CN112694871A - 一种绿色环保钻探堵漏剂及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油天然气技术领域，具体涉及一种绿色环保钻探堵漏剂及其使用方法，原料包括水泥、纳米氧化硅、纳米碳酸钙、空心微珠、弹性海绵颗粒、柔性石墨、石棉纤维、缓凝剂、降失水剂，氢氧化钠；本发明提供的以无机凝胶材料水泥为主要原料的无机凝胶类堵漏剂，在生成以纳米材料为核心的三维网络结构的同时通过弹性海绵颗粒和石棉纤维产生架桥作用，克服了现有技术中水泥基材料堵漏剂堵漏效果不佳的技术问题，是一种环保绿色的堵漏剂材料。

Description

一种绿色环保钻探堵漏剂及其使用方法

技术领域

本发明涉及石油天然气技术领域，具体涉及一种绿色环保钻探堵漏剂及其使用方法。

背景技术

石油钻井过程中，经常会钻遇硬脆性泥页岩地层、破碎性地层，这类地层容易掉块、坍塌，造成钻井起下钻困难、卡钻等复杂事故；为了防止固相颗粒向地层中运移，其中最直接有效的方法是在钻井液中加入封堵剂，对井壁岩石上的孔隙裂缝进行封堵，从而降低或消除钻井液向地层中的漏失。

现有的钻井液封堵剂主要有沥青类产品，包括乳化沥青、氧化沥青、天然沥青、磺化沥青等，这类产品防塌封堵效果好，但是荧光级别高、难降解；随着国内环境保护形势日趋严峻，新型环保钻井液体系是钻井液技术发展的必然趋势。为了减少钻井液对环境的污染，最大限度减轻钻井液对环境的不利影响，研制开发可替代沥青类的无毒环保、可生物降解的新型防塌封堵剂成为必然。

水泥具有价格低廉、来源广泛、无毒、使用方便、固结强度高、灌注中流动性等特点，是一种环保绿色的堵漏剂原料。然而，基于水泥堵漏在封堵裂缝漏层前常发生相分离，甚至其中比重较大的水泥颗粒倾向于从水中分离出来，发生脱水现象，此外，由于水泥浆在地层中的驻留性欠佳，往往没有封堵漏层就已漏入底层深处，且水泥收缩大，周边常常漏水，水泥类堵漏剂由于快速凝结弹性不好抗折强度较低，也不适宜一些动缝的堵漏。如何克服以上技术问题，成为制备水泥基绿色环保钻探堵漏剂亟待解决的技术难题。

发明内容

基于上述技术问题，本发明的目的在于提供一种绿色环保钻探堵漏剂及其使用方法。

本发明提供一种绿色环保钻探堵漏剂，质量份数计，原料包括：水泥100-200份、纳米氧化硅5-10份、纳米碳酸钙10-15份、空心微珠5-10份、弹性海绵颗粒30-40份、柔性石墨5-10份、石棉纤维40-80份、缓凝剂1-5份、降失水剂3-5份，氢氧化钠30-50份。

进一步地，所述弹性海绵颗粒空隙密度5-15PPI，粒径＜5mm；所述柔性石墨粒径100-200目，所述缓凝剂为铁铬盐，所述降失水剂为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素和丙烯酰胺中的至少一种。

进一步地，所述石棉纤维由短石棉纤维和长石棉纤维按照质量比(2-3)：1复配而成。

进一步地，短石棉纤维长度1-5mm，所述长石棉纤维长度5-10mm。

本发明还提供上述绿色环保钻探堵漏剂的使用方法，包括以下步骤：

按照原料配比称取水泥、纳米氧化硅、纳米碳酸钙、空心微珠、弹性海绵、柔性石墨、石棉纤维、降失水剂混合均匀得混合物A；

将缓凝剂和氢氧化钠置于水中混合均匀后加入混合物A搅拌均匀得绿色环保钻探堵漏剂浆料；

堵漏管柱下深至漏点以上位置，注入堵漏浆液，替浆、起钻，关井推挤，候凝即可。

进一步地，所述水的用量为绿色环保钻探堵漏剂原料总量的2-3倍。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种以无机凝胶材料水泥为主要原料的无机凝胶类堵漏剂，向水泥基堵漏剂中加入纳米氧化硅、纳米碳酸钙、空心微珠；无机纳米材料具有很高的化学活性，与胶凝材料发生水化键合，生成以纳米材料为核心的三维网络结构，同时无机纳米材料颗粒微细均匀，极易进入水化产物的毛细孔及其微裂缝等缺陷结构中，对其进行填充和补强，使封堵剂固化后体积不收缩，析水量少，并改善封堵剂的物理力学性能，生成的微观结构更加致密均匀；而且纳米材料的加入可增加堵漏剂材料的密实度，降低水泥基堵漏剂的渗透率；柔性石墨在填充至堵漏缝隙中时，在地层温度环境下可引发体积膨胀，和纳米材料为核心的三维网络结构相互交叉支撑，提高堵漏剂的填充强度；同时石墨由片状变为蠕虫状，从而结构松散，多孔而弯曲，表面积扩大、表面能提高、吸附鳞片石墨力增强，蠕虫状石墨之间可自行嵌合，这样增加了它的柔软性、回弹性和可塑性，对于孔缝起到很好的填充作用。

弹性海绵具有极好的吸水性、孔隙率，可显著提高水泥在缝隙的驻留时间，避免堵漏还没有完成前水泥的渗透流失；同时又由于弹性海绵具有较好的弹性，和水泥混合后可以降低水泥收缩率，避免水泥颗粒倾向于从水中分离出来，弹性海绵与裂缝具有较好的匹配性，进入裂缝后还可恢复形状，具有较好的堵漏作用。石棉纤维和弹性海绵复配使用，有利于材料深入裂缝深部实施架桥成网，在微小的孔隙和缝隙中形成架桥并和弹性海绵相互连接成网，提高弹性海绵的架桥、桥塞效果，从而提供更加优良的封堵效果。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

实施例1

原料：水泥100份、纳米氧化硅10份、纳米碳酸钙10份、空心微珠10份、弹性海绵颗粒30份、柔性石墨10份、石棉纤维40份、缓凝剂3份、降失水剂3份，氢氧化钠30份；

其中水泥为42.5硅酸盐水泥；弹性海绵颗粒孔隙密度10PPI，粒径＜5mm；柔性石墨粒径100-200目；缓凝剂为铁铬盐；降失水剂为羧甲基纤维素；石棉纤维由1-5mm的短石棉纤维和5-10mm的长石棉纤维按照质量比2：1复配而成。

实施例2

原料：水泥200份、纳米氧化硅5份、纳米碳酸钙15份、空心微珠5份、弹性海绵颗粒40份、柔性石墨5份、石棉纤维80份、缓凝剂5份、降失水剂5份，氢氧化钠50份；

其中水泥为42.5硅酸盐水泥；弹性海绵颗粒孔隙密度10PPI，粒径＜5mm；柔性石墨粒径100-200目；缓凝剂为铁铬盐；降失水剂为羧甲基纤维素；石棉纤维由1-5mm的短石棉纤维和5-10mm的长石棉纤维按照质量比2：1复配而成。

实施例3

原料：水泥150份、纳米氧化硅8份、纳米碳酸钙12份、空心微珠8份、弹性海绵颗粒30份、柔性石墨8份、石棉纤维60份、缓凝剂3份、降失水剂3份，氢氧化钠40份；

其中水泥为42.5硅酸盐水泥；弹性海绵颗粒孔隙密度10PPI，粒径＜5mm；柔性石墨粒径100-200目；缓凝剂为铁铬盐；降失水剂为羧甲基纤维素；石棉纤维由1-5mm的短石棉纤维和5-10mm的长石棉纤维按照质量比2：1复配而成。

实施例4

原料：水泥150份、纳米氧化硅8份、纳米碳酸钙12份、空心微珠8份、弹性海绵颗粒30份、柔性石墨8份、石棉纤维60份、缓凝剂3份、降失水剂3份，氢氧化钠40份；

其中水泥为42.5硅酸盐水泥；弹性海绵颗粒孔隙密度10PPI，粒径＜5mm；柔性石墨粒径100-200目；缓凝剂为铁铬盐；降失水剂为羧甲基纤维素；石棉纤维为5-10mm的长石棉纤维。

实施例5

同实施例3，区别在于，省略弹性海绵颗粒。

实施例6

同实施例3，区别在于，省略纳米氧化硅、纳米碳酸钙、空心微珠。

实施例7

同实施例3，区别在于，省略柔性石墨。

实施例8

同实施例3，区别在于，省略石棉纤维。

效果验证：

分别取实施例1-8所称取的原料水泥、纳米氧化硅、纳米碳酸钙、空心微珠、弹性海绵、柔性石墨、石棉纤维、降失水剂，混合均匀得混合物A；

将缓凝剂和氢氧化钠置于水中混合均匀后加入混合物A搅拌均匀得绿色环保钻探堵漏剂浆料A-H，水的用量为绿色环保钻探堵漏剂原料总量的2倍。

将绿色环保钻探堵漏剂浆料A-H用于鄂尔多斯某油田进行钻探堵漏。堵漏效果见表1；

表1

实施例	绿色环保钻探堵漏剂浆料	堵漏次数	一次堵漏成功率，％
				实施例1	绿色环保钻探堵漏剂浆料A	50次	78
实施例2	绿色环保钻探堵漏剂浆料B	50次	82
				实施例3	绿色环保钻探堵漏剂浆料C	50次	84
实施例4	绿色环保钻探堵漏剂浆料D	50次	72
				实施例5	绿色环保钻探堵漏剂浆料E	50次	52
实施例6	绿色环保钻探堵漏剂浆料F	50次	60
				实施例7	绿色环保钻探堵漏剂浆料G	50次	66
实施例8	绿色环保钻探堵漏剂浆料H	50次	62

将绿色环保钻探堵漏剂浆料A-H倒入模具中，在常压下分别置于50℃、70℃、90℃的温度下养护48h后脱模；

依据标准Q/SLCG 0095-2014套管堵漏剂技术要求在压力实验机上测试其抗压强度，测试结果见表2。

表2

将不同粒径的石英砂混匀后用环氧树脂胶结，制得人造岩心；分别注入绿色环保钻探堵漏剂浆料A-H，80℃恒温固化后；依据标准SY/T 5345-2007岩石中两相流体相对渗透率测定方法测试样品渗透率，测试结果见表3；

表3

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种绿色环保钻探堵漏剂，其特征在于，质量份数计，原料包括：水泥100-200份、纳米氧化硅5-10份、纳米碳酸钙10-15份、空心微珠5-10份、弹性海绵颗粒30-40份、柔性石墨5-10份、石棉纤维40-80份、缓凝剂1-5份、降失水剂3-5份，氢氧化钠30-50份。

2.根据权利要求1所述的绿色环保钻探堵漏剂，其特征在于，所述弹性海绵颗粒孔隙密度5-15PPI，粒径＜5mm；所述柔性石墨粒径100-200目，所述缓凝剂为铁铬盐，所述降失水剂为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素和丙烯酰胺中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的绿色环保钻探堵漏剂，其特征在于，所述石棉纤维由短石棉纤维和长石棉纤维按照质量比(2-3)：1复配而成。

4.根据权利要求3所述的绿色环保钻探堵漏剂，其特征在于，所述短石棉纤维长度1-5mm，所述长石棉纤维长度5-10mm。

5.一种根据权利要求1-4任一项所述的绿色环保钻探堵漏剂的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

按照原料配比称取水泥、纳米氧化硅、纳米碳酸钙、空心微珠、弹性海绵、柔性石墨、石棉纤维、降失水剂，混合均匀得混合物A；

将缓凝剂和氢氧化钠置于水中混合均匀后加入混合物A搅拌均匀得绿色环保钻探堵漏剂浆料；

堵漏管柱下深至漏点以上位置，注入堵漏浆液，替浆、起钻，关井推挤，候凝即可。

6.根据权利要求1所述的绿色环保钻探堵漏剂的使用方法，其特征在于，所述水的用量为绿色环保钻探堵漏剂原料总量的2-3倍。