CN111690388A - 一种抗高温应急堵漏材料及其应用 - Google Patents

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刘书杰
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邱正松
赵欣
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Abstract

本发明公开了一种抗高温应急堵漏材料及其应用，包括不同目数以下质量份的组分：刚性碳酸钙颗粒4～20份，弹性石墨颗粒4～6份，云母片0～3份，抗高温纤维0.15～0.4份。本发明提供的应急堵漏配方针对深层高温区块，根据不同漏失程度可自行调整抗高温堵漏剂加量、目数进行封堵；具有良好的承压能力，同时气体返排压力较低，酸溶效果良好，可满足现场高温堵漏要求。

Description

一种抗高温应急堵漏材料及其应用
技术领域
本发明涉及石油开采领域，具体涉及一种抗高温应急堵漏材料及其应用。
背景技术
井漏是在石油勘探开发作用过程中，井内流体在压差作用下由井筒漏失到地层中的一种井下复杂情况，该复杂情况在钻完井过程中普遍存在。井漏不仅会延长钻井周 期、增加钻井成本，还有可能造成卡钻、井喷、井壁失稳等一系列问题。堵漏材料是 堵漏作业的重要因素，其性能优劣和匹配能力直接决定了堵漏的成功率。常见堵漏材 料主要包括桥接堵漏材料、高失水堵漏材料、暂堵性堵漏材料、化学堵漏材料、无机 凝胶堵漏材料和软硬赛堵漏材料等。其中，桥接暂堵材料使用方便、安全可靠、适应 范围广且成功率高，是现场应用的主要堵漏材料。由于地层实际情况复杂多变，很难 准确判断，常需调整多种桥接堵漏材料颗粒级配、比例复配，并经过多次堵漏才能有 效封堵漏层。
通过文献检索，国内外针对常规堵漏材料的研究较多，但由于其耐温性不够，制约了深层高温堵漏技术的发展。
中国专利CN110872500A(申请号：201911324408.3，名称：一种沥青层漏失堵漏浆)公布了一种沥青层漏失堵漏浆。其技术方案是包括以下重量份的组分制成：清水 100；膨润土2-8；纯碱0.2-0.8；生物聚合物XC 0.1-0.6；聚阴离子纤维素LV-PAC 0.1-0.8； 羟丙基瓜尔胶0.1-3；凝结复合封堵剂0.5-6；可压缩高弹性堵漏剂2-10；防漏堵漏填 充剂1-10；防漏堵漏悬浮携带剂0.1-5；防漏堵漏密度调节剂1-6；堵漏增强剂1-6； 高强度固结堵漏剂1-6；膨胀固结型堵漏剂2-8；防漏堵漏加固剂0.1-6；十二烷基三甲 基氯化铵0.1-1，山梨醇酐单油酸酯(SP-80)1-5；烷基酚与环氧乙烷缩合物(OP-10) 1-3。该发明的堵漏浆可抗沥青污染，强度较高，密度范围可调，在150℃沥青层具有 良好的堵漏效果。但其堵漏材料200℃及以上的抗温性不足，无法满足深井、超深井 的高温堵漏要求。
中国专利CN111040748A(申请号：201911324439.9，名称：一种低密度高桥塞堵 漏浆)公开了一种低密度高桥塞堵漏浆，其重量份数的组分组成：清水100份，膨润 土2-8份，纯碱0.2-0.8份，防漏堵漏密度调节剂2-15份，可压缩高弹性堵漏剂2-10 份，多功能连接桥堵剂3-15份，防漏堵漏悬浮携带剂2-10份，堵漏承压剂15-30份， 堵漏增韧剂3-10份，防漏堵漏提黏剂0.1-5份。该发明的堵漏浆密度低、架桥能力强， 滞留性能好，封堵率高，易在严重漏失孔道中形成网架结构。但其未考虑堵漏材料的 抗高温性能，无法满足深层高温堵漏技术要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种抗高温应急堵漏材料及其应用，针对深层高温区块，根据不同漏失程度可自行调整抗高温堵漏剂加量、目数进行封堵，具有良 好的承压能力，同时气体返排压力较低，酸溶效果良好，可满足现场高温堵漏要求。
本发明所提供的抗高温应急堵漏材料，由如下质量份的组分组成：
刚性碳酸钙颗粒4～20份，弹性石墨颗粒4～6份，云母片0～3份，抗高温纤维0.15～0.4 份。
所述应急堵漏是指现场漏失情况发生时进行的堵漏；
上述抗高温应急堵漏材料中，所述刚性碳酸钙颗粒，其目数为5～160目，具有较好的扛高温能力，220℃高温老化后，质量损失率较小，粒度降级及破碎率较小，抗压 强度较大，可满足高温堵漏要求；
上述抗高温应急堵漏材料中，所述弹性石墨颗粒的目数为20～160目，220℃高温老化后，质量损失率较小，抗压强度较大，可满足高温堵漏要求；
上述抗高温应急堵漏材料中，所述云母片，其目数为20～40目，具有较好的抗高温能力，220℃高温老化后，质量损失率较小，粒度降级及破碎率较小，抗压强度较大， 可满足高温堵漏要求；
上述抗高温应急堵漏材料中，所述抗高温纤维，其长度为3～12mm，具有较好的 抗高温能力，220℃高温老化后，断裂强度保持率在80％以上，可满足高温堵漏要求。
根据不同漏失程度可自行调整抗高温堵漏材料各组分的加量及目数进行封堵，
针对“小漏”，所述抗高温应急堵漏材料具体可由如下质量份的组分组成：刚性碳酸钙颗粒(20～160目)11份，弹性石墨颗粒(40～160目)4份，抗高温纤维(3mm) 0.15份；
针对“中漏”，所述抗高温应急堵漏材料具体可由如下质量份的组分组成：刚性碳酸钙颗粒(10～160目)16份，弹性石墨颗粒(20～160目)6份，抗高温纤维(3mm) 0.25份；
针对“大漏”，所述抗高温应急堵漏材料具体可由如下质量份的组分组成：刚性碳酸钙颗粒(8～10目)4份，刚性碳酸钙颗粒(10～160目)14份，弹性石墨颗粒(10～160 目)5份，云母片(20～40目)2份，抗高温纤维(6mm)0.4份；
针对“严重漏失”，所述抗高温应急堵漏材料具体可由如下质量份的组分组成：刚性碳酸钙颗粒(5～10目)4份，刚性碳酸钙颗粒(10～160目)15份，弹性石墨颗粒 (10～160目)6份，抗高温纤维(12mm)0.3份。
上述抗高温应急堵漏材料在深层高温堵漏中的应用也属于本发明的保护范围。
所述应用中，抗高温应急堵漏材料抗温可达220℃，封堵承压能力均大于16MPa。
本发明还提供一种上述抗高温应急堵漏材料的使用方法。
本发明所提供的利用上述抗高温应急堵漏材料进行堵漏的方法，包括：
将基浆(本领域常用的预水化后钠基膨润土基浆)倒入泥浆罐，提比重至设计密度，加入CMC-HV提高基浆粘度，依次加入上述抗高温应急堵漏材料堵漏材料配制堵 漏浆；使用小排量泵入井内，保证堵漏浆能够封闭漏失井段；待堵漏段塞循环返出后， 通过使用振动筛将井浆中未起作用的大的刚性颗粒筛除，防止其进入泥浆罐影响后续 施工。
所述方法还可进一步包括采用上述抗高温应急堵漏材料后，采用气体返排解堵或酸溶解堵；
其中，气体返排解堵的压力小于1.1MPa；酸溶率大于70％。
本发明根据大量优化实验，优化出针对“小漏”、“中漏”、“大漏”和“严重漏失” 四种不同漏速情况的四套抗高温封堵配方，其抗温可达220℃，封堵承压能力均大于 16MPa。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1.本发明的抗高温应急堵漏配方，其堵漏材料抗温性均可达220℃，满足深层高温堵漏要求；
2.本发明的抗高温应急堵漏配方，其承压能力大于16MPa，满足高承压堵漏技术要求；
3.本发明的抗高温应急堵漏配方，其气体返排解堵压力较低，酸溶性大于70％，满足堵漏解堵后的生成需求；
4.本发明的抗高温应急堵漏配方，针对不同漏失提出了相应现场应急堵漏措施，形成了堵漏工艺施工技术方案。
附图说明
图1为本发明实施例1、2、3和4的不同封堵配方实物图。
图2为本发明实施例1、2、3和4的不同封堵配方酸溶后实物图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
本发明下述实施例中的刚性碳酸钙颗粒，弹性石墨颗粒，云母片，抗高温纤维均购买于东营市石大创新科技有限责任公司
实施例1、
配制的“小漏”情况抗高温应急堵漏配方，包括下述质量份的组分：
刚性碳酸钙颗粒(20～160目)11份，弹性石墨颗粒(40～160目)4份，抗高温纤 维(3mm)0.15份。
实施例2
配制的“中漏”情况抗高温应急堵漏配方，包括下述质量份的组分：
刚性碳酸钙颗粒(10～160目)16份，弹性石墨颗粒(20～160目)6份，抗高温纤 维(3mm)0.25份。
实施例3
配制的“大漏”情况抗高温应急堵漏配方，包括下述质量份的组分：
刚性碳酸钙颗粒(8～10目)4份，刚性碳酸钙颗粒(10～160目)14份，弹性石墨 颗粒(10～160目)5份，云母片(20～40目)2份，抗高温纤维(6mm)0.4份。
实施例4
配制的“严重漏失”情况抗高温应急堵漏配方，包括下述质量份的组分：
刚性碳酸钙颗粒(5～10目)4份，刚性碳酸钙颗粒(10～160目)15份，弹性石墨 颗粒(10～160目)6份，抗高温纤维(12mm)0.3份。
下面对实施例1、2、3、4制备的抗高温应急堵漏配方进行测试。
1.承压能力测试
采用长裂缝封堵模拟实验装置，模拟井下堵漏过程，倒入2L堵漏浆，夹持楔形长裂缝模块，加环压至15MPa，升温至所需温度，加1MPa回压防止液体爆沸，控制活 塞逐步增压，评价不同实施例承压能力及漏失量，实验结果如表1所示。结果表明， 四个实施例承压能力均大于16MPa，具有高承压特性，满足深层井底高承压堵漏要求。
表1不同封堵配方承压能力及滤失量测试结果(质量体积分数，比如11％指100mL含11g)
Figure BDA0002585156180000041
Figure BDA0002585156180000051
备注：SCC刚性碳酸钙颗粒，RGC弹性石墨颗粒，MIC云母片，SDHTF-1抗高温纤维。
2.气体返排解堵测试
对不同实施例进行气体返排解堵实验测试，在长裂缝封堵实验完成后，反向加一气压，测量堵漏配方解堵时的气体返排解堵压力，实验结果如表2所示。结果表明， 各配方气体返排解堵压力均小于1.1MPa，较小的返排压力可满足实际生产中地层的解 堵要求。
表2不同封堵配方返排解堵测试结果
堵漏配方 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
返排压力/MPa 1.1 1.0 0.8 0.6
3.酸溶性测试
对不同实施例进行酸溶性测试，配制质量分数为15％的土酸(12％盐酸+3％氢氟酸)置于烧杯中，取10g堵漏材料浸泡于土酸中，搅拌10min使其充分接触，反应2h 后，过筛、洗涤、烘干，测定剩余质量，计算酸溶率。实验结果如表3和图2所示。 结果表明，各封堵配方酸溶率均大于70％，酸溶解堵效果较好，可满足酸化解堵后的 生产需求。
表3不同封堵配方酸溶实验结果
堵漏配方 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
酸溶率/％ 73.9 74.3％ 80.6％ 87.1％
4.现场应急堵漏措施
通过实验装置裂缝开度模拟现场钻井不同漏失速率，并给出各漏失类型建议堵漏措施，不同漏失速率与裂缝开度对应情况如表4所示。
在“小漏”情况下，建议采用随钻防漏方法，随钻防漏配方为11％SCC(20～160 目)+4％RGC(40～160目)+0.15％SDHTF-1(长3mm)。如果受到钻井液固相要求的 限制，可采用随钻段塞防漏工艺，即提前准备或隔开一个泥浆罐，按照随钻防漏配方， 配制随钻段塞防漏浆，在钻入潜在漏层后，如发生钻时加快或微量泥浆漏失等情况， 立即注入随钻防漏浆进行防漏，并每隔一定的时间间隔注入一段段塞，保证随钻防漏 效果。
在“中漏”情况下，先适当降低排量，控制钻速，试钻进。若漏速降低明显或不 漏，逐渐提高排量钻进；若降排量后漏速不减，优先采用随钻堵漏技术措施；若随钻 堵漏后漏失速度未减小，则采用随钻段塞堵漏工艺，具体配方为11％SCC(20～160目) +4％RGC(40～160目)+0.15％SDHTF-1(长3mm)；密切观察漏失情况，对比随钻段 塞堵漏浆出钻头前后漏失量的变化，若漏失明显减轻或停止漏失，则保持随钻防漏材 料浓度，恢复钻进；若漏失未缓解或效果不明显，则重复注入段塞或提高段塞浓度。 若提高段塞堵漏浆浓度并多次段塞堵漏后，井漏未得到明显缓解，采用静止堵漏，具 体配方为16％SCC(10～160目)+6％RGC(20～160目)+0.25％SDHTF-1(长3mm)。
在“大漏”情况下，建议采用静置堵漏工艺，具体配方为4％SCC(8～10目)+14％SCC(10～160目)+5％RGC(10～160目)+2％MIC(20～40目)+0.4％SDHTF-1(长6mm)； 下钻到漏层底部，注入静止堵漏浆，循环顶替至完全封闭漏层，然后起钻至套管内， 进行静置堵漏。
在“严重漏失”情况下，迅速起钻至安全井段后，配制静止堵漏浆进行静止堵漏。具体配方为4％SCC(5～10目)+15％SCC(10～160目)+6％RGC(10～160目)+3％MIC (20～40目)+0.3％SDHTF-1(长12mm)；若堵漏无效，进行高浓度堵漏浆堵漏；若 多次静止堵漏失效，建议采用“静止堵漏浆+水泥浆”复合堵漏工艺。
表4现场不同漏失速率与裂缝开度对应情况
Figure BDA0002585156180000061

Claims (9)

1.一种抗高温应急堵漏材料，由如下质量份的组分组成：
刚性碳酸钙颗粒4～20份，弹性石墨颗粒4～6份，云母片0～3份，抗高温纤维0.15～0.4份。
2.根据权利要求1所述的抗高温应急堵漏材料，其特征在于：所述刚性碳酸钙颗粒，其目数为5～160目；
所述弹性石墨颗粒，其目数为20～160目；
所述云母片，其目数为20～40目；
所述抗高温纤维，其长度为3～12mm。
3.根据权利要求1或2所述的抗高温应急堵漏材料，其特征在于：针对“小漏”，所述抗高温应急堵漏材料由如下质量份的组分组成：20～160目刚性碳酸钙颗粒11份，40～160目弹性石墨颗粒4份，3mm抗高温纤维0.15份。
4.根据权利要求1或2所述的抗高温应急堵漏材料，其特征在于：针对“中漏”，所述抗高温应急堵漏材料由如下质量份的组分组成：10～160目刚性碳酸钙颗粒16份，20～160目弹性石墨颗粒6份，3mm抗高温纤维0.25份。
5.根据权利要求1或2所述的抗高温应急堵漏材料，其特征在于：针对“大漏”，所述抗高温应急堵漏材料由如下质量份的组分组成：8～10目刚性碳酸钙颗粒4份，10～160目刚性碳酸钙颗粒14份，10～160目弹性石墨颗粒5份，20～40目云母片2份，6mm抗高温纤维0.4份。
6.根据权利要求1或2所述的抗高温应急堵漏材料，其特征在于：针对“严重漏失”，所述抗高温应急堵漏材料由如下质量份的组分组成：5～10目刚性碳酸钙颗粒4份，10～160目刚性碳酸钙颗粒15份，10～160目弹性石墨颗粒6份，12mm抗高温纤维0.3份。
7.权利要求1-7中任一项所述的抗高温应急堵漏材料在深层高温堵漏中的应用。
8.利用权利要求1-6中任一项所述的抗高温应急堵漏材料进行堵漏的方法，为：将基浆倒入泥浆罐，提比重至设计密度，加入CMC-HV提高基浆粘度，依次加入权利要求1-6中任一项所述的抗高温应急堵漏材料配制堵漏浆；使用小排量泵入井内，保证堵漏浆能够封闭漏失井段；待堵漏段塞循环返出后，通过使用振动筛将井浆中未起作用的大的刚性颗粒筛除，防止其进入泥浆罐影响后续施工。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述方法进一步包括采用抗高温应急堵漏材料后，采用气体返排解堵或酸溶解堵，其中，气体返排解堵的压力小于1.1MPa；酸溶率大于70％。
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