CN110878200B - 一种裂缝漏失地层高承压密度自适应堵漏材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油钻井材料技术领域，尤其是一种裂缝漏失地层高承压密度自适应堵漏材料，由高强度多孔材料、弹性多孔材料与填充材料组成，采用高强度多孔材料作为架桥材料，弹性多孔材料作为变形材料，高强度多孔材料形状不规则、表面粗糙、摩擦系数大，易于在裂缝内形成封堵架桥，裂缝漏失地层高承压密度自适应堵漏材料形成的封堵层承压能力高，可有效避免重复漏失或封堵失效的发生，同时高强度多孔材料与弹性海绵具有良好的密度自适应性，与钻井液适配性好，本发明针对裂缝性漏失地层能够进行有效封堵。

Description

一种裂缝漏失地层高承压密度自适应堵漏材料

技术领域

本发明属于石油钻井材料技术领域，特别涉及一种裂缝漏失地层高承压密度自适应堵漏材料。

背景技术

井漏是指在钻井、固井、测试或者修井等各种井下作业过程中，井筒内钻井液或其它工作流体在压差作用下漏入地层孔隙、裂缝等空间的现象。井漏是影响钻井作业安全的危害最严重的复杂情况之一，多数钻井过程中都有不同程度的漏失。严重的井漏会导致井内压力下降，影响正常钻进、引起井壁失稳、诱发地层流体涌入井筒并井喷，为油气资源勘探开发带来极大的困难。

据统计，天然裂缝性油气藏石油天然气产量占据了全世界石油天然气产量的一半以上，裂缝性油气藏将是未来油气增储上产的主攻方向之一。而裂缝性油气藏裂缝、溶蚀孔洞发育，导致承压能力低，在裂缝性地层钻完井作业中，极易发生漏失，故必须提高钻井液对裂缝性地层的防漏堵能力。现有技术普遍选用“桥接堵漏材料“进入地层漏失通道，在压力、温度或化学反应作用下，以机械堆积或化学生成物堆积的方法，形成具有一定机械强度的封堵层，从而起到封堵作用。但桥接堵漏材料若密度过小，会导致堵漏材料漂浮在钻井液液面；密度过大，会导致堵漏材料在钻井液中发生沉降。目前国内外堵漏材料按照形状可分为颗粒状、纤维状和片状堵漏。按照作用机理可分为桥接型堵漏材料、暂堵型堵漏材料、水泥速凝类堵漏材料、高失水堵漏材料、膨胀类堵漏材料、可固化型堵漏材料、复合材料堵漏材料等几种类型。

如发明专利201410164250.9《一种油气井钻井承压堵漏剂及其制备与应用》，公开了一种油气井钻井承压堵漏剂，以重量份数计，所述承压堵漏剂包括以下组分：弹性多孔材料纤维0.2～2.0份、云母粉1.0～4.0份、钙般土4.0～14.0份、油井水泥50.0～120.0份、磨细矿渣0.0～60.0份。制备方法为将上述所述组分按照比例混合搅拌配制即成。可用于油气井钻井承压堵漏，保证易漏失复杂地区钻井工程的顺利进行，增强封堵材料在裂缝性和大孔道复杂漏失层中的适应性和驻留性，帮助堵漏剂在漏失通道快速形成高强度的封堵层，从而有效提高承压堵漏强度和成功率。

发明专利201910151398.1《钻井液用裂缝性地层高弹性、高抗温堵漏剂及其制备方法》，公开了一种裂缝性地层高弹性、高抗温堵漏剂及其制备方法，以重量百分比计，所述堵漏剂包括以下组分：海绵纤维5％～25％、填充材料70％～85％、微纳米润滑剂1％～7％、粘度调节剂1％～5％。制备方法为将填充材料与纳微米润滑剂混合，再加入粘度调节剂混合，混合过程中控制粘度调节剂的混入速度，混合均匀，最后加入海绵纤维，搅拌至混合均匀。该堵漏剂配制方便，采用弹性材料作为骨架材料，易于进行裂缝内部，并在内部形成架桥，可有效提高堵漏成功率。

但综合来看，上述部分堵漏材料存在形成封堵后承压能力差，容易在高地应力压力条件下封堵失效；与裂缝匹配性差，不能针对多种类型漏失进行堵漏，特别是针对大型裂缝或溶洞性漏失，很难在漏层位置形成有效封堵；同时堵漏剂密度固定，与钻井液匹配性差，需要针对堵漏剂调整钻井液密度。

发明内容

针对上述现有技术不足，本发明提供了一种裂缝漏失地层高承压密度自适应堵漏材料，配制方便。采用高强度多孔材料作为架桥材料，弹性多孔材料作为变形材料，与不同钻井液密度的适应性好，易于在漏层位置形成封堵，可有效提高封堵裂缝成功率，有效避免重复漏失或封堵失效的发生。

综上所述，本发明所采取的技术方案是：

一种裂缝漏失地层高承压密度自适应堵漏材料，由高强度多孔材料、弹性多孔材料与填充材料组成，以重量份计，各组分的组成为：

高强度多孔材料 2～30；

弹性多孔材料 3～10；

填充材料 10～50。

上述的裂缝漏失地层高承压密度自适应堵漏材料，所述的高强度多孔材料为气孔状玄武岩颗粒，粒径为地层裂缝宽度的0.6～1.0倍。

上述的裂缝漏失地层高承压密度自适应堵漏材料，所述的填充材料为橡胶粒、方解石、石英砂中的一种或多种的组合物。

上述的裂缝漏失地层高承压密度自适应堵漏材料，所述的弹性多孔材料为聚氨酯海绵，其粒径为高强度多孔材料粒径的1.0～1.2倍。

上述的裂缝漏失地层高承压密度自适应堵漏材料，所述的填充材料粒径小于2/3倍弹性多孔材料的孔径，大于1/4倍弹性多孔材料的孔径。

本发明中弹性多孔材料的孔径按照现有方法如图形分析法进行测定，也可以采用其它能够测量其孔径的方法来测量。

将本发明的堵漏材料按照每100ml钻井液添加15-80g的方式添加至钻井液中，随后注入裂缝漏失层即可。

本发明一种裂缝漏失地层高承压密度自适应堵漏材料的有益效果是：

(1)一种裂缝漏失地层高承压密度自适应堵漏材料可在裂缝中形成高承压封堵层，在高地应力条件下可保持较好的完整性，可避免发生封堵失效；

(2)高强度多孔材料形状为不规则状、表面粗糙、摩擦系数高，易在裂缝中形成稳定架桥，同时高摩擦系数高强度多孔材料有利于捕获弹性多孔材料；

(3)高强度多孔材料与弹性多孔材料具有良好的密度自适应性，将其加入钻井液中，高强度多孔材料与弹性多孔材料均可以饱和钻井液，达到密度自适应的效果，可以使堵漏材料在钻井液中均匀分布；

(4)弹性多孔材料，具有良好的弹性，与裂缝具有较好的匹配性，有利于进入裂缝，到达高强度多孔材料架桥封堵处，被高摩擦系数的高强度多孔材料捕获。在压力作用下，弹性多孔材料压缩变形，排出钻井液液相并网住填充材料，填充材料、弹性多孔材料与高强度多孔材料形成网状致密封堵结构。

附图说明

图1为高强度多孔材料与弹性多孔材料协同作用封堵架桥示意图；

图2为充填后高强度多孔材料与弹性多孔材形成致密封堵示意图；

图3为裂缝漏失地层高承压密度自适应堵漏材料封堵实验结果图；

图4为裂缝封堵实物图；

图中：1裂缝，2填充材料，3高强度多孔材料，4高强度多孔材料孔隙，5弹性多孔材料，6弹性多孔材料孔隙，7井筒，8充填后高强度多孔材料，9充填后弹性多孔材料。

具体实施方式

参看图1，一种裂缝漏失地层高承压密度自适应堵漏材料，主要由高强度多孔材料3、弹性多孔材料5、填充材料2组成，随井筒7中钻井液进入裂缝1；高强度多孔材料3与弹性多孔材料5在裂缝1狭窄处协同作用形成架桥。

参看图2，高强度多孔材料3与弹性多孔材料5在裂缝1狭窄处协同作用形成架桥后高强度多孔材料孔隙4与弹性多孔材料孔隙6不断充填填充材料2，充填后高强度多孔材料8、充填后弹性多孔材料9与填充材料2共同形成致密封堵。

一、实施例

下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

实施例1，针对缝宽为4-5mm的裂缝层，本实施例提出的堵漏材料，由高强度多孔材料3、弹性多孔材料5、填充材料2组成，其中各组分重量百分比为：

高强度多孔材料 8；

弹性多孔材料 3；

填充材料 15。

具体的，称取粒径为3-4mm的气孔状玄武岩颗粒80g、粒径为3-4.5mm的聚氨酯泡沫30g和150g石英砂，其中，经过图像分析法测得聚氨酯泡沫的孔径为500μm-800μm，因此，本实施例中所选择石英砂的粒径为300μm-400μm，将三者混合均匀后，得到裂缝漏失地层高承压密度自适应堵漏材料，将混合料加入1000mL钻井液中即得堵漏液体。

实施例2，针对缝宽为4.5-5.5mm的裂缝层，本实施例提出的堵漏材料，由高强度多孔材料3、弹性多孔材料5、填充材料2组成，其中各组分重量百分比为：

高强度多孔材料 10；

弹性多孔材料 4；

填充材料 20。

具体的，称取100g粒径为3.5-4.2mm的气孔状玄武岩颗粒、40g粒径为3.7-4.4mm的聚氨酯泡沫和200g橡胶粒，其中，经过图像分析法测得聚氨酯泡沫的孔径为500μm-800μm，因此，本实施例中所选择橡胶粒的粒径为300μm-400μm，将三者混合均匀后，得到裂缝漏失地层高承压密度自适应堵漏材料，将混合料加入1000mL钻井液中即得堵漏液体。

实施例3，针对缝宽为3-4mm的裂缝层，本实施例提出的堵漏材料，一种裂缝漏失地层高承压密度自适应堵漏材料，由高强度多孔材料3、弹性多孔材料5、填充材料2组成，其中各组分重量百分比为：

高强度多孔材料 12；

弹性多孔材料 5；

填充材料 25；

具体的，称取120g粒径为2.8-3mm的气孔状玄武岩颗粒、50g粒径为3-3.4mm的聚氨酯泡沫和250g填充材料，本实施例中的填充材料是由1:1的石英砂和方解石组成，其中，经过图像分析法测得聚氨酯泡沫的孔径为500μm-800μm，因此，本实施例中所选择石英砂和方解石的粒径均为300μm-400μm，将三者混合均匀后，得到裂缝漏失地层高承压密度自适应堵漏材料，将混合料加入1000mL钻井液中即得堵漏液体。

二、性能测试

采用实施例1制得的实验液体进行封堵性能测试，测试过程及结果如下：

将缝宽为5mm的钢岩样放入夹持器中，施加围压至20MPa，将配好的实验液体加入工作液釜体，开启电动搅拌器，转速设置为150r/min，打开气瓶和釜体入口端调压阀，将釜体内的压力调至1.5MPa，1min后打开岩心出口端阀门，计量初始漏失量，待漏失量稳定后，以2.0MPa的梯度增加釜体内压力，各压力保持一定时间，计量累计漏失量，当釜体内的压力达到某一个压力点时，累计漏失量迅速增加，釜体中压力急剧下降，且未恢复，则认为裂缝封堵失败，停止实验，记录上一个压力点为封堵层的承压能力，图4为本发明堵漏材料在裂缝钢岩中形成封堵层的实物图。

最终的封堵压力曲线和漏失量累计曲线见图3，从图中可以看出，上述实验结果表明：裂缝漏失地层高承压密度自适应堵漏材料所形成的封堵层承压能力大于15MPa，高于现有堵剂的承压能力，证明本发明封堵效果良好。

上述具体实施方案已结合附图对本发明的方法进行详述，但是本发明并不限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，只要在不超过本发明的主旨范围内，可对实验条件与分析方法及对象进行灵活的变更，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种裂缝漏失地层高承压密度自适应堵漏材料，其特征在于，由高强度多孔材料、弹性多孔材料与填充材料组成，以重量份计，上述材料的加量为：

高强度多孔材料 2～30；

弹性多孔材料 3～10；

填充材料 10～50；

所述高强度多孔材料为气孔状玄武岩颗粒，粒径为地层裂缝宽度的0.6～1.0倍；

所述的弹性多孔材料为聚氨酯海绵，其粒径为高强度多孔材料粒径的1.0～1.2倍；

所述的填充材料粒径小于2/3倍弹性多孔材料的孔径，大于1/4倍弹性多孔材料的孔径。

2.根据权利要求1所述的一种裂缝漏失地层高承压密度自适应堵漏材料，其特征在于：所述的填充材料为橡胶粒、方解石、石英砂中的一种或多种的组合物。

Images