CN109384879B - 一种可变形堵漏块和制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油钻井堵漏领域的一种可变形堵漏块和制作方法及应用。所述可变形堵漏块,包含以重量份计的以下组分:水,100份;丙烯酸类单体,1~38份;丙烯酰胺类单体,1~40份;磺酸盐类单体,1~38份;交联剂,1~7份;固化剂,1~13份;加重剂,0~19份;引发剂,0~7份。本发明所述的一种可变形堵漏块及制备方法和施工工艺,针对大裂缝、溶洞性复杂地层漏失,尤其是含有流动地层和溶洞束缚地层水的恶性漏失堵漏效果好,提高了堵漏成功率,减少堵漏施工成本,保证钻井施工的正常进行。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井堵漏领域的一种可变形堵漏块,更进一步说,涉及一种可变形堵漏块和制备方法及应用。
背景技术
石油钻井过程中,破碎地层常常发生恶性漏失,例如地层中含有大型裂缝和溶洞,或者地层中含有固定和流动水流,需要对其进行堵漏,以达到防止漏失的目的,保证钻井施工的安全进行。由于恶性井漏的严重漏失程度引起的井下复杂,严重影响钻井效率。同时,复杂地层常常是裂缝、溶洞、地下暗河和水流单独或者同时存在,堵漏材料容易被冲稀或者不能滞留。处理恶性井漏一般采用高失水堵漏技术、化学凝胶堵漏技术、水泥浆堵漏技术等特殊堵漏技术,这些堵漏技术堵漏施工工艺复杂、堵漏时间长、堵剂消耗量大、堵漏成功率也比较低,后期钻井过程中易发生复漏;水泥类固结浆承压时,由于浆体流动性好,不易在漏失通道内滞留,难以达到理想的承压效果。
公开号为CN105441046A的中国专利提供了一种适用于裂缝及溶洞堵漏的氢键水凝胶,其产品具有一定的流动性,无法满族大裂缝及溶洞的恶性堵漏需要。公开号为CN102146280A的中国专利提供了一种可控膨胀堵漏剂,其产品可以控制膨胀时间,但膨胀倍率较小,无法在溶洞中起到架桥和滞留的效果,对于恶性漏失无法起到良好效果。公开号为CN101435317A的中国专利提供了一种失返性漏失交联凝胶堵漏工艺,其技术方案没有涉及大裂缝及溶洞的堵漏施工工艺,对于交联凝胶存在破胶的可能性,无法满足后续安全钻井需要。公开号为CN101525985A的中国专利提供了一种形成软塞进行堵漏的钻井堵漏工艺,以制作软塞代替已有技术中制作水泥塞的堵漏工艺,提高了施工效率,增大了堵漏成功率,减少了施工步骤及施工成本,但是其技术方案中没有涉及凝胶和树脂软赛的特性,直接介绍了单纯软塞堵漏施工效果,并未涉及堵漏材料的配方和配比,堵漏效果未见介绍。单纯软噻堵漏施工效果不明显,而且存在卡钻和复漏的风险。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题,本发明提出一种可变形堵漏块。具体地说涉及一种可变形堵漏块和制作方法及应用。本发明提供的可变形堵漏块是一种能够和井筒配合的凝胶或树脂堵漏模块。所述可变形堵漏块可根据井眼尺寸进行现场制作,投入树脂或者凝胶堵漏模块柱或者堵漏块,利用泥浆泵送至漏层位置,利用可膨胀、可变性、镶嵌在漏失层,通过钻井液的液柱压力挤入漏层并向漏层深部移动,达到在井筒附近滞留堵漏材料的目的。滞留性好的堵漏模块在漏层位置滞留后,膨胀封堵漏层。现场制作堵漏模块可以提高施工效率,增大了一次性堵漏成功率,有效的减少了施工步骤及施工成本。
本发明目的之一是一种可变形堵漏块。所述可变形堵漏块,包含以重量份计的以下组分:
更优选包含以重量份数计的以下组分:
其中,
所述丙烯酸类单体选自丙烯酸,丙烯酸钠,丙烯酸钾,丙烯酸铵,甲基丙烯酸等单体中的至少一种。
所述丙烯酰胺类单体选自丙烯酰胺,甲基丙烯酰胺,N,N-亚甲基双丙烯酰胺等单体中的至少一种。
所述磺酸盐类单体选自2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸,十二烷基苯磺酸钠,十六烷基苯磺酸钠中的至少一种。
所述交联剂选自氯化铜、氯化镁、氯化铁、氯化铬中的至少一种。
所述固化剂选自氧化镁、氧化铝、二氧化硅、硅酸钠中的至少一种。
所述加重剂选自碳酸钙、碳酸镁、硫酸钡、重晶石中的至少一种。所述加重剂的用量根据井浆或地层承压能力进行调整。
所述引发剂选自过氧化物引发剂(可选自本领域常见的过氧化物引发剂,如过硫酸铵、过硫酸钾)和偶氮化物引发剂(可选自本领域常见的偶氮化物引发剂,如偶氮二异丁腈)中的至少一种。
所述丙烯酸类单体、丙烯酰胺类单体、磺酸盐类单体在引发剂和交联剂的作用下进行弱交联聚合,形成网架结构的水溶性聚合物,固化剂和聚合物在一起形成具有高强度的堵漏模块,并具有一定的可变形性,较原有的聚合物凝胶堵水剂有更好的吸水性,膨胀固化后还具有较高强度的特点。
在本发明中,术语“可变性”是指凝胶或者树脂固化体具有一定的弹性的性能。术语“堵漏块”是指适合井眼或者漏层大小、形态、形状的固化体。
本发明所述的可变形堵漏块具有膨胀可控性、可变形性和一定的弹性,通过化学交联和促凝,可使凝胶的整体结构强度真正地得到提高,其膨胀率为1~200%,抗压弹性强度可达10MPa,并且与地层之间有一定的胶结能力,在承受井内流体与地层之间压差时不会被压破或者无法驻留在裂缝中。根据封堵理论架桥原理,可变形堵漏块起到在恶性漏失地层裂缝中滞留,在地层水的作用下,膨胀、架桥的作用,具有良好的封堵效果,放置半年以上外观无变化,符合环保及各项工业要求。
本发明目的之二是提供一种所述可变形堵漏块的制备方法,具体是一种现场制备方法,可包括以下步骤:
1)现场制作大小、形状符合井眼或裂缝尺寸的模具;
2)将所述丙烯酸类单体、丙烯酰胺类单体、磺酸盐类单体溶入水中,得到含有单体的过渡体溶液;
3)将所述含有单体的过渡体溶液加入步骤1)制作好的模具中;
4)于所述含有单体的过渡体溶液中加入所述交联剂、固化剂,试情况加入加重剂,充分混合均匀;
5)加入引发剂引发反应,制备得到的充分混合的易形成凝胶状模块的堵漏块。
其中,
在步骤4)中,所述含有单体的过渡体溶液中的丙烯酸类单体、丙烯酰胺类单体、磺酸盐类单体总重量与固化剂的重量比为(18~20):1,优选20:1。
所述含有单体的过渡体溶液中的丙烯酸类单体、丙烯酰胺类单体、磺酸盐类单体总重量与交联剂的重量比为(8~10):1,优选10:1。
在步骤5)中,所述含有单体的过渡体溶液中的丙烯酸类单体、丙烯酰胺类单体、磺酸盐类单体总重量与引发剂的重量比为(40~42):1,优选40:1。
本发明目的之三是提供所述的一种可变形堵漏块及所述的一种可变形堵漏块的制备方法制备的堵漏模块在钻井堵漏领域中的应用,优选在钻井堵漏液领域中的应用。所述可变形堵漏块适用于油基、水基和混油钻井液体系,具有广泛的工业应用前景。
所述应用包括以下施工方法:根据井眼尺寸,现场制作可变形堵漏块,起钻至井口,在井口向井筒投入所述可变形堵漏块,然后使用钻井液泵送堵漏模块到漏层位置,所述可变形堵漏块在漏层位置滞留后,吸水膨胀,从而封堵漏层。
本发明的可变形堵漏块对不同形状和不同尺寸的漏失通道具有很好的自适应能力,适于在钻完井过程中特别是储层钻完井过程中的堵漏。
在本发明的优选实施方式中,步骤4)、步骤5)中所述单体之和、固化剂、交联剂优选重量比例为40:2:4。本发明通过在预制的模具中交联、聚合反应得到可变形的堵漏块,可解决传统的恶性漏失堵漏后堵漏滞留难度大,漏层的形状和位置不确定的问题。所述可变形的堵漏块在钻井液的带动下进入漏层,吸入地层水后,堵漏块充分的膨胀、贴合漏层,使堵漏浆滞留,在设计时间内形成封堵层,永久封堵漏层的方法。
发明的效果
石油钻井过程中,复杂地层存在发生恶性漏失的风险,需要特殊堵漏作业措施,保证安全钻进。恶性井漏发生后,本发明的技术方案根据井眼尺寸和地层情况,现场制作,在井口向井筒投入堵漏模块柱或者堵漏块,利用泥浆泵送至漏层位置,利用可膨胀、可变性,镶嵌在漏失层,通过钻井液的液柱压力挤入漏层并向漏层深部移动,达到在井筒附近滞留堵漏材料的目的。滞留性好的堵漏模块在漏层位置滞留后,膨胀封堵漏层。现场制作堵漏模块可以提高施工效率,增大了堵漏成功率,有效的减少了施工步骤及施工成本。
本发明的堵漏块针对大裂缝、溶洞性复杂地层漏失,尤其是含有流动地层和溶洞束缚地层水的恶性漏失堵漏效果好,提供了一种解决堵漏难题的新思路和新方法,可以为后续堵漏施工创造条件,节约钻井周期,减少复杂事故处理时间,提高堵漏效率和成功率。减少堵漏施工成本,保证钻井施工的正常进行。
随着石油勘探开发向复杂地层的深入进行,地质条件越来越复杂,恶性井漏机率越来越多,堵漏成功率低和效果差导致施工周期长。常规的化学固结类和桥接类堵漏效果较差,难以满足安全钻井施工要求。本申请的可变形堵漏块及施工方法可以有效提高堵漏成功率,保证安全钻井施工,从而提高堵漏效率,对于恶性漏失施工,有着广阔的应用前景。
附图说明
图1为实施例1制备的可变形堵漏块在15%浓度下的剪切稀释性能测试结果;
图2为实施例2制备的可变形堵漏块在15%浓度下的抗冲稀稀释性测试结果。
具体实施方式
下面结合实施例,进一步说明本发明。但本发明不受这些实施例的限制。
实施例1
1、可变形堵漏块的制备(凝胶堵漏模块)
称取重量份计的以下组分:
水:100重量份;
丙烯酰胺:35重量份;
丙烯酸:10重量份;
2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸:20重量份;
N,N-亚甲基双丙烯酰胺:5重量份;
氯化铜:7重量份;
硅酸钠:3.5重量份;
碳酸钙:19重量份;
过硫酸钾:1.75重量份。
凝胶模块具体制备步骤为:
先在预先制作好的固定模具中加入水,将N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸单体加入水中,然后边搅拌得到含有单体的过渡体溶液A;再依次将氯化铜、硅酸钠、碳酸钙加入到含有单体的过渡体溶液A中,继续搅拌均匀得到混合物B;再向混合物B中加入过硫酸钾,搅拌均匀后得到混合物C,固化后打开模具,得到尺寸合适的可变形堵漏块。
2、可变形堵漏块的性能测试
所述可变形堵漏块具有很好的抗地层水冲稀能力,具有一定的韧性,适于在恶性漏失地层含有流动水或者溶洞填充束缚水的堵漏施工作业。根据SY/T5840-2007钻井液用桥接堵漏材料室内试验方法,进行堵漏能力测试,结果见表1;根据水基压裂液性能评价方法SY/T5107-2005中耐温耐剪切能力测定方法进行堵漏块剪切稀释特性测试,结果见图1。图1所示转速在1000转/秒时,堵漏块中可变形吸水树脂耐剪切能力仍可以达到100mPa.s,具有较好的耐剪切能力,保证在泵送何出钻头水眼时仍然具有一定的表观粘度。
表1可变形堵漏块在不同砂床中的堵漏能力
从表1可见,凝胶堵漏块在浓度小于10%时对于20mm没有明显封堵效果,在凝胶堵漏块浓度15%时,可以有效封堵20mm的裂缝,提高地层承压能力10MPa以上,对于大裂缝恶性漏失具有明显封堵效果。
3、施工过程
起钻至井口,投入所述可变形堵漏块,泵入泥浆,将所述可变形堵漏块泵送到漏层位置,通过钻井液的液柱压力进入漏层向漏层深部移动,达到在井筒附近滞留堵漏材料的目的。滞留性好的堵漏模块在漏层位置滞留后,膨胀封堵漏层。
实施例2
1、可变形堵漏块的制备(吸水树脂模块)
称取重量份计的以下组分:
水:100重量份;
丙烯酰胺:30重量份;
丙烯酸:10重量份;
十二烷基苯磺酸钠:10重量份;
N,N-亚甲基双丙烯酰胺:10重量份;
氯化铬:6重量份;
氧化镁:3重量份;
硫酸钡:10重量份;
偶氮二异丁睛:1.5重量份。
吸水树脂模块具体制备步骤为:先在预先制作好的固定模具中加入水,将丙烯酸、丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠单体加入水中,然后边搅拌边加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺,得到混合物A;再依次将氯化铬、氧化镁、硫酸钡加入到混合物A中,继续搅拌均匀得到混合物B;再向混合物B中加入偶氮二异丁睛,搅拌均匀后得到混合物C,固化后打开模具,得到尺寸合适的可变形堵漏块。
2、可变形堵漏块的性能测试
根据SY/T5840-2007钻井液用桥接堵漏材料室内试验方法和国家标准纸尿裤高吸收性树脂(GB/T 22905-2008)对可变形堵漏块的吸水能力和堵漏能力进行测试,饱和吸水倍数在5~8倍,对不同形状和不同尺寸的漏失通道具有很好的自适应能力;适于在恶性漏失地层含有流动水或者溶洞填充束缚水的堵漏施工作业。测试结果见下表2。根据SY/T6216-1996压裂用交联剂性能实验方法对抗冲稀稀释性能进行测试,结果见图2。图2所示在堵漏块中可变形吸水树脂吸水膨胀1小时,也是就是施工许可时间内,膨胀体积为5%,可以有效的进入漏层,为后续膨胀填充漏层提供安全作业时间,保证堵漏块中有较好的堵漏和承压能力。
表2吸水树脂可变形堵漏块在不同裂缝尺寸中的堵漏能力
从表2可见,树脂堵漏块浓度5%时对于20mm没有明显封堵效果,在堵漏块浓度10~15%时,可以有效封堵20mm的裂缝,提高地层承压能力10MPa以上,对于大裂缝和溶洞性恶性漏失具有明显封堵效果。
3、施工过程
起钻至井口,投入所述可变形堵漏块,泵入泥浆,将所述可变形堵漏块泵送到漏层位置,通过钻井液的液柱压力进入漏层向漏层深部移动,达到在井筒附近滞留堵漏材料的目的。滞留性好的堵漏块在漏层位置滞留后,膨胀封堵漏层。
具体应用实施例
1、春生1井前期漏失概况
春生1井二开钻至1671.83m,共计发生四次漏失,井深分别为1452.44m、1549.29m、1645.28m和1671m,前三次漏失均使用桥浆堵漏,全井混入浓度10%的堵漏材料,均能缓解及控制漏失速度,并能达到2MPa左右的承压能力。第四次发生失返性井漏,先采取了3次桥浆堵漏均未见效果;后打水泥1次,凝胶+水泥堵漏2次,坂土水泥+水泥1次,也未见明显效果。之后,坂土浆强钻至1696.84m,强钻期间漏失坂土浆1060.8m3,在井深1679m、1680m、1683m和1690-1692m有处放空现象。坂土浆强钻后,井内液面391m。强钻至1696.84m后桥浆堵漏1次,凝胶+水泥堵漏1次,凝胶+可控胶凝1次,也未见明显效果。
2、现场可变形堵漏块的制备
现场制作与井眼尺寸相当的可变性吸水树脂模块,约10米(根据漏层长度确定),堵漏块配比为:
水:100重量份;丙烯酰胺:31重量份;丙烯酸:10重量份;十二烷基苯磺酸钠:13重量份;N,N-亚甲基双丙烯酰胺:4重量份;硫酸钡:10重量份;氯化铬:3重量份;氧化镁:10重量份;偶氮二异丁睛:1重量份。
可变形堵漏块具体制备步骤为:
根据井眼尺寸,制备了约10米长的模具,在该预先制作好的固定模具中加入水,将丙烯酸、丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠单体加入水中,然后边搅拌边加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺,得到混合物A;再依次将氯化铬、氧化镁、硫酸钡加入到混合物A中,继续搅拌均匀得到混合物B;再向混合物B中加入偶氮二异丁睛,搅拌均匀后得到混合物C,固化后打开模具,得到尺寸合适的可变形堵漏块。
3、堵漏施工过程
下光钻杆探得砂面1688m,测得环空液面高度在270m处。起钻至井口,准备堵漏施工,投入凝胶堵漏模块,井口接好水泥头,连接管线,首先泵注清水15m3,泥浆泵开始泵注泥浆,泥浆泵泵触变浆13.9m3,树脂堵漏模块输送到漏层位置,卸水泥头后测得液面在井口,堵漏模块进入漏层,在漏失层内停留并固化,直至完全封堵漏失层。堵漏成功后进行全井试压,提高地层承压能力10MPa,符合继续安全钻进的要求。
Claims (9)
3.根据权利要求1或2所述的一种可变形堵漏块,其特征在于:
所述丙烯酰胺类单体选自丙烯酰胺,甲基丙烯酰胺,N,N-亚甲基双丙烯酰胺中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的一种可变形堵漏块,其特征在于:
所述引发剂选自过氧化物引发剂、偶氮化物引发剂中的至少一种。
5.根据权利要求1~4之任一项所述的一种可变形堵漏块的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
1)制作好大小、形状符合井眼或裂缝尺寸的模具;
2)将所述丙烯酸类单体、丙烯酰胺类单体、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸,十二烷基苯磺酸钠,十六烷基苯磺酸钠中的至少一种,溶入水中,得到含有单体的过渡体溶液;
3)将含有单体的过渡体溶液加入制作好的模具中;
4)于所述含有单体的过渡体溶液中加入所述交联剂、固化剂、加重剂,充分混合均匀;
5)于所述含有单体的过渡体溶液中加入引发剂,反应完成后,制得。
6.根据权利要求5所述的一种可变形堵漏块的制备方法,其特征在于:
在步骤4)中,所述含有单体的过渡体溶液中的丙烯酸类单体、丙烯酰胺类单体、磺酸盐类总重量与固化剂的重量比为(18~20):1;
所述含有单体的过渡体溶液中的丙烯酸类单体、丙烯酰胺类单体、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸,十二烷基苯磺酸钠,十六烷基苯磺酸钠中的至少一种,所述组分的总重量与交联剂重量比为(8~10):1。
7.根据权利要求5所述的一种可变形堵漏块的制备方法,其特征在于:
在步骤5)中,所述含有单体的过渡体溶液中的丙烯酸类单体、丙烯酰胺类单体、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸,十二烷基苯磺酸钠,十六烷基苯磺酸钠中的至少一种,所述组分的总重量与引发剂的重量比为(40~42):1。
8.根据权利要求1~4之任一项所述的一种可变形堵漏块及权利要求5~7之任一项所述的一种可变形堵漏块的制备方法制备的堵漏块在钻井堵漏中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用,其特征在于包括以下施工方法:
起钻至井口,在井口向井筒投入所述可变形堵漏块,然后使用钻井液泵送堵漏模块到漏层位置,所述可变形堵漏块在漏层位置滞留后,吸水膨胀,从而封堵漏层。
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