CN113004879A

CN113004879A - 一种井壁承压封堵剂及其制备方法

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Publication number: CN113004879A
Application number: CN201911327032.1A
Authority: CN
Inventors: 李银婷; 翟科军; 于洋; 方俊伟; 范胜; 高伟; 齐彪; 耿云鹏; 方静; 张俊; 李双贵; 沈青云; 刘晓民; 易浩
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Northwest Oil Field Co
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Northwest Oil Field Co
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2021-06-22

Abstract

一种井壁承压封堵剂，所述井壁承压封堵剂的组分和质量百分比为：50‑70％无机刚性颗粒、20‑40％改性木质纤维、10‑15％有机质粉末、5‑10％表面处理剂。优选不同粒径无机刚性颗粒、改性木质纤维与有机质粉末的合理搭配，强化井眼、预防井漏、提高地层承压能力、提高井壁稳定性，使其能较好的镶嵌并封堵井壁裂缝及孔喉，增强井眼圆周应力，形成“桶箍效应”；本发明采用的材料均为自然界天然物质直接加工处理而成，对环境影响小；并且本发明采用的材料都为惰性材料且经表面处理，对油基、水基钻井液流变性能影响较小，特别适用于高密度钻井液。

Description

一种井壁承压封堵剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及钻井液用处理剂技术领域，具体涉及一种井壁承压封堵剂及其制备方法。

背景技术

随着国家对油气资源需求的不断扩大，复杂地层条件下的深井、超深井和页岩气井数量的不断增加，钻井液的性能必须能够满足更加严苛的要求。其中，井壁稳定性问题一直是钻井过程中的一个世界性难题，井壁失稳所导致的井塌、缩径卡钻、钻头泥包等井下复杂、事故每年给石油工业造成大量的经济损失。

研究表明，在钻头破碎地层岩石的过程中，会在井壁产生微小裂隙，这是井塌、井漏的潜在风险，在现场施工过程中，多数情况下，当井漏发生时，采用堵漏材料进行堵漏，没有先期加入防漏材料从本质上强化井眼、稳定井壁；即便是目前大量使用的随钻堵漏技术，也是当井漏发生后，随钻材料进入漏失通道进行封堵。

专利CN101693827A(凝结型复合封堵剂)报道了一种凝结型复合封堵剂，具有修复、凝结裂缝、不承压漏失地层井壁、能自由顺利地泵入、在漏失通道、漏失裂缝易破碎的井壁上凝结形成凝固物等特点，广泛在石油、地质钻探工程中应用，特别适应在低压破碎性地层、礁灰岩地层、裂缝型地层的承压堵漏工艺中应用。

专利CN108865086A(一种强抑制、强胶结井壁稳定剂及其制备方法)报道了一种强抑制、强胶结井壁稳定剂及其制备方法。其具有较好的井壁稳定效果，制备过程控制方便，操作简单，产品质量稳定，在150℃条件下使用具有较好的作用效果，由它为关键处理剂构成的水基钻井液体系具有较好的流变性、抑制性、防塌性；既能够强效抑制泥页岩水化膨胀，同时能够封堵固结岩石，提高泥页岩力学性能，增强井壁承压能力的钻井液处理剂，能够有效推动水基钻井液取代油基钻井液，更高效地保持井壁稳定，具备重大理论及实际意义。

文献(侯士立,黄达全,杨贺卫,刘光艳,李栓,王鲁坤,孙双,王小芳.刚性楔入承压封堵技术[J].钻井液与完井液,2015,32(01):49-52+101)通过以刚性封堵剂、可膨胀封堵剂和低渗透封堵剂进行架桥封堵的封堵技术,它利用在地层裂缝、孔隙中架桥、楔入、充填,以提高地层周向应力,达到提高地层承压能力的目的。

文献(邱正松,暴丹,李佳,刘均一,陈家旭.井壁强化机理与致密承压封堵钻井液技术新进展[J].钻井液与完井液,2018,35(04):1-6)井壁强化钻井液技术已成为提高地层承压能力的重要手段之一,目前中国在井壁强化微观机理、模拟实验评价方法和新材料研发等方面,均有待深入研究。

综上所述，现有的承压封堵剂使用不便，尤其是凝结性复合封堵剂，不能在随钻中使用，且施工时存在一定的风险；强抑制、强胶结井壁稳定剂则需要在150℃下使用效果最佳，如在井底温度较低的情况下使用则效果有限；因此，现有的承压封堵剂在性能上仍有较大的改进提升余地。

为了预防井塌、井漏及提高地层承压能力，减少井漏及井壁失稳复杂情况的发生，有待发展一种能从本质上强化井眼、稳定井壁、预防井漏的材料，或从新的理论开发一种更优良的防漏堵漏产品，以及最终表现出的经济效益，都将产生重要影响。

发明内容

本发明提供了一种井壁承压封堵剂；目的在于强化井眼、稳定井壁、预防井漏、提高地层承压能力，从根本上减少井漏及井壁失稳等复杂情况的发生。

本发明公开了一种井壁承压封堵剂，本发明优选不同粒径无机刚性颗粒、改性木质纤维与有机质粉末的合理搭配，使其能较好的镶嵌并封堵井壁裂缝及孔喉，形成“桶箍效应”，有效强化井眼、提高地层承压能力；本发明采用的材料均为自然界天然物质直接加工处理而成，对环境影响小；并且本发明采用的材料都为惰性材料对水基、油基钻井液性能影响小。本发明所采用的技术方案是：

一种井壁承压封堵剂，所述井壁承压封堵剂的组分和质量百分比为：50-70％无机刚性颗粒、20-40％改性木质纤维、10-15％有机质粉末、5-10％表面处理剂，上述组分质量百分比之和为100％。

优选地，所述井壁承压封堵剂的组分和质量百分比为：50-54％无机刚性颗粒、22-24％改性木质纤维、12-15％有机质粉末、6-9％表面处理剂，上述组分质量百分比之和为100％。

优选地，所述无机刚性颗粒为陶瓷粉体或碳化硅的一种或两种。

优选地，所述无机刚性颗粒的级配及质量比为：3000目无机刚性颗粒：2000目无机刚性颗粒：1000目无机刚性颗粒＝(4～5)：(2～3)：(1～2)。

优选地，所述改性木质纤维为松树、橡树或杨树中的至少一种加工而成的木质短纤维，长径比为5～50:1，直径为0.5～15um。

优选地，所述有机质粉末为单向压力封堵剂。

优选地，所述有机质粉末的级配及质量比为：400目单向压力封堵剂：300目单向压力封堵剂＝1:1。

优选地，所述单向压力封堵剂为磺化后的锯末。

优选地，所述表面处理剂为硬脂酸酰胺。

优选地，提供一种上述的井壁承压封堵剂的制备方法，将无机刚性颗粒、改性木质纤维及表面处理剂混合均匀后，在50℃±10℃下养护4-10h，养护完成后加入有机质粉末混合均匀。

本发明的优点及效果：本发明提供一种井壁承压封堵剂，能有效改善井壁，提高地层承压能力，具有优良的防漏、防塌、封堵性能，可作为钻完井液的广谱类防漏产品，减少钻井过程中钻井液损失；抗温达150℃，且经过特殊表面处理，不影响钻井液流变性，在水基、油基钻井液中具备良好的配伍性，尤其适用于在高密度钻井液中的应用；该产品能防止钻井液中固相或液相对油气储层的伤害，实现油气层保护。本发明使用表面活性剂后，生产过程不易起团；使用表面活性剂后，可以直接在水基、油基钻井液中使用，如不加入表面活性剂，则只能在水基钻井液中使用且易聚集成团；由于材料比表面大，如不进行表面处理，则对钻井液流变性影响大；尤其是在封堵微裂缝及孔隙后，所形成的堵塞会形成一层疏水膜，不易被流体冲开导致堵塞被破坏。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书来实现和获得。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的解释和说明。

实施例1：

井壁承压封堵剂的制备，组成井壁承压封堵剂的组分及质量比：60％无机刚性颗粒、25％改性木质纤维、10％有机质粉末、5％表面处理剂；其中无机刚性颗粒为陶瓷，级配及质量比如下：无机刚性颗粒(3000目)：无机刚性颗粒(2000目)：无机刚性颗粒(1000目)＝5:3:2；改性木质纤维为杨树木质纤维，长径比为20:1，直径为10um。所述有机质粉末的级配及质量比为：400目磺化后的锯末：300目磺化后的锯末＝1:1，所述表面处理剂为硬脂酸酰胺。

将无机刚性颗粒、改性木质纤维及表面处理剂混合均匀后，在50℃±10℃下养护4-10h，养护完成后加入有机质粉末混合均匀即得产品。

实施例2：

井壁承压封堵剂的制备，组成井壁承压封堵剂的组分及质量比：65％无机刚性颗粒、20％改性木质纤维、10％有机质粉末、5％表面处理剂；其中无机刚性颗粒为碳化硅，级配及质量比如下：无机刚性颗粒(3000目)：无机刚性颗粒(2000目)：无机刚性颗粒(1000目)＝4:3:3；改性木质纤维为橡树木质纤维，长径比为30:1，直径为2um。所述有机质粉末的级配及质量比为：400目磺化后的锯末：300目磺化后的锯末＝1:1，所述表面处理剂为硬脂酸酰胺。

实施例3：

井壁承压封堵剂的制备，组成井壁承压封堵剂的组分及质量比：65％无机刚性颗粒、15％改性木质纤维、15％有机质粉末、5％表面处理剂；其中无机刚性颗粒为陶瓷及碳化硅，级配及比如下：无机刚性颗粒(2500目)：无机刚性颗粒(1500目)：无机刚性颗粒(800目)＝4:3:3，其中，每个级配中陶瓷和碳化硅的质量比为1:1；改性木质纤维为橡树木质纤维，长径比为30:1，直径为4um。所述有机质粉末的级配及质量比为：400目磺化后的锯末：300目磺化后的锯末＝1:1，所述表面处理剂为硬脂酸酰胺。

实施例4：

井壁承压封堵剂的制备，组成井壁承压封堵剂的组分及质量比：55％无机刚性颗粒、20％改性木质纤维、20％有机质粉末、5％表面处理剂；其中无机刚性颗粒为陶瓷和碳化硅，级配及质量比如下：无机刚性颗粒(3000目)：无机刚性颗粒(2000目)：无机刚性颗粒(1000目)＝4:3:3，其中，每个级配中陶瓷和碳化硅的质量比为1:1；改性木质纤维为松树木质纤维，长径比为30:1，直径为6um。所述有机质粉末的级配及质量比为：400目磺化后的锯末：300目磺化后的锯末＝1:1，所述表面处理剂为硬脂酸酰胺。

井壁承压封堵剂性能测试

(1)侵入度及承压能力实验样品配置方法

分别量取五杯蒸馏水各400ml，每份量取的液体中分别加入0.4g烧碱，调整pH值，挂至高速搅拌器上，转速调整至11000rpm；分别称取实例1、实例2、实例3、实例4及没有加入表面处理剂的井壁承压封堵剂作为比较例进行对比实验；各量取16.0g上述样品备用，在搅拌状态下分别加入浆杯中，搅拌10min，搅拌完成后，分别称取XC(黄原胶)1.6g，在搅拌状态下加入，搅拌30min，期间用玻璃棒刮下粘附在杯壁上的粘附物，高速搅拌完成后，低速搅拌消泡，搅拌10min；

将制备好的样品进行下述测试：

A.侵入深度测试

用耐压透明管式试验装置装入20目～40目干燥洁净的河砂至规定刻度线，用小木棒将河砂插紧压实铺平，制成砂床，将试样浆，缓慢倒入仪器中，测定0.7MPa下，30min滤液通过砂床的浸入深度；在砂床圆周各点用钢板直尺测量浸入深度取算术平均值。

B.砂床承压能力测试

测试1完成后，在60s～90s内缓缓均匀加压至5.0MPa，稳压5min，无滤失量，则判定为砂床承压能力达到指标要求；当有滤失量，则应在结束试验后倒掉泥浆，观察砂床表面之上的滤饼，若被击穿或滤饼之下的砂床出现明显凹痕，应重新测试。

实验结果如表1所示。

表1井壁承压封堵剂侵入深度及承压能力实验

(2)水基、油基钻井液体系配伍性实验

A.水基钻井液配伍性实验

水基钻井液配方：4％膨润土浆+0.3％KPAM(大钾)+0.5％聚胺

+1％PAC-LV+7％KCL+8％SMP-2(2型磺化酚醛树脂)+8％SPNH(褐煤树脂)+3％FT-1(磺化沥青)+2％RHJ-3(润滑剂)+3％QS-2(超细碳酸钙325目)+重晶石粉(密度加至1.4g/cm³)表2水基钻井液性能要求

实验水基钻井液配制：4％膨润土浆水化24h，按上述配方依次加入0.3％KPAM、0.5％聚胺、1％PAC-LV、7％KCL、8％SMP-2、8％SPNH、3％FT-1、2％RHJ-3、3％QS-2加完后搅拌30min，缓慢加入重晶石粉至体系密度为1.4g/cm³，搅拌30min，使用密度计及漏斗粘度计测试密度及漏斗粘度。

分别量取五杯基浆各400ml，挂至高速搅拌器上，转速调整至11000rpm；分别称取实例1、实例2、实例3、实例4以及没有加入表面处理剂的井壁承压封堵剂作为比较例进行配伍性实验；各量取16.0g上述样品备用，在搅拌状态下分别加入浆杯中，搅拌10min，搅拌完成后，倒入老化罐中，放入滚子炉，在150℃下老化16h，测试其性能。

表3水基钻井液老化后性能测试

注：高温高压滤失量在150℃下测试；流变性测试时使用恒温加热套温度控制在50℃时测试；

根据上述配伍性实验，在加入实施例中制备的井壁承压封堵剂，明显降低滤失量，且对流变性影响较小；未加入表面活性剂的比较例，对钻井液流变性影响较大，增粘明显。

B.油基钻井液配伍性实验

油基钻井液配方：240ml 0#柴油+7.2g有机土+6.2ml AT-PMU(主乳化剂)+4ml AT-SUM(辅助乳化剂)+3.6ml AT-WET(润湿剂)+4g CaO氧化钙+60ml 25％氯化钙溶液+重晶石粉(密度加至1.6g/cm³)

表4油基钻井液性能要求

实验油基钻井液配制：量取240ml 0#柴油，挂至高速搅拌器上，转速设置为11000rpm，称取7.2g有机土，在高速搅拌下加入，搅拌10min；使用注射器抽取6.2ml AT-PMU(主乳)、4ml AT-SUM(辅乳)、3.6ml AT-WET(润湿剂)、称取4g CaO氧化钙在高速搅拌下加入，搅拌30min；量取60ml 25％氯化钙溶液，在高速搅拌下加入，搅拌30min，缓慢加入重晶石粉至体系密度为1.6g/cm³，搅拌30min，使用密度计测试密度。

分别量取五杯油基钻井液各400ml，挂至高速搅拌器上，转速调整至11000rpm；分别称取实例1、实例2、实例3、实例4及没有加入表面处理剂的井壁承压封堵剂作为比较例的进行配伍性实验；各量取16.0g上述样品备用，在搅拌状态下分别加入浆杯中，搅拌10min，搅拌完成后，倒入老化罐中，放入滚子炉，在150℃下老化16h，测试其性能。

表5油基钻井液老化后性能测试

根据上述配伍性实验，在加入实施例中制备的井壁承压封堵剂，对流变性影响较小，高温高压滤失量明显降低，破乳电压略微上涨，在具备高强度封堵性能的基础上，且对流变性影响较小。没有加入表面处理剂的井壁承压封堵剂，对钻井液流变性影响较大，破乳电压降低，增粘明显。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims

1.一种井壁承压封堵剂，其特征在于，所述井壁承压封堵剂的组分和质量百分比为：50-70％无机刚性颗粒、20-40％改性木质纤维、10-15％有机质粉末、5-10％表面处理剂，上述组分质量百分比之和为100％。

2.如权利要求1所述的井壁承压封堵剂，其特征在于，所述井壁承压封堵剂的组分和质量百分比为：50-54％无机刚性颗粒、22-24％改性木质纤维、12-15％有机质粉末、6-9％表面处理剂，上述组分质量百分比之和为100％。

3.如权利要求1或2所述的井壁承压封堵剂，其特征在于，所述无机刚性颗粒为陶瓷粉体或碳化硅的一种或两种。

4.如权利要求3所述的井壁承压封堵剂，其特征在于，所述无机刚性颗粒的级配及质量比为：3000目无机刚性颗粒：2000目无机刚性颗粒：1000目无机刚性颗粒＝(4～5)：(2～3)：(1～2)。

5.如权利要求4所述的井壁承压封堵剂，其特征在于，所述改性木质纤维为松树、橡树或杨树中的至少一种加工而成的木质短纤维，长径比为5～50:1，直径为0.5～15um。

6.如权利要求4或5所述的井壁承压封堵剂，其特征在于，所述有机质粉末为单向压力封堵剂。

7.如权利要求6所述的井壁承压封堵剂，其特征在于，所述有机质粉末的级配及质量比为：400目单向压力封堵剂：300目单向压力封堵剂＝1:1。

8.如权利要求7所述的井壁承压封堵剂，其特征在于，所述单向压力封堵剂为磺化后的锯末。

9.如权利要求7或8所述的井壁承压封堵剂，其特征在于，所述表面处理剂为硬脂酸酰胺。

10.一种权利要求1-9任一项所述的井壁承压封堵剂的制备方法，其特征在于，将无机刚性颗粒、改性木质纤维及表面处理剂混合均匀后，在50℃±10℃下养护4-10h，养护完成后加入有机质粉末混合均匀。