CN111087994B - 一种多级粒子网状胶结补壁工作液及其制备和施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于油气田钻井领域处理井下复杂的多级粒子网状胶结补壁工作液及其制备和施工方法，补壁工作液含有：40‑500目多级配颗粒、3‑12mm水分散纤维、多晶型固化材料、稳定剂、降失水剂、缓凝剂等组分，经过低速搅拌配浆后，泵送至地层，在压差的作用下：多级配颗粒进入地层微裂缝/微孔隙中，形成渗入层，起到封堵防塌功效；网状纤维在井壁上与钻井液共同形成韧性泥饼，称为交互层，降低失水，提高泥饼强度，固壁防塌兼具堵漏功效；多晶型固化材料在“大肚子”井眼处静止侯凝，补壁固化后重塑井眼，形成人造井壁，防止“大肚子”井段进一步垮塌，大幅缩小井径扩大率，提高钻井液环空返速及携岩效率，预防沉砂卡钻。

Description

一种多级粒子网状胶结补壁工作液及其制备和施工方法

技术领域

本发明属于石油钻井技术领域，具体涉及一种多级粒子网状胶结补壁工作液及其制备和施工方法。

背景技术

钻井生产过程中，钻遇复杂地层时，容易发生井壁失稳、剥落、地应力变形、渗漏等井下异常情况，尤其是深井、探井，尤为突出。如不及时进行治理，演变成井壁垮塌，①形成“大肚子”井眼，井径扩大率高达30-55％，钻屑无法携带出井，造成沉砂卡钻；②井筒中钻屑浓度增加，循环压耗增大，渗漏速度增加；③泥岩浸泡加剧，形成无法控制的周期性坍塌。

通过调整钻井液密度、粘度、抑制性等方法，可以适度改善井壁垮塌，但无法改变已经形成的“大肚子”井眼，无法提高地层承压能力。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，研发了一种多级粒子网状胶结补壁工作液及其制备和施工方法，达到封堵防塌、固壁防塌、重塑井眼等三重功效，大幅度降低井下复杂时效。

本发明所采用的技术方案如下：

一种多级粒子网状胶结补壁工作液，其特征在于，由以下质量百分数的物质组成：多级配颗粒16-20％、水分散纤维0.12-0.2％、多晶型固化材料41-45％、稳定剂0.8-1.2％、降失水剂1.3-2％、缓凝剂0.4-0.8％和清水33-38％。

优选地，所述多级配颗粒的粒径为40-500目，水分散纤维的纤维长度为 3-12mm。

进一步地，所述多级配颗粒由以下质量百分数的物质组成：48-55％硅微粉、 8-14％粉煤灰、15-20％凝聚硅灰、13-18％超细碳酸钙。

优选地，所述硅微粉的粒径为40-120目，粉煤灰的粒径为100-200目，凝聚硅灰的粒径为180-350目，超细碳酸钙的粒径为300-500目。

进一步地，所述多晶型固化材料由以下质量百分数的物质组成：16-20％重质氧化镁、9-12％无水氯化镁、8-10％铝酸三钙、12-18％铁铝酸四钙、33-40％硅酸三钙、13-16％硅酸二钙。

进一步地，所述水分散纤维优选聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维、二醋酯纤维、不锈钢纤维、芳族聚酰亚胺纤维中的一种或几种；

所述稳定剂优选聚丙烯酰胺、聚羧酸、九水硅酸钠、醛酮缩聚物中的一种或几种；

所述降失水剂优选丙烯酸共聚物、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、硫化钙、聚乙烯醇中的一种或几种。

所述缓凝剂优选改性淀粉、羟基乙叉二膦酸二钠中的一种或几种。

优选地，所述清水的矿化度＜1900ppm，清水的密度＜1.01g/cm³。

一种多级粒子网状胶结补壁工作液的制备方法，包括以下步骤，

S1.组装生产工艺设备：所述的生产工艺设备至少包括Ⅰ号立式罐、Ⅱ号立式罐和Ⅲ号立式罐，在Ⅰ号立式罐的底部侧壁上开设原料进出口，在Ⅰ号立式罐的顶部连接密闭管线一，将密闭管线一的另一端与Ⅱ号立式罐的顶部连通；在Ⅱ号立式罐的底部侧壁上连接密闭管线二，并将密闭管线二的另一端与Ⅲ号立式罐的底部侧壁连通；在Ⅲ号立式罐的顶部设置密闭管线三，并将密闭管线三的另一端与Ⅰ号立式罐的底部侧壁连通；

在所述的Ⅰ号立式罐内底部设置Ⅰ号鼓风机，Ⅱ号立式罐内顶部设置Ⅱ号鼓风机，Ⅲ号立式罐内底部设置Ⅲ号鼓风机；

S2.投料：将补壁工作液的固相原料即多级配颗粒、水分散纤维、多晶型固化材料、稳定剂、降失水剂及缓凝剂逐个按配方量投料至Ⅰ号立式罐内后，先通过Ⅰ号鼓风机向上的高速气流吹起，在互相混合的同时，吹入Ⅱ号立式罐内；再通过Ⅱ号鼓风机向下的的高速气流，将固体颗粒吹落，在互相混合的同时，吹入Ⅲ号立式罐内；再通过Ⅲ号鼓风机向上的高速气流，将固体颗粒吹起，在互相混合均匀的同时，吹入Ⅰ号立式罐内，如此为1个循环周期，反复混合2-3个循环周期后，得到混合均匀的固相混合物，将所述固相混合物由Ⅰ号立式罐的原料进出口抽出，装入灰罐车中；

S3.配制多级粒子网状胶结补壁工作液：将装有固相混合物的灰罐车运至钻井队，并利用固井车，将配方量的水与所述的固相材料混合均匀，即得所述的多级粒子网状胶结补壁工作液。

一种多级粒子网状胶结补壁工作液的施工方法，该补壁工作液的施工方法包括：

步骤a，根据地层温度，选择多级粒子网状胶结补壁工作液的原料配比，并配制多级粒子网状胶结补壁工作液；

步骤b，将光钻杆下至需要补壁的地层底界±30m范围内，以0.9-1.1m³/h的排量泵入15-25m³步骤a所制得的多级粒子网状胶结补壁工作液，再泵入钻井液进行替量，直到工作液在钻具内外的液面达到平衡，停止替浆，之后起钻至堵漏浆液面以上100m；

步骤c，开启泥浆泵，利用钻井液以34-38L/S的排量循环0.5-1h，给工作液施加1-3MPa的循环压耗，让工作液充分渗入地层；作业结束后，将所有钻具起出井筒；侯凝36-48h。

本发明的有益效果如下：

1.本发明所述的多级粒子网状胶结补壁工作液泵送至地层后，在压差的作用下，多级配颗粒进入地层微裂缝/微孔隙中，形成渗入层，防止滤液侵入地层，起到封堵防塌功效。

2.水分散纤维和多级配颗粒在井壁上与钻井液中的固相共同形成致密的韧性泥饼，称为交互层，抗冲刷能力强，降低压差性失水，提高泥饼强度，固壁防塌兼具防漏堵漏的能力。

3.多晶型固化材料和水分散纤维，在“大肚子”井眼处静止侯凝，补壁固化后重塑井眼，形成人造井壁，大幅降低井径扩大率，防止“大肚子”井段进一步垮塌，提高钻井液环空返速及携岩效率，预防沉砂卡钻。

4.多级配颗粒的粒度分布范围为：40-500目，从毫米级覆盖到微米级，分布范围广，与微裂缝的自主匹配度高；且所述多级配颗粒材料为刚性材料，耐压＞80MPa，耐温＞200℃，稳定性好。

5.水分散网状纤维，涵盖3mm、6mm、9mm、12mm四种规格，拉伸强度＞2.1GPa，裂解温度＞410℃，抗温能力＞200℃。

6.多晶型固化材料中，采用2种固化原理：①凝胶转换促凝固化过程，特点：早期强度高，强度维持周期长；②复合晶体晶型转型固化过程，特点：固化体具有韧性，抗拉、抗扭能力好。通过合理搭配两类晶型的固化优点，提高补壁工作液的强度、韧性和持久性。

7.本发明还提供了不同地层温度下多级粒子网状胶结补壁工作液的最优配比，钻井队可根据具体地地层温度优选施工方案，降本减耗，且针对性强。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述的生产工艺设备结构示意图；

图2为补壁工作液稠化时间曲线图。

附图标记说明：

1、Ⅰ号立式罐；2、Ⅱ号立式罐；3、Ⅲ号立式罐；4、Ⅰ号鼓风机；5、Ⅱ号鼓风机；6、Ⅲ号鼓风机；7、密闭管线一；8、密闭管线二；9、密闭管线三。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

若未特别指出，实施例中涉及到的百分号“％”均为质量百分数。

第一实施方式

本发明的第一实施方式提供了一种多级粒子网状胶结补壁工作液，由以下质量百分数的物质组成：多级配颗粒16-20％、水分散纤维0.12-0.2％、多晶型固化材料41-45％、稳定剂0.8-1.2％、降失水剂1.3-2％、缓凝剂0.4-0.8％和清水 33-38％。

本实施方式还保护了该补壁工作液的制备方法，包括以下步骤：

S1.组装生产工艺设备：所述的生产工艺设备至少包括Ⅰ号立式罐1、Ⅱ号立式罐2和Ⅲ号立式罐3，在Ⅰ号立式罐1的底部侧壁上开设原料进出口，在Ⅰ号立式罐1的顶部连接密闭管线一7，将密闭管线一7的另一端与Ⅱ号立式罐2的顶部连通；在Ⅱ号立式罐2的底部侧壁上连接密闭管线二8，并将密闭管线二8的另一端与Ⅲ号立式罐3的底部侧壁连通；在Ⅲ号立式罐3的顶部设置密闭管线三9，并将密闭管线三9的另一端与Ⅰ号立式罐1的底部侧壁连通；

在所述的Ⅰ号立式罐1内底部设置Ⅰ号鼓风机4，Ⅱ号立式罐2内顶部设置Ⅱ号鼓风机5，Ⅲ号立式罐3内底部设置Ⅲ号鼓风机6；

S2.投料：将所述配方量的多级配颗粒、水分散纤维、多晶型固化材料、稳定剂、降失水剂和缓凝剂逐个投料至Ⅰ号立式罐1内后，先通过Ⅰ号鼓风机4向上的高速气流吹起，在互相混合的同时，吹入Ⅱ号立式罐2内；再通过Ⅱ号鼓风机 5向下的的高速气流，将固体颗粒吹落，在互相混合的同时，吹入Ⅲ号立式罐3 内；再通过Ⅲ号鼓风机6向上的高速气流，将固体颗粒吹起，在互相混合均匀的同时，吹入Ⅰ号立式罐1内，如此为1个循环周期，反复混合2-3个循环周期后，得到混合均匀的固相混合物，所述固相混合物即为制备多级粒子网状胶结补壁工作液的固相原料；将所述固相混合物由Ⅰ号立式罐的原料进出口抽出，装入灰罐车中；

S3.配制多级粒子网状胶结补壁工作液：将装有固相混合物的灰罐车运至钻井队，并利用固井车，将配方量的水与所述的固相材料混合均匀，即得所述的多级粒子网状胶结补壁工作液。

本发明所述的多级粒子网状胶结补壁工作液泵送至地层后，在压差的作用下，多级配颗粒进入地层微裂缝/微孔隙中，形成渗入层，防止滤液侵入地层，起到封堵防塌功效。

第二实施方式

与第一实施方式不同的是，本实施方式提供了多级粒子网状胶结补壁工作液根据地层温度不同，配方原料的配比差异性，具体如下表1所示：

表1不同井温条件下，工作液各组分质量占比表

本实施方式还提供了多级粒子网状胶结补壁工作液的配制方法：

方法1：先将补壁工作液的所有固相组分(即多级配颗粒、水分散纤维、多晶型固化材料、稳定剂、降失水剂和缓凝剂)按配方量混合均匀得固相混合物，然后将所得固相混合物装入吨包袋中(含密封袋)，运至钻井队，利用钻井队的1个循环罐，先清罐，再注入对应配方量的清水，开启搅拌机，利用配浆漏斗将所需固相材料配制到循环罐中，常温配浆时间控制在3-6h。

方法2：先将补壁工作液的所有固相组分利用按配方量混合均匀得固相混合物，然后将所得固相混合物装入灰罐车中，运至钻井队，利用灰罐车和固井车，将表格中对应配方量的清水与所述固相混合物，在55-80r/min的转速下搅拌配制成补壁工作液，并泵送至漏层。

本实施方式还保护了多级粒子网状胶结补壁工作液的施工方法，包括：

步骤a，根据地层温度，选择多级粒子网状胶结补壁工作液的原料配比，并配制多级粒子网状胶结补壁工作液；

步骤b，将光钻杆下至需要补壁的地层底界±30m范围内，以0.9-1.1m³/h的排量泵入15-25m³步骤a所制得的多级粒子网状胶结补壁工作液，再泵入钻井液进行替量，直到工作液在钻具内外的液面达到平衡，停止替浆，之后起钻至堵漏浆液面以上100m；

步骤c，开启泥浆泵，利用钻井液以34-38L/S的排量循环0.5-1h，给工作液施加1-3MPa的循环压耗，让工作液充分渗入地层；作业结束后，将所有钻具起出井筒；侯凝36-48h。

需要说明的是，堵漏施工结束后，立即清罐及相关地面泵送管线。

本发明提供了不同地层温度下多级粒子网状胶结补壁工作液的最优配比，钻井队可根据具体地地层温度优选施工方案，可更方便快速准确地进行堵漏施工，降本减耗，且针对性强。

第三实施方式

在以上实施方式的基础上，进一步地，所述多级配颗粒由以下质量百分数的物质组成：48-55％硅微粉、8-14％粉煤灰、15-20％凝聚硅灰、13-18％超细碳酸钙。优选地，所述硅微粉的粒径为40-120目，粉煤灰的粒径为100-200目，凝聚硅灰的粒径为180-350目，超细碳酸钙的粒径为300-500目。因此，多级配颗粒的粒度分布范围为：40-500目，从毫米级覆盖到微米级，分布范围广，与微裂缝的自主匹配度高。且多级配颗粒材料为刚性材料，耐压＞80MPa，耐温＞200℃，稳定性好。

进一步地，所述水分散纤维优选聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维、二醋酯纤维、不锈钢纤维、芳族聚酰亚胺纤维中的一种或几种。水分散网状纤维的长度为 3-12mm，涵盖3/6/9/12mm四种规格，拉伸强度＞2.1GPa，裂解温度＞410℃，抗温能力＞200℃。

进一步地，所述多晶型固化材料由以下质量百分数的物质组成：16-20％重质氧化镁、9-12％无水氯化镁、8-10％铝酸三钙、12-18％铁铝酸四钙、33-40％硅酸三钙、13-16％硅酸二钙。值得一提的是，多晶型固化材料中，采用2种固化原理：①凝胶转换促凝固化过程，特点：早期强度高，强度维持周期长；②复合晶体晶型转型固化过程，特点：固化体具有韧性，抗拉、抗扭能力好。通过合理搭配两类晶型的固化优点，提高补壁工作液的强度、韧性和持久性。

进一步地，水分散纤维和多级配颗粒在井壁上与钻井液中的固相共同形成致密的韧性泥饼，称为交互层，抗冲刷能力强，降低压差性失水，提高泥饼强度，固壁防塌兼具防漏堵漏的能力。

水分散纤维和多晶型固化材料，在“大肚子”井眼处静止侯凝，补壁固化后重塑井眼，形成人造井壁，大幅降低井径扩大率，防止“大肚子”井段进一步垮塌，提高钻井液环空返速及携岩效率，预防沉砂卡钻。

进一步地，所述稳定剂优选聚丙烯酰胺、聚羧酸、九水硅酸钠、醛酮缩聚物中的一种或几种；所述聚丙烯酰胺优选阳离子型聚丙烯酰胺，其分子量为 800～1000万；聚羧酸的分子量为200～400万；醛酮缩聚物优选磺化丙酮甲醛缩聚物，其分子量为8000～45000。稳定剂可增加浆体的稠度，让浆体不分层、不分散，提高浆体稳定性。

具体地，所述降失水剂优选丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物、2-丙烯酰胺基-2- 甲基丙磺酸、硫化钙、聚乙烯醇中的一种或几种；所述丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物的分子量为1000～500000；降失水剂降低了工作液在高温高压作用下的失水，防止闪凝现象的发生，预防井下施工风险。

具体地，所述缓凝剂优选改性淀粉、羟基乙叉二膦酸二钠中的一种或二者的混合物。所述改性淀粉可以选自与水具有较佳亲和性的预胶化淀粉、氧化淀粉或糊精，该种改进淀粉推迟多晶型固化材料水化反应，从而延长工作液的凝结时间，使新配制的工作液较长时间保持塑性，利于泵送和井下施工，同时对固结体后期各项性能不会造成不良影响。

所述清水的密度＜1.01g/cm3，清水的矿化度应＜1900ppm，若清水矿化度过高，会加速工作液的凝结速度，造成工作液提前固化，诱发井下施工风险。

第四实施方式

本实施方式涉及一种多级粒子网状胶结补壁工作液，其配方如下表3所示：

表3

本实施方式还保护了多级粒子网状胶结补壁工作液的制备方法，包括以下步骤，

S1.组装生产工艺设备：所述的生产工艺设备至少包括Ⅰ号立式罐1、Ⅱ号立式罐2和Ⅲ号立式罐3，在Ⅰ号立式罐1的底部侧壁上开设原料进出口，在Ⅰ号立式罐1的顶部连接密闭管线一7，将密闭管线一7的另一端与Ⅱ号立式罐2的顶部连通；在Ⅱ号立式罐2的底部侧壁上连接密闭管线二8，并将密闭管线二8的另一端与Ⅲ号立式罐3的底部侧壁连通；在Ⅲ号立式罐3的顶部设置密闭管线三9，并将密闭管线三9的另一端与Ⅰ号立式罐1的底部侧壁连通；

在所述的Ⅰ号立式罐1内底部安装Ⅰ号鼓风机4，Ⅱ号立式罐2内顶部安装Ⅱ号鼓风机5，Ⅲ号立式罐3内底部安装Ⅲ号鼓风机6；

S2.投料：将表3中对应配方量的多级配颗粒、水分散纤维、多晶型固化材料、稳定剂、降失水剂和缓凝剂逐个投料至Ⅰ号立式罐1内后，先通过Ⅰ号鼓风机 4向上的高速气流吹起，在互相混合的同时，吹入Ⅱ号立式罐2内；再通过Ⅱ号鼓风机5向下的的高速气流，将固体颗粒吹落，在互相混合的同时，吹入Ⅲ号立式罐3内；再通过Ⅲ号鼓风机6向上的高速气流，将固体颗粒吹起，在互相混合均匀的同时，吹入Ⅰ号立式罐1内，如此为1个循环周期，反复混合2-3个循环周期后，得到混合均匀的固相混合物，将所述固相混合物由Ⅰ号立式罐的原料进出口抽出，装入灰罐车中；

S3.配制多级粒子网状胶结补壁工作液：将装有固相混合物的灰罐车运至钻井队，并利用固井车，将配方量的水与所述的固相混合物混合均匀，即得所述的多级粒子网状胶结补壁工作液。

本实施方式所得补壁工作液的性能如下：

本实施方式还保护了该多级粒子网状胶结补壁工作液的施工方法，包括：

步骤a，根据地层温度，选择多级粒子网状胶结补壁工作液的原料配比，并配制多级粒子网状胶结补壁工作液20m³；

步骤b，将光钻杆下至需要补壁的地层底界±30m范围内，以0.9-1.1m³/h的排量泵入18m³步骤a所制得的多级粒子网状胶结补壁工作液，再泵入钻井液进行替量，直到工作液在钻具内外的液面达到平衡，停止替浆，之后起钻至堵漏浆液面以上100m；

步骤c，开启泥浆泵，利用钻井液以38L/S的排量循环0.5-1h，给工作液施加1-3MPa的循环压耗，让工作液充分渗入地层；作业结束后，将所有钻具起出井筒；侯凝45h。

第五实施方式

本实施方式涉及一种多级粒子网状胶结补壁工作液，其配方如下表2所示：

表2

本实施方式还保护了多级粒子网状胶结补壁工作液的制备方法，包括以下步骤，

S1.组装生产工艺设备：所述的生产工艺设备至少包括Ⅰ号立式罐1、Ⅱ号立式罐2和Ⅲ号立式罐3，在Ⅰ号立式罐1的底部侧壁上开设原料进出口，在Ⅰ号立式罐1的顶部连接密闭管线一7，将密闭管线一7的另一端与Ⅱ号立式罐2的顶部连通；在Ⅱ号立式罐2的底部侧壁上连接密闭管线二8，并将密闭管线二8的另一端与Ⅲ号立式罐3的底部侧壁连通；在Ⅲ号立式罐3的顶部设置密闭管线三9，并将密闭管线三9的另一端与Ⅰ号立式罐1的底部侧壁连通；

在所述的Ⅰ号立式罐1内底部安装Ⅰ号鼓风机4，Ⅱ号立式罐2内顶部安装Ⅱ号鼓风机5，Ⅲ号立式罐3内底部安装Ⅲ号鼓风机6；

S2.投料：将表2中对应配方量的多级配颗粒、水分散纤维、多晶型固化材料、稳定剂、降失水剂和缓凝剂逐个投料至Ⅰ号立式罐1内后，先通过Ⅰ号鼓风机 4向上的高速气流吹起，在互相混合的同时，吹入Ⅱ号立式罐2内；再通过Ⅱ号鼓风机5向下的的高速气流，将固体颗粒吹落，在互相混合的同时，吹入Ⅲ号立式罐3内；再通过Ⅲ号鼓风机6向上的高速气流，将固体颗粒吹起，在互相混合均匀的同时，吹入Ⅰ号立式罐1内，如此为1个循环周期，反复混合2-3个循环周期后，得到混合均匀的固相混合物，将所述固相混合物由Ⅰ号立式罐的原料进出口抽出，装入灰罐车中；

S3.配制多级粒子网状胶结补壁工作液：将装有固相混合物的灰罐车运至钻井队，并利用固井车，将配方量的水与所述的固相混合物混合均匀，即得所述的多级粒子网状胶结补壁工作液。

本实施方式所得补壁工作液的性能如下：

如图2所示，本实施方式所配制的工作液，在温度110℃、压力50MPa、升温升压时间为50min的条件下，稠化时间为306min。

本实施方式还保护了该多级粒子网状胶结补壁工作液的施工方法，包括：

步骤a，根据地层温度，选择多级粒子网状胶结补壁工作液的原料配比，并配制多级粒子网状胶结补壁工作液22m³；

步骤b，将光钻杆下至需要补壁的地层底界±30m范围内，以0.9-1.1m³/h的排量泵入20m³步骤a所制得的多级粒子网状胶结补壁工作液，再泵入钻井液进行替量，直到工作液在钻具内外的液面达到平衡，停止替浆，之后起钻至堵漏浆液面以上100m；

步骤c，开启泥浆泵，利用钻井液以34L/S的排量循环0.5-1h，给工作液施加1-3MPa的循环压耗，让工作液充分渗入地层；作业结束后，将所有钻具起出井筒；侯凝40h。

第六实施方式

本实施方式涉及一种多级粒子网状胶结补壁工作液，其配方如下表4所示：

表4

本实施方式还保护了多级粒子网状胶结补壁工作液的制备方法，包括以下步骤，

S1.组装生产工艺设备：所述的生产工艺设备至少包括Ⅰ号立式罐1、Ⅱ号立式罐2和Ⅲ号立式罐3，在Ⅰ号立式罐1的底部侧壁上开设原料进出口，在Ⅰ号立式罐1的顶部连接密闭管线一7，将密闭管线一7的另一端与Ⅱ号立式罐2的顶部连通；在Ⅱ号立式罐2的底部侧壁上连接密闭管线二8，并将密闭管线二8的另一端与Ⅲ号立式罐3的底部侧壁连通；在Ⅲ号立式罐3的顶部设置密闭管线三9，并将密闭管线三9的另一端与Ⅰ号立式罐1的底部侧壁连通；

在所述的Ⅰ号立式罐1内底部安装Ⅰ号鼓风机4，Ⅱ号立式罐2内顶部安装Ⅱ号鼓风机5，Ⅲ号立式罐3内底部安装Ⅲ号鼓风机6；

S2.投料：将表4中对应配方量的多级配颗粒、水分散纤维、多晶型固化材料、稳定剂、降失水剂和缓凝剂逐个投料至Ⅰ号立式罐1内后，先通过Ⅰ号鼓风机 4向上的高速气流吹起，在互相混合的同时，吹入Ⅱ号立式罐2内；再通过Ⅱ号鼓风机5向下的的高速气流，将固体颗粒吹落，在互相混合的同时，吹入Ⅲ号立式罐3内；再通过Ⅲ号鼓风机6向上的高速气流，将固体颗粒吹起，在互相混合均匀的同时，吹入Ⅰ号立式罐1内，如此为1个循环周期，反复混合2-3个循环周期后，得到混合均匀的固相混合物，将所述固相混合物由Ⅰ号立式罐的原料进出口抽出，装入灰罐车中；

S3.配制多级粒子网状胶结补壁工作液：将装有固相混合物的灰罐车运至钻井队，并利用固井车，将配方量的水与所述的固相混合物混合均匀，即得所述的多级粒子网状胶结补壁工作液。

本实施方式所得补壁工作液的性能如下：

本实施方式还保护了该多级粒子网状胶结补壁工作液的施工方法，包括：

步骤a，根据地层温度，选择多级粒子网状胶结补壁工作液的原料配比，并配制多级粒子网状胶结补壁工作液20m³；

步骤b，将光钻杆下至需要补壁的地层底界±30m范围内，以0.9-1.1m³/h的排量泵入20m³步骤a所制得的多级粒子网状胶结补壁工作液，再泵入钻井液进行替量，直到工作液在钻具内外的液面达到平衡，停止替浆，之后起钻至堵漏浆液面以上100m；

步骤c，开启泥浆泵，利用钻井液以34L/S的排量循环0.5-1h，给工作液施加1-3MPa的循环压耗，让工作液充分渗入地层；作业结束后，将所有钻具起出井筒；侯凝40h。

第七实施方式

本实施方式在苏里格中西部探井区，对驿探1井进行补壁作业，表5为驿探1井地质的分层分析：

表5

该井为边缘深探井，钻穿和尚沟后，出现接单根、起钻遇阻现象，井径扩大率＞38％，说明该井段井壁垮塌，存在“大肚子”井眼，通过工程划眼、钻井液性能调整等措施，有所改善，但无法达到继续钻进的条件。

采用多级粒子网状胶结补壁工作液进行施工，具体实施步骤如下：

步骤1：采用灰罐车和固井车制备补壁工作液15m³，其中补壁工作液的原料配方详见表6，

表6驿探1井补壁工作液的原料配方

步骤2：光钻杆下深至5280m，利用固井车将15m³工作液以0.9-1.1m³/h的排量泵送至井筒，利用钻井液顶替平衡后，起钻至4800m，用钻井液以36L/S 的排量循环0.8h，起钻，侯凝42h。

进一步地，步骤1所配制的补壁工作液的性能如下表7所示表7驿探1井补壁工作液性能

综上，在5094-5269m采用多级粒子网状胶结补壁工作液及其施工方法后，井下恢复正常，井径扩大率13％，降幅达65.8％，修复井壁功能显著，封堵防塌能力也得到很好的体现。

第八实施方式

本实施方式在苏里格中西部探井区，对忠5井进行补壁作业。

该井为边缘深探井，钻至4760m，地层：乌拉力克，出现接单根遇阻，扭矩异常增大，打倒车，伴随1.5-2m³/h的渗漏。在4530-4754m采用多级粒子网状胶结补壁工作液及其施工方法后，恢复正常钻进，起下钻顺畅，漏速由 1.5-2m³/h降至0，说明工作液封堵防塌功能良好，兼具改善压差性渗漏的效果。

具体实施步骤如下：

步骤1：采用灰罐车和固井车制备补壁工作液17m³，其中补壁工作液的原料配方详见表8，表9为补壁工作液的性能。

表8忠5井补壁工作液的原料配方

表9忠5井补壁工作液的性能

步骤2：光钻杆下深至4754m，利用固井车将17m³工作液以0.9-1.1m³/h的排量泵送至井筒，利用钻井液顶替平衡后，起钻至4200m，用钻井液以35L/S 的排量循环0.6h，起钻，侯凝36h。

第九实施方式

本实施方式在苏里格中西部探井区，对忠平1井进行补壁作业。

该井为边缘深探井，钻至2963m，地层：刘家沟，出现接单根遇阻，扭矩异常增大，打倒车，伴随5-10m³/h的小漏。在2736-2980m采用多级粒子网状胶结补壁工作液及其施工方法后，恢复正常钻进，起下钻顺畅，漏速由5-10m³/h 降至0.5m³/h，说明工作液封堵防塌功能良好，兼具堵漏的效果。

具体实施步骤如下：

步骤1：采用灰罐车和固井车制备补壁工作液17m³，其中补壁工作液的原料配方详见表10，表11为补壁工作液的性能。

表10忠平1井补壁工作液的原料配方

表11忠平1井补壁工作液的性能

步骤2：光钻杆下深至2980m，利用循环罐配制25m³工作液以1.1m³/h的排量泵送至井筒，利用钻井液顶替平衡后，起钻至2360m，用钻井液以34L/S的排量循环1h，起钻，侯凝39h。

以上各实施例没有详细叙述的方法和结构属本行业的公知常识，这里不一一叙述。所涉及的相关材料或成品，市面均有售。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多级粒子网状胶结补壁工作液，其特征在于，由以下质量百分数的物质组成：多级配颗粒16-20%、水分散纤维0.12-0.2%、多晶型固化材料41-45%、稳定剂0.8-1.2%、降失水剂1.3-2%、缓凝剂0.4-0.8%和清水33-38%；

所述多级配颗粒由以下质量百分数的物质组成：48-55%硅微粉、8-14%粉煤灰、15-20%凝聚硅灰、13-18%超细碳酸钙；

所述多晶型固化材料由以下质量百分数的物质组成：16-20%重质氧化镁、9-12%无水氯化镁、8-10%铝酸三钙、12-18%铁铝酸四钙、33-40%硅酸三钙、13-16%硅酸二钙；

所述稳定剂为聚丙烯酰胺、聚羧酸、九水硅酸钠、醛酮缩聚物中的一种或几种；

所述降失水剂为丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物、聚乙烯醇中的一种或几种；

所述缓凝剂为改性淀粉、羟基乙叉二膦酸二钠中的一种或二者的混合物；

所述硅微粉的粒径为40-120目，粉煤灰的粒径为100-200目，凝聚硅灰的粒径为180-350目，超细碳酸钙的粒径为300-500目；

所述多级配颗粒材料为刚性材料，耐压＞80MPa，耐温＞200℃；

所述水分散纤维包括3mm、6 mm、9 mm、12mm四种规格，水分散纤维的拉伸强度＞2.1GPa，裂解温度＞410℃，抗温能力＞200℃；

所述清水的矿化度＜1900ppm。

2.根据权利要求1所述的一种多级粒子网状胶结补壁工作液，其特征在于：所述水分散纤维为聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维、二醋酯纤维、不锈钢纤维、芳族聚酰亚胺纤维中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种多级粒子网状胶结补壁工作液，其特征在于：所述清水的密度＜1.01g/cm³。

4.根据权利要求1所述的一种多级粒子网状胶结补壁工作液，其特征在于，在50-65℃的井温条件下，多级粒子网状胶结补壁工作液由以下质量百分数的物质组成：多级配颗粒18-20%、水分散纤维0.16-0.2%、多晶型固化材料44-45%、稳定剂0.8-1.0%、降失水剂1.3-1.5%、缓凝剂0.4%和清水33-35%。

5.根据权利要求1所述的一种多级粒子网状胶结补壁工作液，其特征在于，在65-80℃的井温条件下，多级粒子网状胶结补壁工作液由以下质量百分数的物质组成：多级配颗粒17-18%、水分散纤维0.16-0.2%、多晶型固化材料44-45%、稳定剂0.8-1.0%、降失水剂1.5-1.7%、缓凝剂0.4-0.5%和清水33-35%。

6.根据权利要求1所述的一种多级粒子网状胶结补壁工作液，其特征在于，在80-95℃的井温条件下，多级粒子网状胶结补壁工作液由以下质量百分数的物质组成：多级配颗粒18-19%、水分散纤维0.16-0.2%、多晶型固化材料43-44%、稳定剂1.0-1.1%、降失水剂1.7-1.8%、缓凝剂0.5-0.6%和清水35-37%。

7.根据权利要求1所述的一种多级粒子网状胶结补壁工作液，其特征在于，在95-110℃的井温条件下，多级粒子网状胶结补壁工作液由以下质量百分数的物质组成：多级配颗粒19-20%、水分散纤维0.12-0.16%、多晶型固化材料42-43%、稳定剂1.0-1.1%、降失水剂1.8-2%、缓凝剂0.6-0.8%和清水35-37%。

8.根据权利要求3所述的一种多级粒子网状胶结补壁工作液，其特征在于，在110-130℃的井温条件下，多级粒子网状胶结补壁工作液由以下质量百分数的物质组成：多级配颗粒19-20%、水分散纤维0.12-0.16%、多晶型固化材料41-42%、稳定剂1.1-1.2%、降失水剂1.8-2%、缓凝剂0.6-0.8%和清水37-38%。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种多级粒子网状胶结补壁工作液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1.组装生产工艺设备：所述的生产工艺设备至少包括Ⅰ号立式罐（1）、Ⅱ号立式罐（2）和Ⅲ号立式罐（3），在Ⅰ号立式罐（1）的底部侧壁上开设原料进出口，在Ⅰ号立式罐（1）的顶部连接密闭管线一（7），将密闭管线一（7）的另一端与Ⅱ号立式罐（2）的顶部连通；在Ⅱ号立式罐（2）的底部侧壁上连接密闭管线二（8），并将密闭管线二（8）的另一端与Ⅲ号立式罐（3）的底部侧壁连通；在Ⅲ号立式罐（3）的顶部设置密闭管线三（9），并将密闭管线三（9）的另一端与Ⅰ号立式罐（1）的底部侧壁连通；

在所述的Ⅰ号立式罐（1）内底部设置Ⅰ号鼓风机（4），Ⅱ号立式罐（2）内顶部设置Ⅱ号鼓风机（5），Ⅲ号立式罐（3）内底部设置Ⅲ号鼓风机（6）；

S2.投料：将补壁工作液的固相原料即多级配颗粒、水分散纤维、多晶型固化材料、稳定剂、降失水剂及缓凝剂逐个按配方量投料至Ⅰ号立式罐（1）内后，先通过Ⅰ号鼓风机（4）向上的高速气流吹起，在互相混合的同时，吹入Ⅱ号立式罐（2）内；再通过Ⅱ号鼓风机（5）向下的高速气流，将固体颗粒吹落，在互相混合的同时，吹入Ⅲ号立式罐（3）内；再通过Ⅲ号鼓风机（6）向上的高速气流，将固体颗粒吹起，在互相混合均匀的同时，吹入Ⅰ号立式罐（1）内，如此为1个循环周期，反复混合2-3个循环周期后，得到混合均匀的固相混合物，将所述固相混合物由Ⅰ号立式罐的原料进出口抽出，装入灰罐车中；

S3.配制多级粒子网状胶结补壁工作液：将装有固相混合物的灰罐车运至钻井队，并利用固井车，将配方量的水与所述的固相混合物混合均匀，即得所述的多级粒子网状胶结补壁工作液。

10.根据权利要求1-8所述的一种多级粒子网状胶结补壁工作液的施工方法，其特征在于，该补壁工作液的施工方法包括：

步骤a，根据地层温度，选择多级粒子网状胶结补壁工作液的原料配比，并配制多级粒子网状胶结补壁工作液；

步骤b，将光钻杆下至需要补壁的地层底界±30m范围内，以0.9-1.1m³/h的排量泵入15-25m³步骤a所制得的多级粒子网状胶结补壁工作液，再泵入钻井液进行替量，直到工作液在钻具内外的液面达到平衡，停止替浆，之后起钻至堵漏浆液面以上100m；

步骤c，开启泥浆泵，利用钻井液以34-38L/S的排量循环0.5-1h，给工作液施加1-3MPa的循环压耗，让工作液充分渗入地层；作业结束后，将所有钻具起出井筒；侯凝36-48h。

Images