CN112574727B

CN112574727B - 堵漏组合物、堵漏剂及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN112574727B
Application number: CN201910942350.2A
Authority: CN
Inventors: 陈曾伟; 李大奇; 刘金华; 刘四海
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Research Institute of Petroleum Engineering
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2022-09-09
Anticipated expiration: 2039-09-30
Also published as: CN112574727A

Abstract

本发明涉及一种堵漏组合物，其包括固化剂、流型调节剂、增塑剂、刚性支撑剂、弹性填充剂和纤维增韧剂，以重量份数计，所述固化剂为10‑80份，增塑剂为0.1‑10份，流型调节剂为2‑20份，刚性支撑剂为10‑40份，弹性填充剂为2‑15份，纤维增韧剂为2‑15份。根据本发明的堵漏组合物，其制备方法简单，钻井时在地层中遇水后水敏固化，形成有一定强度、韧度、密实度高的堵漏段塞，封堵大型裂缝或溶洞，阻挡地层流水的冲刷或渗透，解决钻井液漏失的难题，提高堵漏成功率。

Description

堵漏组合物、堵漏剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于石油天然气勘探开发钻井领域，具体涉及一种堵漏组合物、堵漏剂及其制备方法与应用。

背景技术

石油天然气钻井过程中，常常会钻遇地层发育的裂缝、溶洞，易发生井筒内钻井液的漏失。大型裂缝、缝洞漏失具有两个特点：一是漏失通道大，常规桥接材料架桥难，二是多含流动的地层水，水层活跃，容易冲稀或冲散堵漏剂，堵漏剂滞留难，可能造成堵漏施工成功率降低，增加钻井成本和钻井风险。因此需要采用一种遇水后能够水敏稠化并具有一定强度和韧性的钻井液堵漏材料，有利于封堵含水的裂缝、溶洞，提高堵漏成功率，减少堵漏作业时间。

目前，石油天然气钻井现场采用的堵漏材料主要有：桥接堵漏、水泥、凝胶等材料，但是在堵漏施工现场应用时经常出现堵漏时间长、一次成功率低的问题。

目前的方法存在着一些不足，主要体现在：(1)桥接堵漏材料颗粒粒径较小，难以在大裂缝和溶洞中架桥，封堵效果差；(2)水泥类的堵漏材料容易被地层流失冲刷下稀释，影响固结时间和固结强度，甚至无法固结；(3)凝胶类堵漏材料的强度不足以阻挡地层流水的冲刷。以上常用堵漏材料的不足造成堵漏施工成功率降低，耗费钻井液堵漏材料，增加钻井成本，极易引起井下复杂情况的发生。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明第一方面提供了一种堵漏组合物，所述堵漏组合物选择合适的固化剂、刚性支撑颗粒、弹性填充颗粒、纤维增韧材料等，并将各组分按比例混合均匀，达到在地层中遇水后水敏固化，形成有较高抗压强度、韧度和密实度的固体段塞，封堵大型裂缝或溶洞，阻挡地层流水的冲刷或渗透，解决钻井液漏失的难题，提高堵漏成功率，满足安全高效钻井的要求，并降低钻井成本。

本发明第二方面提供了上述堵漏组合物的制备方法。

本发明第三方面提供了一种堵漏剂。

本发明第四方面提供了上述堵漏组合物和上述堵漏剂在钻井领域中的应用。

根据本发明的第一方面，所述堵漏组合物包括固化剂、流型调节剂、增塑剂、刚性支撑剂、弹性填充剂和纤维增韧剂，以重量份计，所述固化剂为10-80份；流型调节剂为2-20份；增塑剂为0.1-10份；刚性支撑剂为10-40份；弹性填充剂为2-15份；纤维增韧剂为2-15份。

根据本发明的一些实施方式，以重量份计，所述堵漏组合物包括：固化剂，30-50份；流型调节剂，3-10份；增塑剂，0.5-5份；刚性支撑剂，10-25份；弹性填充剂，5-10份；纤维增韧剂，3-10份。

根据本发明的一些实施方式，以重量份计，所述堵漏组合物包括：固化剂，30-40份；流型调节剂，5-8份；增塑剂，1-2份；刚性支撑剂，15-20份；弹性填充剂，8-10份；纤维增韧剂，5-8份。

根据本发明的一些实施方式，所述固化剂的制备方法包括使甲苯二异氰酸脂和聚醚多元醇在催化剂存在的条件下进行反应。

根据本发明的一些实施方式，所述固化剂的制备方法包括以下步骤：

S1：将甲苯二异氰酸脂预热至50-60℃；

S2：在70-80℃的条件下向步骤S1预热后的甲苯二异氰酸中加入聚醚多元醇形成混合体系，优选地控制加入在0.3-0.7h内完成；

S3：向步骤S2得到的混合体系中加入催化剂进行反应，优选地所述反应温度为70-80℃，反应时间为2-3h。

根据本发明的一些实施方式，所述聚醚多元醇选自聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃二醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇、甘露醇聚醚中的一种或多种。

根据本发明的一些实施方式，所述催化剂选自五甲基二乙烯三胺和四甲基丙二胺中的一种或多种。

根据本发明的一些实施方式，所述甲苯二异氰酸脂、聚醚多元醇和催化剂的质量比为(30-50)：(40-70)：(0.05-0.1)。

根据本发明的一些实施方式，所述甲苯二异氰酸脂、聚醚多元醇和催化剂的质量比为(30-50)：(55-70)：(0.05-0.1)。

根据本发明的一些实施方式，所述固化剂为一种预聚体，其特征在于由30-50内部重量份的甲苯二异氰酸脂(TDI)、40-70内部重量份的聚醚多元醇和0.05-0.1内部重量份的催化剂反应生成。

在本发明的一些具体实施方式中，所述固化剂的制备方法包括以下步骤：

(1)在通入干燥氮气条件下，搅拌聚醚多元醇并加热；

(2)温度上升至50～60℃时滴加计量的甲苯二异氰酸酯(TDI)，维持反应温度为75℃+-5℃,控制滴加在0.5小时完成。

(3)缓慢滴加计量的催化剂；

(4)继续在75℃+-5℃温度下反应2～3小时形成预聚体；

(5)将预聚体冷去到50℃以下。

根据本发明的一些实施方式，所述流型调节剂包括选自C₂-C₁₀的酮、C₂-C₁₀的酯和C₁-C₆的醇中的一种或多种。

根据本发明的一些实施方式，所述流型调节剂包括环已酮、丙酮、乙酸丁酯、丁醇中的一种或多种。

根据本发明的一些实施方式，所述增塑剂包括选自柠檬酸酯类、邻苯二甲酸酯类和脂肪酸酯类中的一种或多种。

根据本发明的一些实施方式，所述增塑剂包括选自柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯、二丁脂、脂肪酸甲酯中的一种或多种。

根据本发明的一些实施方式，所述刚性支撑剂包括选自石灰石颗粒、碳酸钡颗粒、石英砂中的一种或多种。

根据本发明的一些实施方式，所述刚性支撑剂的粒径为0.1-1mm。

根据本发明的一些实施方式，所述弹性填充剂包括选自天然橡胶粒和人工橡胶粒中的一种或多种。

根据本发明的一些实施方式，所述弹性填充剂的粒径为0.1-5mm。

根据本发明的一些实施方式，所述纤维增韧剂包括选自水镁石纤维、棉纤维、竹纤维、聚酯纤维、醋酸纤维中的一种或多种。

根据本发明的一些实施方式，所述纤维增韧剂的长度为0.1-3mm、直径0.02-0.05。

根据本发明的第二方面，所述的堵漏组合物的制备方法，包括以下步骤：将固化剂、流型调节剂和增塑剂混合得混合物A；向混合物A中加入刚性支撑剂、弹性填充剂和纤维增韧剂混合得所述堵漏组合物。

根据本发明的一些实施方式，所述混合在真空条件下进行。

在本发明的一些具体实施方式中，所述堵漏组合物是通过下述方法制备的：

(1)在真空条件下，在计量的组分A水敏固化单剂中加入计量的流型调节剂、增塑剂，机械搅拌均匀；

(2)加入计量的刚性支撑剂、弹性填充剂、纤维增韧剂，真空条件下机械搅拌脱泡1h后，出料。

根据本发明的第三方面，所述堵漏剂包括上述堵漏组合物或上述方法制备的堵漏组合物。

本发明选择合适的固化剂、刚性支撑颗粒、弹性填充颗粒、纤维增韧材料等，并将各组分按比例混合均匀，达到在地层中遇水后水敏固化，形成有较高抗压强度、韧度和密实度的固体段塞。相比于现有的桥接堵漏材料，具有胶结能力强、抗反排效果好的特点；相比于同类化学灌浆材料，具有抗压差强度、韧度和密实度更高的特点。本发明可以用于封堵裂缝或溶洞，阻挡地层流水的冲刷或渗透，解决钻井液漏失的难题，提高堵漏成功率，满足安全高效钻井的要求，并降低钻井成本。

具体实施方式

下面将通过具体实施例对本发明做进一步地说明，但应理解，本发明的范围并不限于此。

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明实施例仅为示例性的说明，该实施方式无论在任何情况下均不构成对本发明的限定。

如无特别说明，下述实施例中的“份”为“重量份”。

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1：

一种石油钻井用高强度水敏固化堵漏剂及其制备方法，包括以下质量份数的各组分：

组分A：固化单剂，30份；

组分B：增塑剂，1份；

组分C：流型调节剂，5份；

组分D：刚性支撑剂，15份；

组分E：弹性填充剂，8份；

组分F：纤维增韧剂，5份；

其中，组分A固化单剂是一种预聚体，由30内部重量份的甲苯二异氰酸脂(TDI)、70内部重量份的聚醚多元醇和0.05内部重量份的催化剂反应生成。组分A水敏固化单剂是通过下述方法制备的：在通入干燥氮气条件下，搅拌聚醚多元醇并加热；温度上升至50～60℃时滴加计量的甲苯二异氰酸酯(TDI)，维持反应温度为75℃+-5℃,控制滴加在0.5小时完成；缓慢滴加计量的催化剂；继续在75℃+-5℃温度下反应2～3小时形成预聚体；将预聚体冷去到50℃以下。

其中，聚醚多元醇为聚氧化丙烯二醇，催化剂为五甲基二乙烯三胺。

组分B流型调节剂为乙酸丁酯；

组分C增塑剂为柠檬酸三丁酯；

组分D刚性支撑剂为0.1～1mm的石灰石颗粒；

组分E弹性填充剂为0.1～5mm天然橡胶粒；

组分F纤维增韧剂，0.5～1cm的水镁石纤维。

石油钻井用水敏固化堵漏剂是通过下述方法制备的：在真空条件下，在30份的组分A水敏固化单剂中加入5份的流型调节剂、增塑剂，机械搅拌均匀；加入15份的刚性支撑剂、8份弹性填充剂、5份纤维增韧剂，真空条件下机械搅拌脱泡1h后，出料。

堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例2：

组分A：固化单剂，40份；

组分B：增塑剂，2份；

组分C：流型调节剂，8份；

组分D：刚性支撑剂，25份；

组分E：弹性填充剂，10份；

组分F：纤维增韧剂，10份；

其中，组分A固化单剂是一种预聚体，由40内部重量份的甲苯二异氰酸脂(TDI)、60内部重量份的聚醚多元醇和0.05内部重量份的催化剂反应生成。组分A水敏固化单剂是通过下述方法制备的：在通入干燥氮气条件下，搅拌聚醚多元醇并加热；温度上升至50～60℃时滴加计量的甲苯二异氰酸酯(TDI)，维持反应温度为75℃+-5℃,控制滴加在0.5小时完成；缓慢滴加计量的催化剂；继续在75℃+-5℃温度下反应2～3小时形成预聚体；将预聚体冷去到50℃以下。

其中，聚醚多元醇为聚四氢呋喃二醇，催化剂为四甲基丙二胺。

组分B流型调节剂为丙酮；

组分C增塑剂为乙酰柠檬酸三丁酯；

组分D刚性支撑剂为0.1～0.3mm的石英砂颗粒；

组分E弹性填充剂为0.1～5mm天然橡胶粒；

组分F纤维增韧剂，0.5～2cm的棉纤维。

石油钻井用水敏固化堵漏剂是通过下述方法制备的：在真空条件下，在40份的组分A水敏固化单剂中加入2份流型调节剂、8份增塑剂，机械搅拌均匀；加入25份刚性支撑剂、10份弹性填充剂、10份纤维增韧剂，真空条件下机械搅拌脱泡1h后，出料。

堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例3：

组分A：固化单剂，50份；

组分B：增塑剂，3份；

组分C：流型调节剂，15份；

组分D：刚性支撑剂，20份；

组分E：弹性填充剂，10份；

组分F：纤维增韧剂，8份；

其中，聚醚多元醇为四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇，催化剂为四甲基丙二胺。

组分B流型调节剂为环已酮；

组分C增塑剂为柠檬酸三丁酯；

组分D刚性支撑剂为0.1～0.5mm的石灰石颗粒；

组分E弹性填充剂为0.1～5mm人造橡胶粒；

组分F纤维增韧剂，0.5～2cm的聚酯纤维。

石油钻井用水敏固化堵漏剂是通过下述方法制备的：在真空条件下，在50份的组分A水敏固化单剂中加入15份流型调节剂、3份增塑剂，机械搅拌均匀；加入20份刚性支撑剂、10份弹性填充剂、8份纤维增韧剂，真空条件下机械搅拌脱泡1h后，出料。

堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例4：

与实施例1不同之处仅在于，组分A：固化单剂为10份，堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例5：

与实施例1不同之处仅在于，组分A：固化单剂为40份，堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例6：

与实施例1不同之处仅在于，组分A：固化单剂为50份，堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例7：

与实施例1不同之处仅在于，组分A：固化单剂为70份，堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例8：

与实施例1不同之处仅在于，组分B：增塑剂为0.5份，堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例9：

与实施例1不同之处仅在于，组分B：增塑剂为2份，堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例10：

与实施例1不同之处仅在于，组分B：增塑剂为3份，堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例11：

与实施例1不同之处仅在于，组分B：增塑剂为5份，堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例12：

与实施例1不同之处仅在于，组分C：流型调节剂为2份，堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例13：

与实施例1不同之处仅在于，组分C：流型调节剂为8份，堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例14：

与实施例1不同之处仅在于，组分C：流型调节剂为15份，堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例15：

与实施例1不同之处仅在于，组分C：流型调节剂为20份，堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例16：

与实施例1不同之处仅在于，组分D：刚性支撑剂为10份，堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例17：

与实施例1不同之处仅在于，组分D：刚性支撑剂为20份，堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例18：

与实施例1不同之处仅在于，组分D：刚性支撑剂为25份，堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例19：

与实施例1不同之处仅在于，组分D：刚性支撑剂为40份，堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例20：

与实施例1不同之处仅在于，组分E：弹性填充剂为2份，，堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例21：

与实施例1不同之处仅在于，组分E：弹性填充剂为5份，，堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例22：

与实施例1不同之处仅在于，组分E：弹性填充剂为10份，堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例23：

与实施例1不同之处仅在于，组分E：弹性填充剂为15份，堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例24：

与实施例1不同之处仅在于，组分F：纤维增韧剂为2份，堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例25：

与实施例1不同之处仅在于，组分F：纤维增韧剂为8份，堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例26：

与实施例1不同之处仅在于，组分F：纤维增韧剂为10份，堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例27：

与实施例1不同之处仅在于，组分F：纤维增韧剂为15份，堵漏剂中各组分列于表1中。

实施例28：

组分A：固化单剂，30份；

组分B：增塑剂，1份；

组分C：流型调节剂，5份；

组分D：刚性支撑剂，15份；

组分E：弹性填充剂，8份；

组分F：纤维增韧剂，5份；

组分B流型调节剂为乙酸丁酯；

组分C增塑剂为柠檬酸三丁酯；

组分D刚性支撑剂为0.1～1mm的石灰石颗粒；

组分E弹性填充剂为0.1～5mm天然橡胶粒；

组分F纤维增韧剂，0.5～1cm的水镁石纤维。

石油钻井用水敏固化堵漏剂是通过下述方法制备的：在真空条件下，在50份的组分A水敏固化单剂中加入计量的15份流型调节剂、3份增塑剂，20份刚性支撑剂、10份弹性填充剂和8份纤维增韧剂，真空条件下机械搅拌脱泡1h后，出料。

实施例29：

组分A：固化单剂，30份；

组分B：增塑剂，1份；

组分C：流型调节剂，5份；

组分D：刚性支撑剂，15份；

组分E：弹性填充剂，8份；

组分F：纤维增韧剂，5份；

其中，组分A固化单剂是为环氧树脂胶。

组分B流型调节剂为乙酸丁酯；

组分C增塑剂为柠檬酸三丁酯；

组分D刚性支撑剂为0.1～1mm的石灰石颗粒；

组分E弹性填充剂为0.1～5mm天然橡胶粒；

组分F纤维增韧剂，0.5～1cm的水镁石纤维。

堵漏剂中各组分列于表1中。

测试例

采用DL-2型裂缝封堵仪测试水环境下的堵漏剂的封堵强度，具体测试方法是，设置钢板间裂缝宽度为2cm；在裂缝内和入口、出口处充满清水；将实施例1-29中制备的堵漏剂从开口注入裂缝中；堵漏剂凝固后，从裂缝入口处用清水加压，测试裂缝入口可以加到最大压力，即为裂缝内封堵层的承压能力，结果列于表1中。

表1

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不对本发明构成任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性的词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可以扩展至其它所有具有相同功能的方法和应用。

Claims

1.一种堵漏组合物，其包括固化剂、流型调节剂、增塑剂、刚性支撑剂、弹性填充剂和纤维增韧剂，以重量份数计，所述固化剂为10-80份，增塑剂为0.1-10份，流型调节剂为2-20份，刚性支撑剂为10-40份，弹性填充剂为2-15份，纤维增韧剂为2-15份；

所述固化剂的制备方法包括使甲苯二异氰酸酯和聚醚多元醇在催化剂存在的条件下进行反应，得到预聚体；

所述流型调节剂包括选自C2-C10的酮、C2-C10的酯和C1-C6的醇中的一种或多种；

所述刚性支撑剂包括选自石灰石颗粒、碳酸钡颗粒、石英砂中的一种或多种；

所述弹性填充剂包括选自天然橡胶粒和人工橡胶粒中的一种或多种；

所述纤维增韧剂包括选自水镁石纤维、棉纤维、竹纤维、聚酯纤维、醋酸纤维中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的堵漏组合物，其特征在于，以重量份数计，

所述固化剂为30-50份；

所述增塑剂为0.5-5份；

所述流型调节剂为3-10份；

所述刚性支撑剂为10-25份；

所述弹性填充剂为5-10份；

所述纤维增韧剂为3-10份。

3.根据权利要求2所述的堵漏组合物，其特征在于，以重量份数计，所述固化剂为30-40份。

4.根据权利要求2所述的堵漏组合物，其特征在于，以重量份数计，所述增塑剂为1-2份。

5.根据权利要求2所述的堵漏组合物，其特征在于，以重量份数计，所述流型调节剂为5-8份。

6.根据权利要求2所述的堵漏组合物，其特征在于，以重量份数计，所述刚性支撑剂为15-20份。

7.根据权利要求2所述的堵漏组合物，其特征在于，以重量份数计，所述弹性填充剂为8-10份。

8.根据权利要求2所述的堵漏组合物，其特征在于，以重量份数计，所述纤维增韧剂为5-8份。

9.根据权利要求1-8任一所述的堵漏组合物，其特征在于，所述固化剂的制备方法包括以下步骤：

S1：将甲苯二异氰酸酯预热至50-60℃；

S2：在70-80℃的条件下向步骤S1预热后的甲苯二异氰酸酯中加入聚醚多元醇形成混合体系；

S3：向步骤S2得到的混合体系中加入催化剂进行反应，反应时间为2-3h。

10.根据权利要求9所述的堵漏组合物，其特征在于，所述固化剂的制备方法中步骤S2中控制加入在0.3-0.7h内完成；和/或，步骤S3中所述反应温度为70-80℃。

11.根据权利要求1-8任一所述的堵漏组合物，其特征在于，所述聚醚多元醇选自聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃二醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇、甘露醇聚醚中的一种或多种；和/或，

所述催化剂选自五甲基二乙烯三胺和四甲基丙二胺中的一种或多种；

和/或，所述甲苯二异氰酸酯、聚醚多元醇和催化剂的质量比为（30-50）：（40-70）：（0.05-0.1）。

12.根据权利要求1-8任一所述的堵漏组合物，其特征在于，所述甲苯二异氰酸酯、聚醚多元醇和催化剂的质量比为（30-50）：（55-70）：（0.05-0.1）。

13.根据权利要求1-8中任意一项所述的堵漏组合物，其特征在于，

所述增塑剂包括选自柠檬酸酯类、邻苯二甲酸酯类和脂肪酸酯类中的一种或多种；

和/或所述刚性支撑剂的粒径为0.1-1mm。

14.根据权利要求1-8任一所述的堵漏组合物，其特征在于，所述流型调节剂包括选自环己酮、丙酮、乙酸丁酯、丁醇中的一种或多种。

15.根据权利要求13所述的堵漏组合物，其特征在于，所述增塑剂包括选自柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯、二丁酯、脂肪酸甲酯中的一种或多种。

16.根据权利要求1-8中任意一项所述的堵漏组合物，其特征在于，所述弹性填充剂的粒径为0.1-5mm。

17.根据权利要求1-8中任意一项所述的堵漏组合物，其特征在于，所述纤维增韧剂的长度为0.1-3mm、直径为0.02-0.05mm。

18.一种如权利要求1-17中任意一项所述的堵漏组合物的制备方法，包括以下步骤：将固化剂、流型调节剂和增塑剂混合得混合物A；向混合物A中加入刚性支撑剂、弹性填充剂和纤维增韧剂混合得所述堵漏组合物。

19.根据权利要求18所述的堵漏组合物的制备方法，其特征在于，所述混合在真空条件下进行。

20.一种堵漏剂，包括权利要求1-17中任意一项所述的堵漏组合物或根据权利要求18或19所述的方法制备的堵漏组合物。

21.根据权利要求1-17中任意一项所述的堵漏组合物或根据权利要求18或19所述的方法制备的堵漏组合物或根据权利要求20所述的堵漏剂在钻井领域中的应用。