CN110724504B - 一种钻井液用多功能固结堵漏剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻井液用多功能固结堵漏剂，其包括如下质量百分比的组分：无机矿物材料45‑60％、纤维4‑5％、固化剂15‑20％、助滤剂5‑10％、缓凝剂3‑5％、膨胀剂5‑10％、分散剂3‑5％；所述无机矿物材料是粒径均为200目的灰钙与活性氧化镁按照重量比0.5：1或者1：1的混合物。所述纤维为水镁石纤维，长径比为10～50：1，直径为0.5～15um。将各组分混合均匀，即得到钻井液用多功能固结堵漏剂。该堵漏剂采用清水或水基钻井液作基液直接配制成堵漏浆。可以采用随钻、高滤失、整体固结三种施工方式；使用方便，无需清罐及更改钻具组合；且沉降稳定性高，若使用清水作为基液时，可直接加重至需要的密度。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井工程中技术领域，特别是一种水基钻井液用多功能固结堵漏剂。
背景技术
在石油勘探开发过程中，井漏是最为常见的一种复杂现象；随着复杂区块井、超深井的增加，井漏问题已严重制约了勘探开发进程。目前钻遇漏失层段后，施工现场一般使用桥接堵漏剂、高失水堵漏剂、水泥浆来进行堵漏施工。桥接堵漏剂因使用方便，可直接使用井浆进行配制等，受到现场欢迎，但由于承压能力低，形成的桥塞易被破坏等，导致堵漏成功率低，往往需要多次施工，才能有效封堵漏层。高失水堵漏剂因形成的饼塞不易被破坏，堵漏成功率高等被现场广泛接纳，但也因使用不便，施工前需起钻更换钻具组合，配制前需清洗配制罐、不能加重及沉降稳定性差等，受到现场诟病。水泥浆由于其密度高(达1.85g/cm3以上)、粘度低，不能有效在漏失通道中滞留，且稠化时间、固化时间难以控制，施工安全难以保证，堵漏施工后在井筒形成的塞子过硬，钻塞时易出现新井眼，对井内原有钻井液性能污染较大，尤其是产层堵漏后不能酸化解堵，影响产量。
例如，CN102443383B公开了一种高失水、可硬化、成塞堵漏剂，包括下列组分，各组分按质量百分比：固化材料35～50％、复合堵漏剂25～35％、高失水材料5～15％、弹性膨胀材料5～10％、纤维材料10～15％；其中复合堵漏剂为颗粒果壳∶云母∶棉籽壳按质量比5∶2∶1混合而成；固化材料为石膏∶水泥∶高炉矿渣：磷酸钠按质量比1∶1∶0.5∶0.1混合而成。该堵漏剂在现场堵漏施工中，每次使用时都需要起钻更换钻具组合，所花时间较多；在现场配制时，需专门清洗一个配制罐，只能使用清水来作为基液来进行配制；沉降稳定性较差，配制过程中易沉淀。CN102191024B公开了一种可固化堵漏剂，各组分按重量百分比配比如下：可固化材料高炉矿渣35～50％、高滤失材料硅藻土或粉煤灰5～15％、纤维材料石棉纤维、棉纤维或玉米芯15～25％、柔弹性膨胀材料弹性轮胎橡胶2～5％及可酸溶材料碳酸钙20～30％。该堵漏剂固化体强度较低，易在压差作用下压裂，导致重复漏失；现场施工时需清洗配制罐，只能使用清水作为基液；施工前需起钻更换钻具组合，所用时间较多。CN102977866B公开了一种封堵裂缝用高失水固化堵漏剂，各组分按重量百分比配比如下：主体材料50～70％、助滤剂7～15％、固化剂10～25％、纤维材料5～10％和架桥材料5～10％。该堵漏剂沉降稳定性较差，配置过程中易沉淀；现场施工时需清洗配制罐，只能使用清水作为基液；施工前需起钻更换钻具组合，所用时间较多。
综上所述，现有的堵漏材料大都存在使用不便、沉降稳定性差、固化体强度较低等不足。为了解决井漏、提高地层承压能力，总结以往堵漏材料，有待开发一种使用方便、沉降稳定性高、高酸溶率、高固结强度、多种固结方式的新型堵漏剂。
发明内容
本发明的目的是针对现有堵漏材料存在使用不便、沉降稳定性差、固化体强度较低等不足提供一种使用方便、沉降稳定性高、高酸溶率、高固结强度、多种固结方式的新型堵漏剂。
本发明提供的钻井液用多功能固结堵漏剂，包括如下质量百分比的组分：
无机矿物材料45-60％、纤维4-5％、固化剂15-20％、助滤剂5-10％、缓凝剂3-5％、膨胀剂5-10％、分散剂3-5％。
其中，所述无机矿物材料是粒径均为200目的灰钙与活性氧化镁按照重量比0.5：1或者1：1的混合物。
所述纤维为水镁石纤维，长径比为10～50：1，直径为0.5～15um，抗温高达200℃。
所述固化剂为硫酸镁。
所述助滤剂为粒径200目的石灰粉。
所述缓凝剂为粒径300目的硼砂。
所述膨胀剂为粒径200目的硫铝酸钙。
所述分散剂为粒径300目的聚羧酸固体固体粉末。
将各组分混合均匀，即得到钻井液用多功能固结堵漏剂。该堵漏剂采用清水或水基钻井液作基液直接配制成堵漏浆。
针对水平井随钻堵漏作业的要求，本发明中没有设计大颗粒和长纤维材料。配浆时将堵漏剂直接加入到井浆(WBM)中配成堵漏浆，用泥浆泵将其注入井下并挤入漏层，使其形成漏层与井筒的堵漏浆连续相，进入漏层和留在井筒内的堵漏浆在时间和地温的作用下稠化固结，12-24小时的初始固结强度能保证轻松的扫塞，随着时间的推移，固结在漏层内的堵漏塞强度会继续增加，有效提高地层的承压能力。固结体可酸化解堵，酸溶率达90％以上。
本发明既能采用清水作基液、又能采用各类水基钻井液作基液直接配制堵漏浆。
本发明将“随钻”、“快速滤失”和“固结”以及“可酸溶”结合在了一起，解决了除桥塞类堵漏剂外的其他堵漏剂基本不能在原井浆中配制堵漏浆的问题、解决了桥塞类堵漏剂不能固结易复漏的问题、解决了遇大漏不得不起钻换光钻杆进行堵漏作业的问题、解决了恶性漏失常常不得不打水泥堵漏的问题、解决了水泥凝固后强度太高易钻出新井眼的问题、解决了打水泥和钻水泥塞对钻井液性能污染严重的问题，解决了堵漏过程中的油层保护问题。
本发明的现场应用具有多种方式：
(1)随钻堵漏技术：针对小漏(一般＜5m3/h)，可进行随钻堵漏。在钻井液中加入3-5％本发明堵漏剂，配合常规随钻堵漏剂和桥塞堵漏剂等进行随钻堵漏，在堵漏过程中起到充填和加强的作用。
(2)滤失固结承压堵漏技术：针对中漏(一般5-30m3/h)，可进行滤失固结堵漏。在泥浆罐中直接采用基浆(水基钻井液+清水)配制堵漏浆，堵漏剂加量为基浆的50％(w/v)以下，一般为基浆的30-50％(w/v)，并加入3-5％的刚性颗粒(1-3mm、3-5mm)作架桥支撑剂。施工中堵漏浆被挤入漏层，刚性颗粒迅速在漏层的吼道处架桥，在压差的作用下堵漏浆发生快速滤失，固相高度聚集而形成塞子，进而固结成高强度的堵塞，“微膨胀”特性使地层承压能力得到进一步提高。
(3)整体固结承压堵漏技术：针对大漏(一般30m3/h-失返)，可进行整体固结堵漏。在泥浆罐中直接采用井浆(水基钻井液+清水)配制堵漏浆，堵漏剂加量为井浆的50％(w/v)以上，低密度井浆一般加量为70-80％(w/v)。由于堵漏剂固体物质加工很细，极易进入微小漏失通道，不会造成封门。施工中采用“平衡堵漏原则”将堵漏浆推入漏层，“直角稠化”性能使堵漏浆具备良好的驻留性，“高强度固结”性能使封堵更加牢固，“微膨胀”特性使地层承压能力得到进一步提高。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
(1)可以采用随钻、高滤失、整体固结三种施工方式；使用方便，无需清罐及更改钻具组合。
(2)高沉降稳定性，若使用清水作为基液时，可直接加重至需要的密度。
(3)在200℃内稠化时间可控；酸溶率高达90％以上，可用于产层堵漏。
(4)固结体24h强度适中，扫塞时可轻松钻开，对钻井液影响较小，适用于各体系水基钻井液。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种多功能固结堵漏剂，其组分及质量比是：无机矿物材料50％，纤维4％，固化剂20％，助滤剂10％，缓凝剂5％，膨胀剂6％，分散剂5％；其中无机矿物材料由200目灰钙与200目活性氧化镁等质量比混合而成。各组分混合均匀后即可得堵漏剂产品。
实施例2
一种多功能固结堵漏剂，其组分及质量比是：无机矿物材料60％，纤维5％，固化剂15％，助滤剂5％，缓凝剂3％，膨胀剂9％，分散剂3％；其中无机矿物材料由200目灰钙与200目活性氧化镁按照质量比0.5:1混合而成。各组分混合均匀后即可得堵漏剂产品。
实施例3
一种多功能固结堵漏剂，其组分及质量比是：无机矿物材料45％，纤维5％，固化剂20％，助滤剂10％，缓凝剂5％，膨胀剂10％，分散剂5％；其中无机矿物材料配比如下：灰钙(200目)：活性氧化镁(200目)＝1：1。各组分混合均匀后即可得堵漏剂产品。
实施例4
一种多功能固结堵漏剂，其组分及质量比是：无机矿物材料45％，纤维5％，固化剂20％，助滤剂10％，缓凝剂5％，膨胀剂10％，分散剂5％；其中无机矿物材料配比如下：灰钙(200目)：活性氧化镁(200目)＝0.5：1。各组分混合均匀后即可得堵漏剂产品。
将实施例1-4的多功能固结堵漏剂进行性能测试如下：
(1)沉降稳定性(滤失固结适用)
量取6份300ml蒸馏水，分别称取实施例1～4的堵漏剂和对比堵漏剂1(油井水泥)、对比堵漏剂2(高滤失堵漏剂3H)各90g备用；开启搅拌器在11000rpm转速下将6种堵漏剂分别加入6份蒸馏水中，搅拌20min，其间用玻璃棒刮下粘附在杯壁上的粘附物；
试样浆搅拌均匀后，立即倒入干燥、清洁的100ml量筒至100ml刻度线处，并立即计时，读取1min混合液析出量V0。
计算
式中：
S—沉降稳定性，％；
V0—清水析出量，ml。
(2)滤失时间(滤失固结适用)
量取6份300ml蒸馏水，分别称取实施例1～4的堵漏剂和对比堵漏剂1(油井水泥)、对比堵漏剂2(高滤失堵漏剂3H)各90g备用，开启高速搅拌器在11000rpm下，将6种堵漏剂分别加入6份蒸馏水中，搅拌20min；其间用玻璃棒刮下粘附在杯壁上的粘附物。将配置完成试样浆搅拌均匀后倒入干燥、清洁的中压滤失仪浆杯中，盖紧滤失仪浆杯盖，在滤失仪下出口处放一个500ml的烧杯以接收滤液。将气源调至0.7MPa，并立即打开进气阀，同时开始计时，直到排放口有气体喷出，立即停止计时，记录滤失时间。取出泥饼，观察形成的塞子是否致密。
(3)酸溶率测试
将测试滤失时间时所得到滤饼于105±2℃下干燥2h后置于干燥器中冷却30min；称取已干燥的滤饼2g(精确至0.0001g)放入200ml烧杯中，加入(1+1)盐酸溶液50ml，用玻璃棒稍作搅拌加盖，待反应停止后，转入已干燥至恒重的玻璃砂芯漏斗中抽滤，用蒸馏水洗至无氯离子(用AgNO3溶液检验)，将玻璃砂芯漏斗置于恒温干燥箱中，在(105±2)℃下干燥3h。取出放入干燥器，冷却30min后称其质量。
计算
式中：
S—酸溶率，％；
m1—试样质量，g；
m2—玻璃砂芯漏斗质量，g；
m3—玻璃砂芯漏斗及残渣质量，g。
(4)稠化时间(整体固结)
量取6份300ml蒸馏水，放置在高速搅拌器上，分别称取实施例1～4的堵漏剂和对比堵漏剂1(油井水泥)、对比堵漏剂2(高滤失堵漏剂3H)各210g备用；开启搅拌器在11000rpm转速下，将6种堵漏剂加入6份蒸馏水中，搅拌20min，其间用玻璃棒刮下粘附在杯壁上的粘附物。
配置完成后倒入稠化试验机浆杯中，锁紧盖好后放入稠化试验机中，在100℃下测试；实验完成后读取曲线，稠化时间大于4小时，则成功，小于4小时则失败。
实验测试结果见表1。
表1实施例1～4的多功能固结堵漏剂性能测试对比实验
(5)水基钻井液配伍性实验
水基钻井液配方：4％膨润土浆+0.3％KPAM(大钾)+0.5％聚胺+1％PAC-LV+7％KCL+8％SMP-2(2型磺化酚醛树脂)+8％SPNH(褐煤树脂)+3％FT-1(磺化沥青)+2％RHJ-3(润滑剂)+3％QS-2(超细碳酸钙325目)+重晶石粉(密度加至1.4g/cm3)
表2水基钻井液流变性性能要求
水基钻井液配制方法：4％膨润土浆水化24h，按上述配方依次加入0.3％KPAM、0.5％聚胺、1％PAC-LV、7％KCL、8％SMP-2、8％SPNH、3％FT-1、2％RHJ-3、3％QS-2加完后搅拌30min，缓慢加入重晶石粉至体系密度为1.4g/cm3，搅拌30min，使用密度计测试密度。
分别量取按上述方法配制的水基钻井液7份各400ml，挂至高速搅拌器上，转速调整至11000rpm；分别称取实施例1～4的堵漏剂、对比堵漏剂1(油井水泥)、对比堵漏剂2(高滤失堵漏剂3H)各16.0g，在搅拌状态下分别加入6份水基钻井液中，剩余1份水基钻井液作为空白样，搅拌10min，搅拌完成后，将7份样品分别倒入老化罐中，放入滚子炉，在150℃下老化16h，测试其性能。测试结果见表3。
表3水基钻井液老化后流变性性能测试
根据上述配伍性实验，新型多功能固结堵漏剂加入水基钻井液后对水基钻井液流变性影响较小。
(6)钻井液多功能性测试
施工方式一：随钻加入(推荐加量3～5％)
(A)随钻堵漏浆基浆配制
量取5000ml蒸馏水放置在D90型低速搅拌器上，称取12.5g无水碳酸钠，在搅拌状态下加入，溶解后称取500g膨润土，在搅拌状态下缓慢加入避免结团，并搅拌20min；搅拌均匀后水化24h。
分别量取按上述方法配制的基浆3份各300ml，放置在高速搅拌器上，分别在3杯中加入实施例1的堵漏剂试样，加量分别加入3％、4％、5％的堵漏剂，转速调整至11000rpm在搅拌状态下加入样品，持续搅拌20min，即成试样浆，其间用玻璃棒刮下粘附在杯壁上的粘附物。按照相同配制方法，配制实施例2、3、4、对比样1、对比样2的试样浆。
(B)多功能固结堵漏剂承压能力测定
用杯体两端开口的高温高压滤失仪(GGS71-A型)作为测试仪器，不加滤纸将带有滤网(孔边长0.66mm)的钻井液杯底及阀杆安装固定好，不锁紧底部阀杆；向钻井液杯中加入500g粒径在20目-40目的干净河砂，用小铁棒将河砂插紧压实铺平；通过玻璃棒导流，缓慢、均匀地沿杯壁倒入上述试样浆，倒满后安装固定好钻井液杯顶盖及阀杆，锁紧顶部阀杆；将钻井液杯放入加热套内，将可调节的压力源连接顶部阀杆；打开气源，调节压力至0.7MPa，打开顶部阀杆，并开始计时，稳压15min后缓慢加压至3MPa，持续稳压15min，无滤失则承压成功。测试结果见表4。
表4多功能固结堵漏剂承压能力实验
施工方式二：滤失固结(推荐加量30～50％)
(A)滤失固结堵漏浆配制
分别量取3000ml清水各3份，放置D90型低速搅拌器上并开启搅拌器，分别称取30％、40％、50％实施例1的堵漏剂试样，在搅拌状态下分别加入3份清水中，持续搅拌30min，即成试样浆。按照相同配制方法，配制实施例2、3、4、对比样1、对比样2的试样浆。
(B)多功能固结堵漏剂滤失固结堵漏实验
将上述试样浆倒入QD-2型堵漏仪中，其缝板为2mm，锁紧后连接高压管汇，逐渐加压至5MPa，待出口无清水流出及出气后关闭进气口及气源，卸压后开盖，倒入按上述配伍性实验配制好的水基钻井液至刻度线，完成后关盖锁紧，连接气源，逐渐加压至5MPa，并稳压30min，期间无任何漏失，即为合格。测试结果见表5。
表5多功能固结堵漏剂滤失固结实验
施工方式三：整体固结(推荐加量70％)
(A)整体固结堵漏浆基浆配制
量取300ml清水，放置在高速搅拌器上，称取70％实施例1的堵漏剂试样，转速调整至11000rpm开启搅拌器并搅拌状态下加入样品，持续搅拌20min，即成试样浆，其间用玻璃棒刮下粘附在杯壁上的粘附物。按照相同配制方法，配制实施例2、3、4、对比样1、对比样2的试样浆。
(B)多功能固结堵漏剂封堵承压实验
按上述配方配置试样浆，量取70ml试验浆倒入填砂管中(规格：
)，锁紧后放入高温滚子炉内，温度设置为150℃，养护24小时；养护完成后取出，拧开填砂管两端丝堵，其中一端连接手摇泵，连接完成后放置在试验架上并固定；
使用手摇泵抽取清水，抽取完成后锁紧进水阀门，打开加压阀，开始加压，加压至10MPa，稳压30min，即为合格。测试结果见表6。
表6多功能固结堵漏剂整体固结封堵承压实验
综上所述，本发明的堵漏剂适用于各种水基钻井液体系，可作为随钻堵漏材料、快速滤失材料、整体固结材料三种施工方式来进行堵漏施工。目前施工现场配制可固化堵漏剂时一般需要起钻更换钻具组合及单独清洗一个罐来进行配置，且需使用清水作为基液来进行配制。而本发明可直接使用施工现场的水基钻井液作为基液来进行配置，无需清洗配制罐，不用起钻就可直接进行堵漏作业。配制的堵漏浆进入漏层后，能像水泥浆一样固结，且稠化时间可根据现场实际情况来进行调整；固结体为微膨胀体，且承压能力高，在进入漏层后有利于封堵裂缝，不易被破坏。本发明如用清水作为基液来进行配制，可以使用重晶石粉进行加重处理，保持密度和井浆一致。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种钻井液用多功能固结堵漏剂，其特征在于，包括如下质量百分比的组分：
无机矿物材料45-60％、纤维4-5％、固化剂15-20％、助滤剂5-10％、缓凝剂3-5％、膨胀剂5-10％、分散剂3-5％；
所述无机矿物材料为灰钙及活性氧化镁的混合物；
所述纤维为水镁石纤维，长径比为10～50：1，直径为0.5～15μm；
所述缓凝剂为粒径300目的硼砂；
所述膨胀剂为粒径200目的硫铝酸钙；
所述分散剂为粒径300目的聚羧酸固体粉末。
2.如权利要求1所述的钻井液用多功能固结堵漏剂，其特征在于，所述无机矿物材料是粒径均为200目的灰钙与活性氧化镁按照重量比0.5：1或者1：1的混合物。
3.如权利要求2所述的钻井液用多功能固结堵漏剂，其特征在于，所述固化剂为硫酸镁。
4.如权利要求2所述的钻井液用多功能固结堵漏剂，其特征在于，所述助滤剂为粒径200目的石灰粉。
5.如权利要求1-4任意一项所述的钻井液用多功能固结堵漏剂，其特征在于，将各组分混合均匀，即得到钻井液用多功能固结堵漏剂。
6.如权利要求1-4任意一项所述的钻井液用多功能固结堵漏剂，其特征在于，该堵漏剂采用清水或水基钻井液作基液直接配制成堵漏浆。
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