CN109206109A - 一种堵漏剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种堵漏剂及其制备方法和应用。堵漏剂包括如下重量份的组分：膨润土1‑8份，固化剂10‑50份，合金纤维0.5‑4份，膨胀剂2‑8份和填充剂20‑50份；其中：膨润土为钠基膨润土和钙基膨润土中的一种或两种；固化剂是由高炉矿渣、石膏和硅酸盐纤维按质量配比(15‑30)：(1‑2)：(2‑6)混合后干燥、粉磨而成的；合金纤维为经二氧化硅、活性碳酸钙和钛白粉改性的聚醚砜/聚四氟乙烯合金纤维；膨胀剂为颗粒状的硅橡胶和片状的硅橡胶中的一种或两种；填充剂是由碳酸钙、沥青和纳米硅粉按质量配比为(4‑12)：(1‑3)：(2‑6)混合而成的。该堵漏剂不受漏失通道限制，使用温度范围广，并且固化形成的封堵层与漏失通道壁面的胶结性强，便于推广应用。

Description

一种堵漏剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种堵漏剂，具体涉及一种堵漏剂及其制备方法和应用。
背景技术
井漏是钻井作业过程中，各种工作液(包括钻井液、水泥浆、完井液及其它工作流体等)在正压差作用下，沿着地层漏失通道进入地层较大的可容纳液体的空间的一种井下复杂现象。由井漏引起的卡钻、井喷、井塌等一系列井下复杂情况及其诱发的恶性事故，对钻井工程影响极大。
针对上述井漏问题，特别是缝洞性发育地层、高陡构造复杂破碎地层或长裸眼井段低承压地层的恶性井漏问题，常规的桥接堵漏剂、聚合物凝胶堵漏剂以及专用快硬水泥堵漏剂均无法有效解决，原因主要包括：桥接堵漏剂依靠颗粒、纤维、片状类材料的物理堆积方式形成封堵层，其与地层岩石壁面的胶结能力差，在井筒内压力波动裂缝“呼吸效应”以及温度和井内流体浸泡的作用下可能导致“封堵隔墙”破环，此外桥接材料的粒径级配难以与地层漏失通道尺寸相匹配；聚合物凝胶承压能力低且在高温作用下易降解，从而失去凝胶特性，因此无法有效封堵漏层；水泥堵漏剂黏度低，难滞留于漏层，施工程序复杂且风险高。因此，亟待一种能够克服上述缺陷的堵漏剂。
发明内容
本发明提供一种堵漏剂及其制备方法和应用，该堵漏剂不受漏失通道限制，使用温度范围广，并且固化形成的封堵层与漏失通道壁面的胶结性强。
本发明提供一种堵漏剂，包括如下重量份的组分：膨润土1-8份，固化剂10-50份，合金纤维0.5-4份，膨胀剂2-8份和填充剂20-50份；其中：
所述膨润土为钠基膨润土和钙基膨润土中的一种或两种；
所述固化剂是由高炉矿渣、石膏和硅酸盐纤维按质量配比(15-30)：(1-2)：(2-6)混合后干燥、粉磨而成的；
所述合金纤维为经二氧化硅、活性碳酸钙和钛白粉改性的聚醚砜/聚四氟乙烯合金纤维；
所述膨胀剂为颗粒状的硅橡胶和片状的硅橡胶中的一种或两种；
所述填充剂是由碳酸钙、沥青和纳米硅粉按质量配比为(4-12)：(1-3)：(2-6)混合而成的。
在本发明中，膨润土用于流型调节以及实现其他组分均匀悬浮；固化剂用于形成固化体；合金纤维用于增强固化体的内部黏聚力，提高固化体的韧性；膨胀剂用于增强固化体的变形能力，提高固化体抵抗裂缝壁面因外力变化引起的交错应力；填充剂用于增强固化体的致密度，形成超低渗透或者零渗透的封堵隔离带。
在本发明的具体方案中，所述硅酸盐纤维为硅酸铝纤维、海泡石矿物纤维和石棉绒中的一种或多种；所述合金纤维的纤维长度为0.3-13mm；所述硅橡胶为甲基硅橡胶、乙烯基硅橡胶和甲基乙烯基苯基硅橡胶中的一种或多种；所述碳酸钙的粒度为200目以上；所述沥青的粒径≤40目；所述纳米硅粉的平均粒径≤90nm。
本发明堵漏剂的作用原理为：将堵漏剂采用清水配制为浆体进入漏层后，充填于不同尺寸的漏失通道，并快速形成“类固体”状黏弹性浆体，滞留于漏失通道内，在地层温度作用下，堵漏浆体中固化剂的活性被激活，吸水反应形成与壁面黏结在一起的固化段塞；同时，合金纤维可使固化体内部连接为一片整体，增强固化体的内部黏聚力，提高固化体的韧性。膨胀剂中的硅橡胶材料具弹性、可变形，可降低固化体的弹性模量，增大固化体的变形能力，提高固化体抵抗裂缝壁面因外力变化引起的交错应力。此外，填充剂可嵌入固化体的微小孔隙中，提高固化段塞的堆积密度，形成致密层，有效地防止了气窜问题。
本发明还提供上述堵漏剂的制备方法，将所述膨润土、固化剂、合金纤维、膨胀剂和填充剂按质量配比为(1-8)：(10-50)：(0.5-4)：(2-8)：(20-50)混合均匀，制得所述堵漏剂。
其中，所述固化剂的制备方法包括：将高炉矿渣、石膏和硅酸盐纤维按质量配比(15-30)：(1-2)：(2-6)混合后，在85-95℃下干燥20-28h，粉磨，制得所述固化剂。
所述填充剂的制备方法包括：将碳酸钙、沥青、纳米硅粉按质量配比为(4-12)：(1-3)：(2-6)混合，制得所述填充剂。
本发明还提供堵漏剂在井漏治理和强化井壁上的应用。
本发明还提供一种堵漏浆体，包括水和上述任一所述的堵漏剂，所述堵漏浆体中堵漏剂的质量含量为45-65％。
进一步地，所述堵漏浆体的密度为1.1-1.3g/cm3。
本发明的堵漏剂不受漏失通道限制，解决了漏层对堵漏剂的选择效应问题，弥补了堵漏剂级配难以适应漏层的缺陷。该堵漏剂的固化时间和密度可随工程设计需要而调整，使用温度范围广，配制和施工简单，固化形成的封堵墙与漏失通道壁面胶结性强。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
1、制备固化剂
将高炉矿渣、石膏、硅酸铝纤维按质量配比为25：1：4混合后，进行干燥、粉磨，其中干燥温度为90℃，干燥时间为24h，制得固化剂。
2、制备填充剂
将碳酸钙、沥青、纳米硅粉按质量配比为6：2：2混合后，制得填充剂；其中，碳酸钙的粒度为400目；沥青的粒径≤40目；纳米硅粉的平均粒径为30nm。
3、制备堵漏剂
将钠基膨润土、上述固化剂、合金纤维、膨胀剂、上述填充剂按照质量配比4：40：1：4：50混合均匀，制得堵漏剂。其中，合金纤维为经二氧化硅、活性碳酸钙和钛白粉改性的聚醚砜/聚四氟乙烯合金纤维，合金纤维的纤维长度为12mm，购自成都得道实业有限公司；膨胀剂为颗粒状的甲基硅橡胶。
4、制备堵漏浆体
在搅拌器的搅拌作用下，将上述堵漏剂加入清水中搅拌均匀，并采用加重剂加重至1.2g/cm3，得到堵漏剂质量含量为65％、密度为1.2g/cm3的堵漏浆体。
实施例2
1、制备固化剂
将高炉矿渣、石膏、硅酸盐纤维按质量配比为15：1：5混合后，进行干燥、粉磨，干燥温度为90℃，干燥时间为24h，制得固化剂；其中，硅酸盐纤维为硅酸铝纤维与石棉绒按质量配比1:1混合而成。
2、制备填充剂
将碳酸钙、沥青、纳米硅粉按质量配比为9：1：3混合后，制得填充剂；其中，碳酸钙的粒度为800目；沥青的粒径≤40目；纳米硅粉的平均粒径为50nm。
3、制备堵漏剂
将钙基膨润土、上述固化剂、合金纤维、膨胀剂和上述填充剂按照质量配比4：45：1：5：41混合均匀，制得堵漏剂；其中，合金纤维为经二氧化硅、活性碳酸钙和钛白粉改性的聚醚砜/聚四氟乙烯合金纤维，合金纤维的纤维长度为8mm，购自成都得道实业有限公司；膨胀剂为颗粒乙烯基硅橡胶与片状乙烯基硅橡胶按质量配比2：1混合而成。
4、制备堵漏浆体
在搅拌器的搅拌作用下，将上述堵漏剂加入清水中搅拌均匀，并采用加重剂加重至1.2g/cm3，得到堵漏剂质量含量为55％、密度为1.2g/cm3的堵漏浆体。
实施例3
1、制备固化剂
将高炉矿渣、石膏、硅酸盐纤维按质量配比为22：1：2混合后，进行干燥、粉磨，干燥温度为90℃，干燥时间为24h，制得固化剂；其中，硅酸盐纤维为硅酸铝纤维、海泡石矿物纤维和石棉绒按质量配比1:1:1混合而成。
2、制备填充剂
将碳酸钙、沥青、纳米硅粉按质量配比为10：3：3混合后，制得填充剂；其中，碳酸钙的粒度为1250目；沥青的粒径≤40目；纳米硅粉的平均粒径为80nm。
3、制备堵漏剂
将钠基膨润土、上述固化剂、合金纤维、膨胀剂和上述填充剂按照质量配比3：40：1：7：48混合均匀，制得堵漏剂；其中，合金纤维为经二氧化硅、活性碳酸钙和钛白粉改性的聚醚砜/聚四氟乙烯合金纤维，合金纤维的纤维长度为10mm；膨胀剂为颗粒状乙烯基硅橡胶与片状甲基乙烯基苯基硅橡胶按质量配比3：1混合而成。
3、制备堵漏浆体
在搅拌器的搅拌作用下，将上述堵漏剂加入清水中搅拌均匀，并采用加重剂加重至1.2g/cm3，得到堵漏剂质量含量为45％、密度为1.2g/cm3的堵漏浆体。
实施例4
采用下述方法对实施例1-3配制的堵漏浆体进行性能评价。
1、流动度
流动度是表示浆体沿管子流动的可能性(即表示浆体流动的难易程度)，是用定量的浆体所摊成饼后的平均直径(厘米)来表示的。分别将实施例1-3配制的堵漏浆体放置于滚子炉中经不同温度静恒温6h后，测定其流动度，测定方法如下：
(1)调整底盘的脚螺丝，使盘上玻璃管里的水珠居中，将底盘放置水平；
(2)将截锥体放在底盘正中；
(3)将已配制好的水泥浆迅速注入锥体内，刮去锥体上口多余的浆体；
(4)立即将截锥体沿竖直方向提起，浆体在底盘上摊开成圆饼状；
(5)测量圆饼相互垂直的两条直径的长度；
(6)取上述两直径的平均值，即为各堵漏浆的流动度，结果见表1。
2、抗压强度测定
分别将实施例1-3配制的堵漏浆体放置于容器中密封后，在其各自的固化温度(流动度测定固化时的温度)下静恒温12h后，从容器中取出固化后的样品，按GB/T 50266-2013测定其单轴抗压强度，结果见表1。
表1各堵漏浆的性能测定结果
由表1所示可以看出，将本发明各实施例的堵漏剂配制成堵漏浆以后，可在特定的温度条件下发生固化。因此，针对不同的地层温度要求，选择合适的堵漏剂及其加量，可在漏层形成固化封堵层，到达封堵漏层的目的；常温条件下，浆体不会发生固化。同时，未达到固化温度以前，均能保持适中的流动度，保证井下作业的安全；在固化温度下，经12h后，其单轴抗压强度均大于4MPa，有利于提高漏层的强度，提高漏层的封堵效果。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种堵漏剂，其特征在于，包括如下重量份的组分：膨润土1-8份，固化剂10-50份，合金纤维0.5-4份，膨胀剂2-8份和填充剂20-50份；其中：
所述膨润土为钠基膨润土和钙基膨润土中的一种或两种；
所述固化剂是由高炉矿渣、石膏和硅酸盐纤维按质量配比(15-30)：(1-2)：(2-6)混合后干燥、粉磨而成的；
所述合金纤维为经二氧化硅、活性碳酸钙和钛白粉改性的聚醚砜/聚四氟乙烯合金纤维；
所述膨胀剂为颗粒状的硅橡胶和片状的硅橡胶中的一种或两种；
所述填充剂是由碳酸钙、沥青和纳米硅粉按质量配比为(4-12)：(1-3)：(2-6)混合而成的。
2.根据权利要求1所述的堵漏剂，其特征在于，所述硅酸盐纤维为硅酸铝纤维、海泡石矿物纤维和石棉绒中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的堵漏剂，其特征在于，所述合金纤维的纤维长度为0.3-13mm。
4.根据权利要求1所述的堵漏剂，其特征在于，所述硅橡胶为甲基硅橡胶、乙烯基硅橡胶和甲基乙烯基苯基硅橡胶中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的堵漏剂，其特征在于，所述碳酸钙的粒度为200目以上；所述沥青的粒径≤40目；所述纳米硅粉的平均粒径≤90nm。
6.权利要求1-5任一所述的堵漏剂的制备方法，其特征在于，将所述膨润土、固化剂、合金纤维、膨胀剂和填充剂按质量配比为(1-8)：(10-50)：(0.5-4)：(2-8)：(20-50)混合均匀，制得所述堵漏剂。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述固化剂的制备方法包括：将高炉矿渣、石膏和硅酸盐纤维按质量配比(15-30)：(1-2)：(2-6)混合后，在85-95℃下干燥20-28h，粉磨，制得所述固化剂。
8.权利要求1-5任一所述的堵漏剂在井漏治理和强化井壁上的应用。
9.一种堵漏浆体，其特征在于，包括水和权利要求1-5任一所述的堵漏剂，所述堵漏浆体中堵漏剂的质量含量为45-65％。
10.根据权利要求9所述的堵漏浆体，其特征在于，所述堵漏浆体的密度为1.1-1.3g/cm3。
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