CN112745812B - 一种钻井液用堵漏剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻井液用堵漏剂及制备方法。所述堵漏剂，按重量份数计，包括以下组分：基质沥青：100份，微胶囊改性剂：10~40份，分散剂：1~20份，固化剂：5~20份，促进剂：0.5~5份，水：100~200份。该堵漏剂能够在大裂缝、溶洞等恶性漏失地层入口处有效驻留形成固封，特别是在高温高压下提高驻留封堵能力和耐水冲刷能力，进而提高堵漏成功率。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井堵漏领域，具体涉及一种钻井液用堵漏剂及其制备。
背景技术
在石油天然气钻探过程中，井漏是普遍存在而且经常遇到的复杂问题。由于井漏引起的井下事故，对钻井、完井施工危害极大，一直是石油工程界急需解决的问题。钻井作业中，一旦发生井漏，不仅延误时间，损失钻井液，损害油气层，而且还可能引起井壁失稳，导致井塌、卡钻、井喷等一系列复杂情况与事故，甚至导致井眼报废，造成重大的经济损失。
特别是在高山地区油气深井钻井过程中，钻遇大裂缝、溶洞型复杂漏失地层显著增多，成为困扰油气勘探开发顺利进行的主要技术难题之一。由于此类漏失地层漏失通道尺寸大，漏失压力低，地层多含水，井漏频繁，因此漏失处理难度较大。目前，处理大裂缝、溶洞型漏失的技术主要是大颗粒、高浓度桥塞堵漏浆技术，水泥浆堵漏技术等。由于漏失通道大，仅靠桥堵材料实现高强度封堵难度较大。由于地层出水等原因，水泥浆在漏层的驻留能力不足，地层水稀释后的水泥浆不能形成有效封固层。
CN102504776A公开了一种用于恶性漏失的堵漏剂及配制方法，该方法先将有机单体溶于水中，加入引发剂进行聚合反应，并进行沉淀、干燥得到高分子共聚物。再将共聚物配制成水溶液，加入十二烷基苯磺酸纳、膨润粘土制成堵漏剂。该方案得到的堵漏剂能够封堵漏层，适用于在钻井过程中进行大裂缝堵漏。但此堵漏材料在地层中易被地层流体稀释，稀释后的堵漏材料胶结强度会大大降低，造成驻留能力下降等问题。
CN104388066A公开了一种钻井液用堵漏剂的制备方法，该方法通过将有机物单体在水中形成分散相加入白油中乳化，然后加入引发剂进行聚合反应，得到聚合物乳液，再加入转相剂、交联剂和惰性桥接材料，得到钻井用堵漏剂。该专利与上述专利方案相比原理基本相同，都是制备聚合物，但后者在聚合反应后并没有将聚合物沉淀出来，而是在后续加入转相剂后快速转相、增稠形成粘弹性凝胶驻留封堵段塞，形成封堵。利用交联剂在驻留封堵段塞进一步发生交联反应，提高段塞强度，进而提高漏失压力。虽然与前面专利相比，封堵能力有所提高，但是同样存在地层中易被地层流体稀释，稀释后的堵漏材料胶结强度会大大降低，造成驻留能力下降等问题。
CN102618230A公开了一种油气田用可控制交联凝胶堵水堵漏材料，该堵漏材料是先将有机单体在水溶液中通过引发剂反应制成吸水树脂，然后在油相中继续进行反应反复包裹得到颗粒，将该颗粒加入HPAM水溶液中进行交联反应，得到不动凝胶，能封堵裂缝型、溶洞型漏失地层，但该堵漏材料制作工艺复杂，在管线、钻柱内的流动性差。
CN110003864A公开了一种钻井液内堵漏剂及其制备方法，该方法以树脂为主剂，采用了微胶囊结构的潜伏型固化剂，其芯层为胺类固化剂，壁层为高韧工程塑料聚合物，该方法可以解决封堵树脂工期长和固化快相矛盾的问题，但是该方法由于采用高韧工程塑料聚合物，如果囊壁厚度控制不好会造成在使用过程中胶囊壁难以破裂或不能完全破裂，使固化剂不能与树脂完全反应，影响固化效果。此外，由于主剂采用的是树脂，固化后产物硬度大，粘弹性差，对不同裂缝、孔洞尺寸的适应能力差，难以起到良好的堵漏效果。
目前，针对大裂缝、溶洞漏失，虽然开展了大量的堵漏材料研究工作，但仍存在堵漏材料在漏失通道中驻留能力差，耐水稀释、冲刷能力弱，封堵强度低等问题。特别是在高温使用条件下，导致大裂缝、溶洞型漏失堵漏成功率很低，损失严重。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种钻井液用堵漏剂及其制备方法，该堵漏剂能够在大裂缝、溶洞等恶性漏失地层入口处有效驻留形成固封，特别是在高温高压下提高驻留封堵能力和耐水冲刷能力，进而提高堵漏成功率。
本发明提供了一种钻井液用堵漏剂，按重量份数计，包括以下组分：
基质沥青 100份，
微胶囊改性剂 10~40份，
分散剂 1~20份，
固化剂 5~20份，
促进剂 0.5~5份，
水 100~200份。
所述微胶囊改性剂包括囊壁和置于囊壁内的囊芯。所述微胶囊改性剂的粒径为5~50μm。
所述囊壁包括聚砜和/或聚醚砜，所述囊芯包括环氧树脂和苯甲醇。
所述囊壁与囊芯的重量比为1:1~1:5。所述囊芯中，环氧树脂与苯甲醇的重量比为10:1~30:1。
其中所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂，环氧当量为180~280克/当量，优选为CYD-127、CYD-128、CYD-134、E-42、E-44等中的至少一种，进一步优选为CYD-128、E-44中的至少一种。
所述基质沥青为直馏沥青、氧化沥青、溶剂脱沥青、天然沥青中的一种或几种，其软化点为40~80℃。
所述固化剂为脂肪族胺类，优选长链脂肪族胺类，进一步优选为氢化牛脂基伯胺、氢化牛脂基丙撑二胺、椰油基1,3-丙撑二胺、十六烷基二甲基叔胺、十八烷基二甲基叔胺中的一种或几种。
所述分散剂为司盘系列的表面活性剂和/或脂肪酸聚氧乙烯酯系列，所述司盘系列的表面活性剂优选为司盘-60、司盘-80和司盘-85中的至少一种，脂肪酸聚氧乙烯酯系列优选为松香酸聚氧乙烯酯、油酸聚氧乙烯酯和硬脂酸聚氧乙烯酯中的至少一种。
所述促进剂为4,4-二氨基二苯甲烷。
本发明提供了一种上述钻井液用堵漏剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备微胶囊改性剂；
（2）将基质沥青、水和分散剂按一定比例剪切混合均匀，加入固化剂、促进剂继续搅拌混合，然后加入步骤（1）制备的微胶囊改性剂搅拌均匀即得钻井液用堵漏剂。
步骤（1）制备微胶囊改性剂的具体步骤包括：将聚砜和/或聚醚砜溶解于二氯甲烷中，然后加入环氧树脂和苯甲醇的混合物，搅拌均匀形成分散相；以十二烷基苯磺酸钠水溶液作为连续相，将上述分散相滴加到连续相中，同时进行高速搅拌，滴加完毕后在一定条件下进行反应，同时进行低速搅拌，反应结束后进行抽滤、洗涤、干燥得到微胶囊改性剂。
其中，十二烷基苯磺酸钠水溶液的质量浓度为1.0%~1.5%。
所述高速搅拌的转速为1000~3000r/min，所述低速搅拌的转速为500~800r/min。
所述反应的条件为：在35~45℃下反应3~8h。优选恒温水浴条件下进行反应。其中反应过程中二氯甲烷会完全挥发。
所述洗涤为先用乙醇进行洗涤然后用去离子水进行洗涤，可重复多次。
所述干燥条件为在50~80℃下干燥10~20小时。
本发明的钻井液用堵漏剂可用于水基钻井液中的堵漏作业，可先制成堵漏浆，然后加入到水基钻井液中，特别适合大裂缝和孔洞型漏层使用。
本发明钻井液用堵漏剂，可在大裂缝、溶洞型漏层中快速形成高软化点改性沥青弹性体，具有较强的耐水稀释和耐冲刷能力，不仅抗高温能力强，而且能够满足恶性漏失的堵漏需求。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
（1）本发明采用微胶囊的形式将环氧树脂暂时封闭起来，不与固化剂接触，使得堵漏剂中各组分能够均匀稳定存在。在加入到钻井液初期不影响钻井液的流变性能。
（2）本发明钻井液用堵漏剂当作为随钻堵漏剂使用时，到达井下在一定压力作用下囊壁破裂使得环氧树脂与其它组分接触而反生反应，得到弹性好，强度高的改性沥青，可以封堵大裂缝漏层。
（3）本发明采用聚砜、聚醚砜类为囊壁，在使用过程中破裂后可以作为增韧剂使用，增加了固化后改性沥青堵漏剂的使用性能。此外通过加入促进剂可以调整固化速度，提高封堵效果。
（4）本发明堵漏剂可在封堵段塞继续发生固化反应，提高堵漏强度，且封堵时不依赖于裂缝的尺寸，特别适合封堵大裂缝或溶洞型漏层的漏失。
（5）本发明堵漏剂中的各个组分相互配合，整体上提高了封堵效果。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。另外，本发明涉及的百分数，未特别说明的，均为质量百分数。
实施例1
将25g聚砜溶解于二氯甲烷中，然后加入79g CYD-128环氧树脂和3.8g苯甲醇的混合物，搅拌均匀形成分散相；以1.0%十二烷基苯磺酸钠水溶液作为连续相，将上述分散相滴加到连续相中，同时进行高速搅拌，转速为2600r/min。滴加完毕后在40℃恒温水浴中反应5.5小时，同时进行低速搅拌，转速为600r/min。待二氯甲烷完全挥发反应结束后，先用乙醇进行洗涤然后用去离子水进行洗涤，最后进行抽滤、在65℃烘箱中干燥12小时，得到所述微胶囊改性剂。
将200g软化点为46.8℃的直馏沥青、21.2g司盘-80和250g水用高剪切机进行剪切乳化，加入27.6g椰油基1,3-丙撑二胺和3.6g 4,4-二氨基二苯甲烷继续搅拌混合，最后加入上述制备的微胶囊改性剂71.6g，搅拌均匀即得钻井液用堵漏剂。
实施例2
将32.6g聚醚砜溶解于二氯甲烷中，然后加入148.4g CYD-128环氧树脂和8.5g苯甲醇的混合物，搅拌均匀形成分散相；以1.5%十二烷基苯磺酸钠水溶液作为连续相，将上述分散相滴加到连续相中，同时进行高速搅拌，转速为2200r/min。滴加完毕后在45℃恒温水浴中反应6小时，同时进行低速搅拌，转速为500r/min。待二氯甲烷完全挥发反应结束后，先用乙醇进行洗涤然后用去离子水进行洗涤，最后进行抽滤、在60℃烘箱中干燥15小时，得到所述微胶囊改性剂。
将200g软化点为63.5℃的氧化沥青、16.8g硬脂酸聚氧乙烯酯和280g水用高剪切机进行剪切乳化，加入35.5g氢化牛脂基丙撑二胺和2.6g 4,4-二氨基二苯甲烷继续搅拌混合，最后加入上述制备的微胶囊改性剂64.6g，搅拌均匀即得钻井液用堵漏剂。
实施例3
将45.5g聚砜溶解于二氯甲烷中，然后加入121.6g E-44环氧树脂和5.8g苯甲醇的混合物，搅拌均匀形成分散相；以1.0%十二烷基苯磺酸钠水溶液作为连续相，将上述分散相滴加到连续相中，同时进行高速搅拌，转速为2000r/min。滴加完毕后在35℃恒温水浴中反应7小时，同时进行低速搅拌，转速为650r/min。待二氯甲烷完全挥发反应结束后，先用乙醇进行洗涤然后用去离子水进行洗涤，最后进行抽滤、在70℃烘箱中干燥16小时，得到所述微胶囊改性剂。
将200g软化点为70.2℃的氧化沥青、31.5g司盘-85和320g水用高剪切机进行剪切乳化，加入38.8g十六烷基二甲基叔胺和4.0g 4,4-二氨基二苯甲烷继续搅拌混合，最后加入上述制备的微胶囊改性剂58.6g，搅拌均匀即得钻井液用堵漏剂。
实施例4
将40.6g聚砜溶解于二氯甲烷中，然后加入158.2g CYD-128环氧树脂和7.4g苯甲醇的混合物，搅拌均匀形成分散相；以1.0%十二烷基苯磺酸钠水溶液作为连续相，将上述分散相滴加到连续相中，同时进行高速搅拌，转速为2500r/min。滴加完毕后在40℃恒温水浴中反应6.5小时，同时进行低速搅拌，转速为600r/min。待二氯甲烷完全挥发反应结束后，先用乙醇进行洗涤然后用去离子水进行洗涤，最后进行抽滤、在65℃烘箱中干燥13小时，得到所述微胶囊改性剂。
将200g软化点为76.8℃的溶脱沥青、29.4g硬脂酸聚氧乙烯酯和300g水用高剪切机进行剪切乳化，加入35.4g椰油基1,3-丙撑二胺和5.2g 4,4-二氨基二苯甲烷继续搅拌混合，最后加入上述制备的微胶囊改性剂75.5g，搅拌均匀即得钻井液用堵漏剂。
对比例1
将200g软化点为76.8℃的溶脱沥青加热至熔融状态，加入35.4g椰油基1,3-丙撑二胺和5.2g 4,4-二氨基二苯甲烷搅拌混合，然后加入158.2g CYD-128环氧树脂和7.4g苯甲醇的混合物搅拌均匀，在130℃下恒温固化3小时。加入29.4g硬脂酸聚氧乙烯酯和300g水用高剪切机进行剪切，即得钻井液用堵漏剂。
采用0.5~2.0cm的砂石子制成的砂层模拟大孔道漏层，以模拟漏层实验仪在水基钻井液中测试堵漏剂的使用性能。
将实施例1~4及对比例1中的堵漏剂与基浆按1:1制成堵漏浆，其中基浆按每1000mL水中加入2.75g无水碳酸钠，再加入60g膨润土，高速搅拌20min于室温下养护24h得到。
然后将堵漏浆用平流泵挤入模拟漏层中，加热至120℃并逐渐加压至3.5 MPa，固化90min后用堵漏浆2倍的清水进行挤注试验，测定挤注压力，即代表驻留能力和承压能力。具体试验结果见表1。
表1 实施例1~4及对比例1的堵漏性能
| 固化前驻留能力/MPa | 固化后承压能力/MPa | |
| 实施例1 | 3.0 | 14.4 |
| 实施例2 | 2.6 | 13.2 |
| 实施例3 | 2.8 | 15 |
| 实施例4 | 3.2 | 15 |
| 对比例1 | 0.92 | 0.92 |
由试验结果可以看出，本发明的堵漏剂在挤注2倍的清水后，其在0.5~2.0cm砂石子的模拟漏层中，固化前的驻留能力、固化后的承压能力都很理想。表明本发明的钻井液用堵漏剂具有耐水冲刷能力强，驻留能力强，封堵承压高的性能，可用于大孔洞的漏失地层。
Claims (19)
1.一种钻井液用堵漏剂，按重量份数计，包括以下组分：
基质沥青 100份，
微胶囊改性剂 10~40份，
分散剂 1~20份，
固化剂 5~20份，
促进剂 0.5~5份，
水 100~200份；
所述微胶囊改性剂包括囊壁和置于囊壁内的囊芯；所述囊壁包括聚砜和/或聚醚砜，所述囊芯包括环氧树脂和苯甲醇。
2.按照权利要求1所述的堵漏剂，其特征在于：所述微胶囊改性剂的粒径为5~50μm。
3.按照权利要求1所述的堵漏剂，其特征在于：所述囊壁与囊芯的重量比为1:1~1:5，所述囊芯中，环氧树脂与苯甲醇的重量比为10:1~30:1。
4.按照权利要求1所述的堵漏剂，其特征在于：所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂，环氧当量为180~280克/当量。
5.按照权利要求4所述的堵漏剂，其特征在于：所述环氧树脂为CYD-127、CYD-128、CYD-134、E-42、E-44中的至少一种。
6.按照权利要求5所述的堵漏剂，其特征在于：所述环氧树脂为CYD-128、E-44中的至少一种。
7.按照权利要求1所述的堵漏剂，其特征在于：所述基质沥青为直馏沥青、氧化沥青、溶剂脱沥青、天然沥青中的一种或几种，其软化点为40~80℃。
8.按照权利要求1所述的堵漏剂，其特征在于：所述固化剂为脂肪族胺类。
9.按照权利要求8所述的堵漏剂，其特征在于：所述固化剂为长链脂肪族胺类。
10.按照权利要求9所述的堵漏剂，其特征在于：所述固化剂为氢化牛脂基伯胺、氢化牛脂基丙撑二胺、椰油基1,3-丙撑二胺、十六烷基二甲基叔胺、十八烷基二甲基叔胺中的一种或几种。
11.按照权利要求1所述的堵漏剂，其特征在于：所述分散剂为司盘系列的表面活性剂和/或脂肪酸聚氧乙烯酯系列。
12.按照权利要求11所述的堵漏剂，其特征在于：所述司盘系列的表面活性剂为司盘-60、司盘-80和司盘-85中的至少一种，脂肪酸聚氧乙烯酯系列为松香酸聚氧乙烯酯、油酸聚氧乙烯酯和硬脂酸聚氧乙烯酯中的至少一种。
13.按照权利要求1所述的堵漏剂，其特征在于：所述促进剂为4,4-二氨基二苯甲烷。
14.一种按照权利要求1-13任一所述的堵漏剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备微胶囊改性剂；
（2）将基质沥青、水和分散剂按一定比例剪切混合均匀，加入固化剂、促进剂继续搅拌混合，然后加入步骤（1）制备的微胶囊改性剂搅拌均匀即得钻井液用堵漏剂。
15.按照权利要求14所述的方法，其特征在于：步骤（1）制备微胶囊改性剂的具体步骤包括：将聚砜和/或聚醚砜溶解于二氯甲烷中，然后加入环氧树脂和苯甲醇的混合物，搅拌均匀形成分散相；以十二烷基苯磺酸钠水溶液作为连续相，将上述分散相滴加到连续相中，同时进行高速搅拌，滴加完毕后在一定条件下进行反应，同时进行低速搅拌，反应结束后进行抽滤、洗涤、干燥得到微胶囊改性剂。
16.按照权利要求15所述的方法，其特征在于：所述十二烷基苯磺酸钠水溶液的质量浓度为1.0%~1.5%。
17.按照权利要求15所述的方法，其特征在于：所述高速搅拌的转速为1000~3000r/min，所述低速搅拌的转速为500~800r/min。
18.按照权利要求15所述的方法，其特征在于：所述反应的条件为：在35~45℃下反应3~8h。
19.按照权利要求15所述的方法，其特征在于：所述洗涤为先用乙醇进行洗涤然后用去离子水进行洗涤；所述干燥条件为在50~80℃下干燥10~20小时。
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