CN110439498A - 一种采用可延迟吸水膨胀堵漏剂的中深井堵漏方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用可延迟吸水膨胀堵漏剂的中深井堵漏方法，依次通过步骤1)配制与漏失段漏速相匹配的堵漏剂；2)配制粘度为40s～55s的制浆基液；3)将堵漏剂加入制浆基液中并搅拌混合均匀，加入氢氧化钠调pH为10～11，得到堵漏浆；4)将堵漏浆按照小排量泵入、大排量顶替的原则，迅速打入漏失段地层；5)采用循环加压或关井憋压的方式，使堵漏浆完全进入漏层；6)起钻至安全井段静止堵漏一段时间，完成堵漏施工；该堵漏方法实现将该可延迟膨胀堵漏剂分别应用于具有不同漏速情况的漏失地层的堵漏施工中，保证其完全泵送至漏失地层缝隙中且不易发生漏失，有效发挥其可延迟膨胀堵的效果。
Description
技术领域
本发明涉及石油作业中的堵漏技术领域，特别涉及一种采用可延迟吸水膨胀堵漏剂的中深井堵漏方法。
背景技术
井漏是钻井作业中最普遍、最常遇到的复杂难题之一，且在国内各大油田普遍存在。井漏时一般不能准确掌握漏失地层的裂缝宽度或孔隙尺寸,因此很难保证这些材料在地层中形成成功的桥塞。为了解决上述桥塞堵漏面临的难题,将吸水膨胀材料用于堵漏施工。吸水膨胀性材料封堵漏层时，不需要严格要求其颗粒与漏失通道匹配，而是利用颗粒就位后的膨胀特性，与桥堵材料配合使用后能增加堵漏剂在漏层的滞留能力，同时膨胀后能增加桥堵垫层封堵能力，可以成功堵漏，对渗漏或裂缝、大孔道漏失都有很好的堵漏效果。
现有的膨胀类堵漏剂吸水速度过快，半个小时已经完全膨胀；经常在现场配制过程和泵送时已经膨胀过大，现场泵送困难，容易造成封门现象导致堵漏剂难以进入漏层，堵漏成功率低，因此需要膨胀堵漏剂具有延迟膨胀的特性；而目前国内外采取采用可延迟吸水膨胀类堵漏剂进行堵漏技术缺点也很明显，比如为了降低吸水膨胀材料的膨胀时间，选择让吸水膨胀材料与柴油浸泡或者加入有一定的离子浓度的食盐也可对吸水膨胀树脂的膨胀起到抑制作用，在牺牲膨胀倍数的前提下达到延迟膨胀的效果。
申请人于2017年12月11日申请了一种新型可延迟膨胀类堵漏剂及其制备方法(CN108048055 A)，该申请公开了一种新型可延迟膨胀类堵漏剂，其在清水中几乎不发生吸水膨胀(清水浸泡2h膨胀率≤30％)，在碱性条件下，80℃条件下吸水膨胀达到10倍以上；利用引进酯化基团，通过温度和碱度发生水解，从而裸露出吸水基团，进而再发生吸水膨胀，具有很好的延迟膨胀效果。然而申请人将该新型可延迟膨胀类堵漏剂应用于实际施工现场进行堵漏作业时发现，如果按照常规堵漏条件(对堵漏浆pH值、温度没有限定)或者对于漏失速度＞5m3/h时，单独使用可延迟膨胀堵漏剂，或者使用单一粒径的延迟膨胀堵漏剂与刚性堵漏剂复配都无法达到好的堵漏效果，因此有必要设计一种与该新型可延迟膨胀类堵漏剂相匹配的现场堵漏工艺，以实现将其用于现场堵漏施工作业中并将其延迟膨胀效果完全发挥出来。
发明内容
本发明的目的是提供一中能够将与可延迟膨胀类堵漏剂相匹配，以实现将其用于现场堵漏施工作业中并将其延迟膨胀效果完全发挥出来的采用可延迟吸水膨胀堵漏剂的中深井堵漏方法。
为此，本发明技术方案如下：
一种采用可延迟吸水膨胀堵漏剂的中深井堵漏方法，步骤如下：
步骤一、根据漏失段地层的漏失速度配制与漏速相匹配的堵漏剂；
i、当漏速＜5m3/h时，堵漏剂的配方为：以基浆重量为基础的0.5～1％粒径为1～3mm的可延迟膨胀堵漏剂、1～3％粒径为0.5～1mm的可延迟膨胀堵漏剂和1～2％粒径为0.2～0.5mm的可延迟膨胀堵漏剂；
ii、当漏速≥5m3/h且漏速≤15m3/h时，堵漏剂的配方为：以基浆重量为基础的1～2％粒径为3～5mm的石灰石、3～5％粒径为1～3mm的石灰石、1～3％粒径为1～3mm的可延迟膨胀堵漏剂、1～3％粒径为0.5～1mm的可延迟膨胀堵漏剂和0.5～1％粒径为0.2～0.5mm的可延迟膨胀堵漏剂；
iii、当漏速＞15m3/h时，堵漏剂的配方为：以基浆重量为基础的3～5％粒径为3～5mm的石灰石、1～3％粒径为1～3mm的石灰石、1～3％粒径为1～3mm的可延迟膨胀堵漏剂、1～3％粒径为0.5～1mm的可延迟膨胀堵漏剂和0.5～1％粒径为0.2～0.5mm的可延迟膨胀堵漏剂；
在该步骤中，可延迟膨胀堵漏剂均采用申请人于2017年12月11日申请的发明名称为：一种新型可延迟膨胀类堵漏剂及其制备方法中公开的可延迟膨胀堵漏剂(申请号：201711305952.4)。在上述堵漏剂的配方中，具有不同粒径的可延迟膨胀堵漏剂可以为采用相同配方制备的可延迟膨胀堵漏剂，也可以为采用不同配方制备的可延迟膨胀堵漏剂。
步骤二、准备与配浆量相匹配的原钻井液，并通过向原钻井液中加入适量清水或胶液，形成粘度为40s～55s的制浆基液；其中，所述粘度为基于马氏漏斗粘度测定法测定的粘度值；
步骤三、将步骤一配制的堵漏剂加入至步骤二配制的制浆基液中，搅拌混合均匀后，再加入氢氧化钠调整混合液的pH为10～11，得到堵漏浆；
步骤四、将经过步骤三配制的堵漏浆按照小排量泵入、大排量顶替的原则，将堵漏浆迅速打入漏失段地层；其中，小排量泵入的具体泵入速度为5～20L/s，大排量顶替的具体顶替速度为至少30L/s；
步骤五、采用循环加压或关井憋压的方式，使堵漏浆完全进入漏层；
步骤六、起钻至安全井段静止堵漏一段时间，堵漏施工完成。
优选，在步骤四中，漏失段地层的温度≥50℃。
优选，在步骤五中，当漏失段地层温度为50～80℃时，静置时间不少于8h；当漏失段地层温度为大于80℃时，静置时间不少于4h。
该采用可延迟吸水膨胀堵漏剂的中深井堵漏方法解决了申请人研发的可延迟膨胀堵漏剂在现场使用常规堵漏条件无法发挥其可延迟膨胀作用的问题，通过对采用其配制的堵漏浆的配方、配制方法以及施工方法进行设计和优化，实现将该可延迟膨胀堵漏剂分别应用于具有不同漏速情况的漏失地层的堵漏施工中，保证其完全泵送至漏失地层缝隙中且不易发生漏失，有效发挥其可延迟膨胀堵的效果。
附图说明
图1为本发明的采用可延迟吸水膨胀堵漏剂的中深井堵漏方法的流程图；
图2为本发明的实施例1的堵漏模拟实验后楔板剖面上的封堵层的示意图；
图3为本发明的对比例1的堵漏模拟实验后楔板剖面上的封堵层的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
由于本申请针对申请人于2017年12月11日申请的发明名称为：一种新型可延迟膨胀类堵漏剂及其制备方法中公开的可延迟膨胀堵漏剂(申请号：201711305952.4)研发的预之相匹配的堵漏工艺方法，因此，在下述实施例1～3以及对比例1～2中，具体采用的可延迟膨胀堵漏剂采用如下方法制备得到：向盛有24份的异丙醇的容器中，加入20份MA、AMPSA和AA的混合物，其中重量份数比为MA：AMPSA：AA＝10:1:1，溶解后加56份蒸馏水。然后加入1份N，N'-亚甲基双丙烯酰胺，1份偶氮二异丁腈，室温下搅拌15min使其混合均匀，在60℃下静置，静置时间10h，得到有机凝胶，在100℃下烘干，造粒，分别得到粒径范围在1～3mm的凝胶颗、粒径范围在0.5～1mm的凝胶颗粒和粒径范围在0.2～0.5mm的凝胶颗粒。该可延迟膨胀堵漏剂在延迟性质检测中，其在清水中测吸水膨胀率，清水浸泡2h后吸水膨胀率为8.6％；并且，在PH＝9-10时，80℃下4h测得吸水膨胀为原来质量的17.8倍。
实施例1
采用1mm的楔板模拟在漏失段地层的漏失速度为：5m3/h≤漏速≤15m3/h的井况。具体模拟测试过程如下：
S1、确定堵漏剂配方：预设配制基浆2000mL，根据漏速状况，相应堵漏剂的配方如下表1所示。
表1：
S2、配制5wt.％膨润土基浆代替堵漏现场的钻井液，以便于性能观测；具体地，配制5wt.％膨润土基浆2000mL，并水化24h，以控制基浆粘度控制在在40～55s之间(马氏漏斗粘度)；
S3、将步骤S1配制的堵漏剂1～3分别加入至步骤S2配制的基液中，在多速强力搅拌器上搅拌45min后，加入NaOH调整混合液的pH在10～11之间，得到具有一定粘稠度的堵漏浆1～3；
S4、承压能力测试：
在堵漏模拟装置(型号：DLM-01)中置入缝隙宽度为1mm的楔板，模拟漏失段地层缝隙；然后将装置内温度升至80℃，而后将经过步骤S1～S3配制好的堵漏浆全部导入堵漏仪中；将装置内压力调至0.2MPa同时打开堵漏仪阀门挤出少量堵漏浆再将阀门关闭，模拟堵漏浆的泵送过程，以保证堵漏浆泵完全送至楔板的缝隙中；接着在80℃的条件下保温并静置4h，然后打开阀门开始逐步升压，观测堵漏浆的最大承压能力，即堵漏浆从楔板缝隙漏出时的压力值；
三种堵漏剂配方配制的堵漏浆1～3承压压力的测试结果如下表2所示。
表2：
| 项目 | 堵漏浆1 | 堵漏浆2 | 堵漏浆3 |
| 承压压力 | 5Mp | 5.4Mp | 6Mp |
从表2中可以看出，三种堵漏剂配方配制的堵漏浆的承压能力均大于5MPa，承压能力佳，满足在地层漏失段进行封堵的承压能力上的要求。
如图1所示为采用堵漏剂1配制的堵漏浆进行上述承压能力测试后取出楔板打开为两半时的楔板剖面上封堵层的状态示意图。从图中可以看出，楔板剖面上的封堵层比较紧实，且颗粒分布均匀，没有出现假堵的现象；可见，采用实施例1的堵漏方法能够将堵漏剂能够弹性填塞嵌入作用，将大颗粒间的缝隙填满从而提高其承压能力。
对比例1
1.1、与实施例1相同，采用1mm的楔板模拟在漏失段地层的漏失速度为：5m3/h≤漏速≤15m3/h的井况，配制2000mlL的5wt.％膨润土基浆代替堵漏现场的钻井液，水化24h，以控制基浆粘度控制在在40～55s之间(马氏漏斗粘度)；具体堵漏浆的配制方法为：在2000mL的5wt.％膨润土基浆中加入2wt.％粒径为3～5mm的石灰石和5wt.％粒径为1～3mm的石灰石，然后加入NaOH调整混合液的pH在10～11之间；由于碳酸钙颗粒密度大在土浆中无法悬浮，故在膨润土基浆中再加入0.3wt.％的常用增粘剂，使堵漏浆尽可能的粘稠将大颗粒悬浮起来。
进行与实施例1的操作步骤完全相同的承压能力测试，然后在80℃的条件下保温并静置4h后，打开阀门开始逐步升压，观测堵漏浆的最大承压能力。
在该升压过程中可观察到堵漏浆持续流出，并且当压力上升至0.96MPa时2000mL堵漏浆全部流出，只有大颗粒留楔板内，未形成有效封堵，可见，本对比例1.1的堵漏浆没有填塞颗粒嵌入，无法实现封堵目的。
如图2所示为本对比例1在承压能力测试后取出的楔板剖面上的封堵层的示意图，从图上可以看出由于实验过程中堵漏浆全部流出，因此只有大颗粒留在楔板里面，未形成有效封堵。
1.2、与实施例1相同，采用1mm的楔板模拟在漏失段地层的漏失速度为：5m3/h≤漏速≤15m3/h的井况，配制2000mL的5wt.％膨润土基浆代替堵漏现场的钻井液，水化24h，以控制基浆粘度控制在在40～55s之间(马氏漏斗粘度)；具体堵漏浆的配制方法为：在2000mL的5wt.％膨润土基浆中加入3wt.％粒径为1～3mm的可延迟膨胀堵漏剂、3wt.％粒径为0.5～1mm的可延迟膨胀堵漏剂和1wt.％粒径为0.2～0.5mm的可延迟膨胀堵漏剂，然后加入NaOH调整混合液的pH在10～11之间。
进行与实施例1的操作步骤完全相同的承压能力测试，然后在80℃的条件下保温并静置4h后，打开阀门开始逐步升压，观测堵漏浆的最大承压能力。
在该升压过程中可观察到堵漏浆持续流出，并且当压力上升至0.3MPa时2000mL堵漏浆全部流出，只有少量膨胀堵漏剂留楔板内，未形成有效封堵，可见，本对比例1.2的堵漏浆主要为填塞嵌入，但是没有刚性颗粒进行支撑无法实现封堵目的。
对比例2
与实施例1相同，采用1mm的楔板模拟在漏失段地层的漏失速度为：5m3/h≤漏速≤15m3/h的井况，配制2000mlL的5wt.％膨润土基浆代替堵漏现场的钻井液，水化24h，以控制基浆粘度控制在在40～55s之间(马氏漏斗粘度)；具体堵漏浆的配制方法为按照表3向膨润土基浆中加入堵漏剂4～6，混合搅拌均匀后，加入NaOH调节混合液的pH在10～11之间，即得到相应的堵漏浆4～6。
表3：
接着，对堵漏浆4～6分别进行与实施例1的操作步骤完全相同的承压能力测试，然后在80℃的条件下保温并静置4h后，打开阀门开始逐步升压，观测堵漏浆的最大承压能力。
在承压测试实验的升压过程中可观察到堵漏浆持续流出，并且当压力上升至0.5MPa时，2000mL堵漏浆全部流出，只有大颗粒留楔板内，可见，单一尺寸的可延迟膨胀堵漏剂与石灰石进行简单复配同样无法起到有效封堵作用。
实施例2
采用3mm的楔板模拟在漏失段地层的漏失速度≥15m3/h的井况。
步骤一、配制堵漏浆：预设配制基浆2000mL，根据漏速，相应堵漏剂的配方如下表4所示。
表4：
S2、配制5wt.％膨润土基浆代替堵漏现场的钻井液，以便于性能观测；具体地，配制5wt.％膨润土基浆2000mL，并水化24h，以控制基浆粘度控制在在40～55s之间(马氏漏斗粘度)；
S3、将步骤S1配制的堵漏剂加入至步骤S2配制的基液中，在多速强力搅拌器上搅拌45min后，加入NaOH调整混合液的pH在10～11之间，得到具有一定粘稠度的堵漏浆7～9；
S4、承压能力测试：
在堵漏模拟装置(型号：DLM-01)中置入缝隙宽度为3mm的楔板，模拟漏失段地层缝隙；然后将装置内温度升至50℃，而后将经过步骤S1～S3配制好的堵漏浆全部导入堵漏仪中；将装置内压力调至0.2MPa同时打开堵漏仪阀门挤出少量堵漏浆再将阀门关闭，模拟堵漏浆的泵送过程，以保证堵漏浆泵完全送至楔板的缝隙中；接着在50℃的条件下保温并静置8h，然后打开阀门开始逐步升压，观测堵漏浆的最大承压能力，即堵漏浆从楔板缝隙漏出时的压力值；
三种堵漏剂配方配制的堵漏浆7～9承压压力的测试结果如下表5所示。
表5：
| 项目 | 堵漏浆7 | 堵漏浆8 | 堵漏浆9 |
| 承压压力 | 3.5Mp | 3.8Mp | 4Mp |
从表5中可以看出，三种堵漏剂配方配制的堵漏浆的承压能力均大于3.5MPa，承压能力佳，满足在地层漏失段进行封堵的承压能力上的要求。
同样将堵漏浆7～9经过上述承压能力测试后取出楔板打开为两半时的楔板剖面上封堵层的状态进行观察，同样可以明显看出，楔板剖面上的封堵层比较紧实，且颗粒分布均匀，没有出现假堵的现象；可见，采用实施例2的堵漏方法能够将堵漏剂能够弹性填塞嵌入作用，将大颗粒间的缝隙填满从而提高其承压能力。
实施例3
采用砂床堵漏能力测试方法，模拟漏失地层的漏速＜5m3/h的漏失状况。
步骤一、配制堵漏浆：
预设配制基浆2000mL，根据模拟漏速，相应堵漏剂的配方如下表6所示。
表6：
S2、采用施工现场使用的钻井液为基浆，加入适量胶液以调节基浆粘度在40～55s之间(马氏漏斗粘度)；
S3、将步骤S1配制的堵漏剂10～12加入至步骤S2配制的基液中，在多速强力搅拌器上高速搅拌20min后，加入NaOH调整混合液的pH在10～11之间，得到具有一定粘稠度的堵漏浆10～12；
S4、砂床能力测试：
取20～40目砂置于可视化砂床堵漏仪中形成模拟孔洞直径为0.11mm的砂床，以模拟底层漏速＜5m3/h的状况下，本申请的堵漏施工方法的效果。具体试验方法为：1)将堵漏浆分别加热80℃膨胀4h，对堵漏浆10～12的在常温下的流变性能进行测试(使用电动六速旋转粘度计测堵漏浆的数值)；2)将经过步骤1)得到的堵漏浆倒入可视化砂床堵漏仪的砂床上方，同时向砂床加压0.7MPa，持续30min，观察砂床的漏失情况以及砂床侵入深度。作为对比例，将单独的钻井液作为堵漏剂进行如上所述的相同实验。
测试结果如表7所示。
表7：
从表7中可以看出，通过实验表明，采用堵漏浆10～12进行堵漏测试后，30分钟后，堵漏浆少量侵入砂床，砂床0漏失，钻井液滤矢量大幅降低，可见堵漏浆10～12在进行本申请的堵漏工艺后均能达到预期的砂床封堵效果。
Claims (3)
1.一种采用可延迟吸水膨胀堵漏剂的中深井堵漏方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一、根据漏失段的漏失速度配制与漏速相匹配的堵漏剂；
i、当漏速＜5m3/h时，堵漏剂的配方为：以基浆重量为基础的0.5～1％粒径为1～3mm的可延迟膨胀堵漏剂、1～3％粒径为0.5～1mm的可延迟膨胀堵漏剂和1～2％粒径为0.2～0.5mm的可延迟膨胀堵漏剂；
ii、当漏速≥5m3/h且漏速≤15m3/h时，堵漏剂的配方为：以基浆重量为基础的1～2％粒径为3～5mm的石灰石、3～5％粒径为1～3mm的石灰石、1～3％粒径为1～3mm的可延迟膨胀堵漏剂、1～3％粒径为0.5～1mm的可延迟膨胀堵漏剂和0.5～1％粒径为0.2～0.5mm的可延迟膨胀堵漏剂；
iii、当漏速＞15m3/h时，堵漏剂的配方为：以基浆重量为基础的3～5％粒径为3～5mm的石灰石、1～3％粒径为1～3mm的石灰石、1～3％粒径为1～3mm的可延迟膨胀堵漏剂、1～3％粒径为0.5～1mm的可延迟膨胀堵漏剂和0.5～1％粒径为0.2～0.5mm的可延迟膨胀堵漏剂；
步骤二、准备与配浆量相匹配的原钻井液，并通过向原钻井液中加入适量清水或胶液，形成粘度为40s～55s的制浆基液；其中，所述粘度为基于马氏漏斗粘度测定法测定的粘度值；
步骤三、将步骤一配制的堵漏剂加入至步骤二配制的制浆基液中，搅拌混合均匀后，再加入氢氧化钠调整混合液的pH为10～11，得到堵漏浆；
步骤四、将经过步骤三配制的堵漏浆按照小排量泵入、大排量顶替的原则，将堵漏浆迅速打入漏失段地层；
步骤五、采用循环加压或关井憋压的方式，使堵漏浆完全进入漏层；
步骤六、起钻至安全井段静止堵漏一段时间，堵漏施工完成。
2.根据权利要求1所述的采用可延迟吸水膨胀堵漏剂的中深井堵漏方法，其特征在于，在步骤五中，当漏失段地层温度为50～80℃时，静置时间不少于8h；当漏失段地层温度为大于80℃时，静置时间不少于4h。
3.根据权利要求1所述的采用可延迟吸水膨胀堵漏剂的中深井堵漏方法，其特征在于，在步骤四中，漏失段地层的温度≥50℃。
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