥、8‑12％的砾石、12‑15％的米石、15‑20％的压裂砂、6‑9％的细堵剂、1‑2％的降失水剂、2‑4％的外掺料，该发明可以很好的封堵恶性漏失地层的大裂缝、大孔洞，能很好的解决堵剂不能在大裂缝中架桥、滞留、填塞、加固的难题，满足钻井施工和环保要求，且其制备方法简单，可操作性强，恶性漏失堵漏效果明显，有效的降低了堵漏作业成本，节约了堵漏作业的时间。

Description

一种封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及石油钻井技术领域，具体涉及一种封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂及其制备方法。
背景技术
长庆地区2015-2016年油井漏失172口井，其中恶性漏失28口，填井侧钻4口，弃井4口。气井浅表层漏失22口井，其中恶性漏失8口，堵漏时间大于100h的4口。其中镇309-840井堵漏时间长达336h，桥塞堵漏12次，注水泥堵漏8次，最终堵漏无效，填井侧钻。彭292-80、彭291-77井经过12次注水泥堵漏，砾石填充堵漏3次，仍失返，最终弃井。
目前长庆钻井总公司针对陇东地区恶性漏失井已经形成了交联凝胶堵漏技术、米石堵漏工艺、水泥砾石浆填充裂缝工艺、水力压差式封隔器注水泥堵漏工艺、恶性漏失井充气泥浆防漏钻井技术等一些恶性漏失井防漏堵漏工艺。核心原理是以凝胶堵漏材料为基础，复配各类桥塞堵漏剂、砾石等材料，通过静止堵漏、挤封堵漏，结合注水泥、石子填充、侧钻等工艺技术解决目前的恶性漏失。目前针对油、气井恶性漏失，堵漏成功率28％，其中一次堵漏成功率仅为8％。陇东地区恶性漏失井堵漏难度大、一次堵漏成功率很低、堵漏周期长、堵漏费用高、延长了钻井时间。因此针对长庆区域恶性漏失地层的堵漏机理进行分析，并研究出行之有效的堵漏工艺是生产急需。
目前存在如下技术难题：1.区域漏层裂缝发育，存在大的垂直裂缝。漏失段长达数米，区域存在裂缝带；2.裂缝特宽，桥塞物不易架桥，即使架桥也容易被破坏，进而再次发生井漏；3.裂缝垂直厚度长，裂缝中堵漏物质强度弱，粒径小，只能铺展而堵不死裂缝；4.无配制及泵送大直径刚性材料的手段。
通过2016年长庆钻井总公司钻井技术研发中心研究的针对大型漏失井的定位挤封固化堵漏技术的启发，结合公司新研发的纤维塑凝固化剂、低温早强固化剂等新型堵漏材料的优点，建立一种“设备+材料+工艺”的堵漏模式，以期提高恶性漏失井的堵漏成功率，降低井漏复发率。
发明内容
本发明的目的是克服堵漏剂不能在大裂缝中架桥、滞留、填塞、加固等问题，提供一种封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂及其制备方法。
本发明的技术方案是提供了一种封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂，包括以下组分：按质量百分比计，45-56％的油井G级水泥、8-12％的砾石、12-15％的米石、15-20％的压裂砂、6-9％的细堵剂、1-2％的降失水剂、2-4％的外掺料。
所述油井G级水泥为油井高抗水泥、油井低抗水泥、425水泥中的一种或几种。
所述砾石鹅卵石、白玉石、级配碎石、砂石、片石中的一种或几种，且砾石的粒径为10-40mm。
所述米石为石英砂、海玻璃、砂石、水洗石、块石、石屑中的一种或几种，且米石的粒径为4-10mm。
所述压裂砂为天然石英砂、陶粒砂、黄沙、河沙中的一种或几种，且压裂砂的粒径为1-4mm。
所述细堵剂为水镁石纤维、棉绒、云母粉、木质纤维、聚乙烯纤维、雷特堵漏剂中的一种或几种，且细堵剂的粒径为0.1-1mm。
所述降失水剂为磺化沥青、木质素、栲胶、聚乙烯醇、乳化沥青中的一种或几种。
所述外掺料为二水石膏、硅酸钠、聚环氧乙烷、木质素磺酸盐中的一种或几种。
一种封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1)按质量百分比计，将45-56％的油井G级水泥、6-9％的复合细堵剂、1-2％的降失水剂、2-4％的外掺料四种材料用干混法，混拌均匀，并在80℃条件下，干燥2h，命名为二元凝胶；
步骤2)按质量百分比计，向步骤1)得到的二元凝胶中再加入8-12％的砾石、12-15％的米石、15-20％的压裂砂四种材料用干混法，混拌均匀，并在70℃条件下，干燥1.5h，得到三元刚性凝胶，即为封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的这种封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂及其制备方法，针对漏速＞40m3/h、失返性漏失、放空性漏失等恶性漏失地层，堵漏浆中的堵漏材料进入大裂缝后，先由大颗粒的砾石、大米石进行初步架构，形成刚性骨架，然后由小米石、压裂砂对骨架中的中型空隙进行填充，之后由纤维材料对封堵带中的微小空隙进行封堵，最后由凝胶将封堵带中所有的堵漏材料进行胶结固化，形成高强度封堵墙，彻底封闭大裂缝，完成恶性漏失的堵漏工作。
(2)本发明提供的这种封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂及其制备方法各组分来源广、价格低廉，其制备方法简单便捷，可操作性强，恶性漏失堵漏效果明显，能有效降低堵漏剂的成本以及人工劳动强度，节约了堵漏作业的时间，形成的三元刚性凝胶固化强度高、刚性骨架封堵能力强、抗漏层水稀释能力强，能快速的在漏层进行桥塞封堵，并在短时间内固化胶结，形成良好的封固墙。
(3)本发明提供的这种封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂及其制备方法堵漏剂的单次配浆量＞20m3，是注水泥堵漏堵漏作业中水泥浆量的2倍以上，因此能覆盖更长的漏层井段，很好的解决漏层具体位置难以判断的情况下，漏层的堵漏难题，可以很好的封堵恶性漏失地层的大裂缝、大孔洞，能很好的解决堵剂不能在大裂缝中架桥、滞留、填塞、加固的难题，满足钻井施工和环保要求，同时对于中型、大型漏失具有良好的堵漏效果，能明显地提高一次堵漏成功率，大幅提高漏层承压能力，降低后期井漏复发几率。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂封堵大裂缝示意图。
具体实施方式
实施例1：
本实施例提供了一种如图1所示的封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂，包括以下组分：按质量百分比计，45-56％的油井G级水泥、8-12％的砾石、12-15％的米石、15-20％的压裂砂、6-9％的细堵剂、1-2％的降失水剂、2-4％的外掺料。
所述油井G级水泥为油井高抗水泥、油井低抗水泥、425水泥中的一种或几种。
所述砾石鹅卵石、白玉石、级配碎石、砂石、片石中的一种或几种，且砾石的粒径为10-40mm。
所述米石为石英砂、海玻璃、砂石、水洗石、块石、石屑中的一种或几种，且米石的粒径为4-10mm。
所述压裂砂为天然石英砂、陶粒砂、黄沙、河沙中的一种或几种，且压裂砂的粒径为1-4mm。
所述细堵剂为水镁石纤维、棉绒、云母粉、木质纤维、聚乙烯纤维、雷特堵漏剂中的一种或几种，且细堵剂的粒径为0.1-1mm。
所述降失水剂为磺化沥青、木质素、栲胶、聚乙烯醇、乳化沥青中的一种或几种。
所述外掺料为二水石膏、硅酸钠、聚环氧乙烷、木质素磺酸盐中的一种或几种。
这种封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1)按质量百分比计，将45-56％的油井G级水泥、6-9％的复合细堵剂、1-2％的降失水剂、2-4％的外掺料四种材料用干混法，混拌均匀，并在80℃条件下，干燥2h，命名为二元凝胶；
步骤2)按质量百分比计，向步骤1)得到的二元凝胶中再加入8-12％的砾石、12-15％的米石、15-20％的压裂砂四种材料用干混法，混拌均匀，并在70℃条件下，干燥1.5h，得到三元刚性凝胶，即为封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂。
堵漏剂制备好后，利用石油专用混拌及强泵送设备，配制三元刚性凝胶堵漏浆，配浆时的水灰比(水的质量/堵漏剂的质量)为0.27，该三元刚性凝胶堵漏浆的堵漏机理是：
1.堵漏颗粒在压差作用下进入漏层通道后，在孔隙喉道、细裂缝或弯曲处形成初架桥，在压力作用下，填实漏失通道；
2.在压差作用下，胶束聚合物通过胶束形成封堵层，降低漏失速度，填充加固剂进入有弹性粒子和胶束聚合物形成的封堵层的微孔隙，进一步降低封堵层的渗透率；
3.凝胶堵漏材料进入漏层能自动停止流动，并充满漏失裂缝、溶洞空间，且难以与油、气、水相混合，形成能隔断地层内部流体与井筒流体的“凝胶段塞”，其启动压力大于漏失压力。
本发明的这种封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂及其制备方法，针对漏速＞40m3/h、失返性漏失、放空性漏失等恶性漏失地层，堵漏浆中的堵漏材料进入大裂缝后，先由大颗粒的砾石、大米石进行初步架构，形成刚性骨架，然后由小米石、压裂砂对骨架中的中型空隙进行填充，之后由纤维材料对封堵带中的微小空隙进行封堵，最后由凝胶将封堵带中所有的堵漏材料进行胶结固化，形成高强度封堵墙，彻底封闭大裂缝，完成恶性漏失的堵漏工作，如图1所示，该堵漏剂各组分来源广、价格低廉，其制备方法简单便捷，可操作性强，恶性漏失堵漏效果明显，能有效降低堵漏剂的成本以及人工劳动强度，节约了堵漏作业的时间，形成的三元刚性凝胶固化强度高、刚性骨架封堵能力强、抗漏层水稀释能力强，能快速的在漏层进行桥塞封堵，并在短时间内固化胶结，形成良好的封固墙，三元刚性凝胶单次配浆量＞20m3，是注水泥堵漏堵漏作业中水泥浆量的2倍以上，因此能覆盖更长的漏层井段，很好的解决漏层具体位置难以判断的情况下，漏层的堵漏难题，可以很好的封堵恶性漏失地层的大裂缝、大孔洞，能很好的解决堵剂不能在大裂缝中架桥、滞留、填塞、加固的难题，满足钻井施工和环保要求，同时对于中型、大型漏失具有良好的堵漏效果，能明显地提高一次堵漏成功率，大幅提高漏层承压能力，降低后期井漏复发几率。
实施例2：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种优选的封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂，其制备如下，按质量百分比计，将55％的油井高抗水泥、3％的水镁石纤维(粒径0.1-1mm)、3％的聚乙烯纤维(粒径0.1-1mm)、1％的乳化沥青、2％的二水石膏，混拌均匀后，在70℃温度下干燥2h，得到一种二元凝胶；再加入9％的鹅卵石(粒径15-30mm)、12％的砂石(粒径4-9mm)、15％的天然石英砂(粒径2-4mm)，混拌均匀后，放入干燥机中，60℃温度下干燥1.5h，冷却后，装入具有防潮功能的包装袋内密封，得到一种三元刚性凝胶，即该封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂，堵漏剂制备好后，利用石油专用混拌及强泵送设备，配制三元刚性凝胶堵漏浆，配浆时的水灰比(水的质量/堵漏剂的质量)为0.27，其堵漏功能与其他堵漏产品相比如下表1所示。
表1 本发明堵漏剂与其它堵漏产品堵漏功能对比
实施例3：
本实施例以宁26-281井进行漏层堵漏施工作业为例，宁26-281井位于甘肃省合水县吉岘乡，洛河层位垂深540-820米，钻进至洛河层810-841米，先后发生多次失返性漏失，采用注水泥堵漏2次，封隔器挤封桥塞浆1次，粗堵漏剂堵漏3次，均未达到预期堵漏效果，返出排量只有1/3。
采用本发明的这种封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂，其配方如下，按质量百分比计，56％的油井高抗水泥、8％的白玉石、12％的石英砂、15％的陶粒砂、6％的水镁石纤维、1％的磺化沥青、2％的二水石膏。堵漏剂制备好后，利用石油专用混拌及强泵送设备，配制三元刚性凝胶堵漏浆，配浆时的水灰比(水的质量/堵漏剂的质量)为0.27，光钻杆下至漏层上30m，泵入本实施例的三元刚性凝胶堵漏浆21m3，密度2.05g/cm3，候凝13h，井筒及漏层处均有效成塞，钻穿漏层及新地层再未发生漏失，漏层漏速降低为0m3/h，判断漏层堵漏成功。
实施例4：
本实施例以宁26-291井进行漏层堵漏施工作业为例，宁26-291井位于甘肃省合水县吉岘乡，洛河层位垂深540-820米，钻进至洛河层808-865米，先后发生多次失返性漏失。
采用本发明的这种封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂，其配方如下，按质量百分比计，45％的425水泥、4％的鹅卵石、4％的砂石、15％的石英砂、20％的河沙、6％的木质纤维、2％的乳化沥青、4％的硅酸钠。堵漏剂制备好后，利用石油专用混拌及强泵送设备，配制三元刚性凝胶堵漏浆，配浆时的水灰比(水的质量/堵漏剂的质量)为0.27，先后泵入18m3三元刚性凝胶堵漏浆，密度2.1g/cm3，候凝14h，井筒部分成塞，钻穿漏层后，漏层漏速降低为1.5m3/h，跟随钻堵漏剂(注3)即可满足正常打钻需求，判断漏层堵漏成功。
实施例5：
本实施例以宁23-29井进行漏层堵漏施工作业为例，宁23-29井位于甘肃省合水县吉岘乡，属二开结构油井生产井，该井场第4口井，设计井深1372m，前3口井均发生一般失返性漏失，该井发生恶性放空性失返漏失。该井钻至594m时突然无钻压，出口失返，无需转盘，钻头可直接下放，泵压从12MPa将到7MPa。594-596.5m为放空井段(放空2.5m)，抢钻至601m。
采用本发明的这种封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂，其配方如下，按质量百分比计，40％的油井高抗水泥、10％的油井低抗水泥、9％的砂石、13％的石英砂、16％的天然石英砂、7％的聚乙烯纤维、2％的磺化沥青、3％的木质素磺酸盐。堵漏剂制备好后，利用石油专用混拌及强泵送设备，配制三元刚性凝胶堵漏浆，配浆时的水灰比(水的质量/堵漏剂的质量)为0.27，先后泵入19m3三元刚性凝胶堵漏浆，密度2.05g/cm3，候凝12h，井筒部分成塞，钻穿漏层后，漏层漏速降低为0.3m3/h，跟随钻堵漏剂即可满足正常打钻需求，判断漏层堵漏成功。
实施例3-5所述的堵漏剂的实验数据与其他堵漏产品对比如下表2所示：
表2 三元刚性凝胶堵漏实验数据
综上所述，利用本发明的这种封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂能较好的封固漏层孔隙，大幅降低漏层漏速，且一次堵漏成功，而其它堵漏方法多次堵漏均未成功封堵漏层。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂，其特征在于：包括以下组分：按质量百分比计，45-56％的油井G级水泥、8-12％的砾石、12-15％的米石、15-20％的压裂砂、6-9％的细堵剂、1-2％的降失水剂和2-4％的外掺料。
2.如权利要求1所述的封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂，其特征在于：所述油井G级水泥为油井高抗水泥、油井低抗水泥、425水泥中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂，其特征在于：所述砾石鹅卵石、白玉石、级配碎石、砂石、片石中的一种或几种，且砾石的粒径为10-40mm。
4.如权利要求1所述的封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂，其特征在于：所述米石为石英砂、海玻璃、砂石、水洗石、块石、石屑中的一种或几种，且米石的粒径为4-10mm。
5.如权利要求1所述的封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂，其特征在于：所述压裂砂为天然石英砂、陶粒砂、黄沙、河沙中的一种或几种，且压裂砂的粒径为1-4mm。
6.如权利要求1所述的封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂，其特征在于：所述细堵剂为水镁石纤维、棉绒、云母粉、木质纤维、聚乙烯纤维、雷特堵漏剂中的一种或几种，且细堵剂的粒径为0.1-1mm。
7.如权利要求1所述的封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂，其特征在于：所述降失水剂为磺化沥青、木质素、栲胶、聚乙烯醇、乳化沥青中的一种或几种。
8.如权利要求1所述的封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂，其特征在于：所述外掺料为二水石膏、硅酸钠、聚环氧乙烷、木质素磺酸盐中的一种或几种。
9.一种封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1)按质量百分比计，将45-56％的油井G级水泥、6-9％的复合细堵剂、1-2％的降失水剂、2-4％的外掺料四种材料用干混法，混拌均匀，并在80℃条件下，干燥2h，命名为二元凝胶；
步骤2)按质量百分比计，向步骤1)得到的二元凝胶中再加入8-12％的砾石、12-15％的米石、15-20％的压裂砂四种材料用干混法，混拌均匀，并在70℃条件下，干燥1.5h，得到三元刚性凝胶，即为封堵恶性漏失地层裂缝的堵漏剂。
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