CN113773820B - 一种承压堵漏浆及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油钻井堵漏领域的一种承压堵漏浆及其制备方法和应用。所述承压堵漏浆在优化的桥堵配方的基础上，通过强化桥堵浆配方，引入微纳米封堵剂和成膜封堵剂，进一步降低形成的堵漏桥塞的渗透率，阻止裂缝扩展，提高地层承压能力。注入桥堵浆后，关闭环空，使用小排量进行适当憋挤，使低压地层裂缝张开，堵漏浆在漏失层堆积架桥填充，其中部分材料相互缠绕聚集交联成膜形成致密封堵隔离层，形成对漏失通道的牢固封堵，承压强度高，能长时间起作用，可大幅度降低钻井堵漏作业的时间和成本。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井堵漏领域，更进一步说，涉及一种承压堵漏浆及其制备方法和应用。
背景技术
井漏是钻井作业中普遍存在的复杂问题，造成钻井液从井眼漏入漏失通道，不仅耗费大量的钻井液和堵漏材料，还可能造成井榻、卡钻、井喷等严重复杂事故，甚至造成井眼报废等重大事故，经济损失巨大。使用合适的钻井堵漏材料和堵漏工艺是处理井漏的主要方法。目前的堵漏材料主要分为桥堵材料，水泥类固结材料，高分子凝胶材料，纤维类材料，泡沫类材料等。
近年来，国内外在钻井防漏堵漏方面提出了多种解决方法，同时研制和开发了一些新型堵漏材料和防漏堵漏体系。常见的堵漏工艺有：1.高分子凝胶段塞堵漏、2.凝胶桥塞浆挤封堵漏、3.绒囊工作液防漏堵漏技术、4.膨胀管物理防漏堵漏技术、5.钻井液预处理防漏堵漏技术、6.MPD技术等。多种新型堵漏剂产品应运而生，例如：抗高压堵漏剂、复合堵漏剂、自适应防漏堵漏剂、微复合有机/无机凝胶、特种凝胶ZND等，取得一些成功的经验。但是，针对较大裂缝和溶洞，压力敏感地层，以及严重漏失井况，现有堵漏材料和技术往往难以形成堵漏浆滞留，堵漏强度低，堵漏一次成功率低，提高地层承压能力小，堵漏桥塞抗流体或压力冲击性能较差，堵漏后复漏率较高。
公开号为CN 102434124 A的中国专利，提供了一种钻井用逐次复合法堵漏方法，其通过固井水泥泵或泥浆泵，将两种或两种以上不同组分、不同性质的堵漏液分比例、分先后逐次送入井下漏层的堵漏方法。该堵漏方法可以在漏失通道形成滞留层，通过不同组分、不同性质的堵漏液复合，达到提高地层承压能力和抗压强度的目的。主要是利用两种堵漏浆相互作用提高堵漏效果。公开号为CN 102876303 A的中国专利，提供了一种在光滑裂缝漏失壁面稳定承压的钻井液用承压堵漏剂，由碳酸钙颗粒，碳酸钙粉和柔性石墨粉组成，提高实现多级充填，形成致密屏蔽层，但是无胶凝或成膜作用。公开号为CN 104073227 A的中国专利，提供了一种裂缝性碳酸盐岩地层封堵剂，其由颗粒、片状、纤维、弹性组成，均为常规堵漏材料，形成的堵漏桥塞无聚集再交联作用。正向堵漏效果较好，但是抗钻井液冲蚀和压力冲击能力较差。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种承压堵漏浆。具体地说涉及一种承压堵漏浆及其制备方法和应用。本发明通过改进承压堵漏浆配方，提高形成的堵漏桥塞层的致密性，提高承压堵漏的成功率和耐冲击性，减少了钻具在堵漏施工中的卡钻风险。
本发明目的之一是提供一种承压堵漏浆，可包含以重量份数计的以下组分：
基浆100重量份；
高强度堵漏剂2～20重量份；优选3～16重量份；更优选10～16份；
弹性堵漏剂1～15重量份；优选2～10重量份；
纤维堵漏剂0.5～5重量份；优选1～4重量份；
微纳米堵漏剂1～6重量份；优选2～4重量份；
成膜封堵剂0.5～5重量份；优选1～3重量份。
其中，
所述的承压堵漏浆，还可包含钻井液用沥青粉；
以所述基浆为100重量份计，
所述钻井液用沥青粉0～8重量份，优选0.5～6重量份；更优选2～4重量份；
所述的钻井液用沥青粉可选自磺化沥青、氧化沥青、改性沥青中的至少一种。
所述高强度堵漏剂：弹性堵漏剂：纤维堵漏剂的重量比可为(3～5):(1～3):1，优选为4:2:1。
所述的高强度堵漏剂选自长石、青石、沙石、聚合物、树脂、有机玻璃中的至少一种；所述高强度堵漏剂的密度范围为1.3～3.0g/cm3；所述的高强度堵漏剂具体可为不规则无定型颗粒，所述高强度堵漏剂的粒度范围为0.2～2mm之间。
所述的高强度堵漏剂具体可为不规则无定型颗粒，粒度范围可为0.2～2mm之间。具体可选择市售产品如高强度堵漏剂GQJ-1、GQJ-2；其中GQJ-1主要是密度较高的无机物石材类的刚性颗粒堵漏剂，GQJ-2的材质为密度较低的聚合物、树脂、有机玻璃等。目前其他市售的刚性堵漏剂种类较少，除了植物果壳类的核桃壳和石灰石以外，大多为聚合物和粘土、石灰石粉等填充物的复合材料，强度并不高。
所述的弹性堵漏剂的密度范围可为1.1～1.3g/cm3，粒度范围可在0.1～0.5mm之间，优选具有一定的抗温能力，抗温不低于150℃，优选压缩变形在20％以内。所述的弹性堵漏剂为弹性材料，材质可选自橡胶，优选为橡胶类颗粒，具体可如轮胎橡胶等的不规则无定型颗粒(具体可为废旧轮胎橡胶经粉碎而成)。
所述的纤维堵漏剂可选自矿物纤维、以及木质纤维、聚酯纤维等的一种或多种；所述的纤维堵漏剂的纤维直径可选自10～200um，纤维长度可选自100～5000um；
所述矿物纤维可选自石膏纤维、水镁石、海泡石纤维等中的至少一种。
所述的钻井液用沥青粉可选自磺化沥青、氧化沥青、改性沥青中的至少一种。
所述的微纳米堵漏剂的粒度范围可在0.2～10um。
所述的微纳米堵漏剂具体可为微纳米级表面经过钝化处理的氧化钙和碳酸钙的混合物。这里所说的钝化处理主要是指使用原材料石灰石在粉碎过程中的表面处理，具体如采用高温粉碎过程中加入一定的表面活性剂，如三乙醇胺和硅烷偶联剂等，制备得到的氧化钙和碳酸钙的混合物。
所述的成膜封堵剂可选自高分子聚乙烯醇、聚酰胺改性酚醛树脂和有机硅改性酚醛树脂中的一种或多种，优选固态产品以便于运输和现场配置。
所用成膜封堵剂不仅具有一定的成膜封堵作用，还具有一定的润滑降摩阻作用，可降低堵漏过程中的卡钻风险。市售的成膜剂种类较多，但大多数主要是用于储层保护目的，用于堵漏的很少。
本发明所述的承压堵漏浆由刚性颗粒、弹性颗粒、纤维材料、微纳米材料、成膜材料等组成，不仅能快速堆积架桥，而且形成的堵漏桥塞可在成膜封堵剂和纳米材料的作用下进一步形成致密隔离膜层，封堵性能更佳，耐冲蚀和冲击能力更强。
本发明在优化的桥堵配方的基础上，通过强化桥堵浆配方，引入微纳米封堵剂和成膜封堵剂，进一步降低形成的堵漏桥塞的渗透率，阻止裂缝扩展，提高地层承压能力。弹性材料在裂缝尖端充填后，具有一定的变形承压能力，但强度不高，可以辅助后面的大颗粒材料形成有效“架桥”，经过小颗粒材料充填并与纤维材料一起作用，形成稳固“桥”，沥青、微纳米材料进一步充填后，形成致密泥饼，阻断井筒和地层压力传递，达到堵漏的目的，成膜封堵剂除了进一步降低水相渗透外，还在井筒表面形成光滑膜，提高泥饼润滑系数，降低钻具在高浓度堵漏浆条件下的摩擦阻力，有效降低卡钻风险。
本发明目的之二是提供所述的承压堵漏浆的制备方法，可包括以下步骤：
将包含所述基浆与高强度堵漏剂、弹性堵漏剂、纤维堵漏剂、钻井液用沥青粉、微纳米堵漏剂、成膜封堵剂在内的组分混合均匀，即得。
优选地，
所述的堵漏浆的制备方法包括以下步骤：取基浆或现场钻井液，依次边搅拌边加入包含钻井液用沥青粉、微纳米堵漏剂、弹性堵漏剂、纤维堵漏剂、成膜封堵剂、高强度堵漏剂在内的组分，即得。其中，还可加入本领域其他常用助剂，一般配制成稀胶液使用。所述稀胶液可选自水解聚丙烯腈铵盐NH4HPAN、褐煤树脂SPNH、磺化酚醛树脂SMP-2、聚丙烯酰胺钾盐KPAM和必要的KCl等与水配制而成，也可根据不同的钻井液体系进行适当调整。所述稀胶液主要为调节密度和降失水、及调节钻井液流变性能的作用，为现场钻井液维护处理常见方法。
本发明的制备方法中的储存设备或反应设备均为现有技术中通常的储存设备或反应设备。
本发明目的之三是提供所述的承压堵漏浆的应用，具体可为在井漏处理中的应用。优选地，所述应用方法可包括以下步骤：
该堵漏浆配置好后，将光钻杆下至漏失层井深以上20～50m，先泵入所述承压堵漏浆(所述承压堵漏浆的用量以能覆盖封堵漏失井段容积并有一定的附加量为准，附加量一般为20～40m3，可根据具体情况进行调整)，再泵入钻井液进行替浆，直至堵漏浆中钻具内外的液面达到平衡，停止替入并起钻至堵漏浆液面之上50～150m(优选100m)，然后关闭井筒环空，利用泥浆泵小排量进行适当憋挤，憋挤压力控制在地层破裂压力之内，将60～75wt％(优选66％～70wt％)用量的堵漏浆分多次(例如4～10次)挤入地层，憋挤完成后缓慢泄压，将钻具起出井筒，循环验漏，不漏即完成堵漏作业，漏失则根据情况调整配方继续上述过程。
本发明所述的承压堵漏浆由刚性颗粒、弹性颗粒、纤维材料、微纳米材料、成膜材料等组成，不仅能快速堆积架桥，而且形成的堵漏桥塞可在成膜封堵剂和纳米材料的作用下进一步形成致密隔离膜层，封堵性能更佳，耐冲蚀和冲击能力更强。
实施工艺可采用逐步憋压提高地层承压能力。
本发明通过改进承压堵漏浆配方，提高形成的堵漏桥塞层的致密性，提高承压堵漏的成功率和耐冲击性。在优化的桥堵配方的基础上，通过强化桥堵浆配方，引入微纳米封堵剂和成膜封堵剂，进一步降低形成的堵漏桥塞的渗透率，阻止裂缝扩展，提高地层承压能力。注入桥堵浆后，关闭环空，使用小排量进行适当憋挤，使低压地层裂缝张开，堵漏材料在漏失层堆积架桥填充，其中部分材料相互缠绕聚集交联成膜形成致密封堵隔离层，形成对漏失通道的牢固封堵，承压强度高，能长时间起作用，可大幅度降低钻井堵漏作业的时间和成本，单次井漏处理时间可降低50％以上，泥浆漏失量可降低50％以上，由堵漏材料在井筒堆积造成的卡钻等风险可大幅度降低75％以上。该堵漏配方和制备方法及现场实施工艺已在西北油田、新疆油田、西南油气田等得到成功现场应用，堵漏效果良好，可推广应用到国内外其他类似井漏的处理。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。
以下组分均为重量份，高强度堵漏剂和弹性堵漏剂为中国石化石油工程技术研究院生产，其余各组分来源均为普通市售。井浆为现场钻井过程中所用的水基钻井液。
原料来源
| 名称 | 代号 | 生产厂家 |
| 高强度堵漏剂 | GQJ-1 | 中石化工程院 |
| 高强度堵漏剂 | GQJ-2 | 中石化工程院 |
| 弹性堵漏剂 | SMGQ-3 | 中石化工程院 |
| 纤维堵漏剂 | SQD-98 | 新疆宏伟石油化工技术有限公司 |
| 纤维堵漏剂 | DF-1 | 库尔勒万顺达石油科技有限公司 |
| 钻井液用沥青粉 | FF-1 | 山东得顺源石油科技有限公司 |
| 钻井液用沥青粉 | FT-1 | 山东阳谷县龙泉化工厂 |
| 钻井液用沥青粉 | FT342 | 山东阳谷江北化工有限公司 |
| 微纳米堵漏剂 | SMNR-1 | 中石化工程院 |
| 成膜封堵剂 | SMFP-1 | 中石化工程院 |
实施1～3中均为在具体地层中处理遇到的井漏问题，具体为西北某油田某区块三开5500～6700m地层多次发生井漏，井漏深度主要集中在5600～6600m的志留系地层，地层温度120～140℃，漏失速度从15m3/h到失返，单次井漏处理时间平均在15天以上，单次井漏漏失钻井液200方以上，预计裂缝宽度在1mm～14mm之间，采用桥堵浆、化学固结浆、高失水堵漏浆、水泥浆多次堵漏效果不理想，承压能力不能达到下部提高钻井液密度安全钻进的要求。主要的问题有常规的颗粒类架桥材料如核桃壳在高温下易发生碳化变质，不能起到良好的架桥支撑作用,架桥颗粒选择不合理，堵漏浆配方不适合等原因，导致形成的堵漏桥塞与地层的适应性不够，在激动压力作用下，易复漏。
实施例1：
所述的承压堵漏浆各组分用量以重量份计如下：
井浆：100
高强度堵漏剂GQJ-1：12
弹性堵漏剂SMGQ-3：6
纤维堵漏剂SQD-98：3
钻井液用沥青粉FF-1：2
微纳米堵漏剂SMNR-1：2
成膜封堵剂SMFP-1：1
其中，
所述井浆为钾胺基聚磺钻井液，具体体系配方为：3％膨润土浆+2％磺化酚醛树脂SMP-2+2％褐煤树脂SPNH+3％磺化褐煤SMC+2％磺化沥青粉FT-1+2％阳离子乳化沥青YK-H+2％纳米乳液RHJ-3+1％聚胺SMJA-1+5％氯化钾KCl+重晶石，钻井液密度为1.38g/cm3，粘度为50s。
所述的承压堵漏浆制备方法包括以下步骤：
取井浆，依次边搅拌边加入钻井液用沥青粉、微纳米堵漏剂、弹性堵漏剂、纤维堵漏剂、成膜封堵剂、高强度堵漏剂，混合均匀并使用稀胶液调整堵漏浆流变性能和密度，其中所述稀胶液由0.25％NH4HPAN+0.5％SPNH+0.5％SMP-2+3％KCl与水配制而成，调整堵漏浆漏斗粘度至60～65s，密度与原钻井液相当，即得，备用。
在井底5776m发生漏失，漏速20m3/h，按照上述配方配制好60m3承压堵漏浆，下光钻杆至井底5730m，泵入55m3承压堵漏浆进钻杆，再泵入钻井液进行替浆直至堵漏浆中钻具内外的液面达到平衡，停止替入并起钻至堵漏浆液面之上100m，关井，利用泥浆泵小排量开泵缓慢加压，排量为0.5～1m3/min，分5次将70％的堵漏浆憋入地层，憋挤过程中压力不超过6MPa，憋挤完成后保持憋压状态2h，然后缓慢泄压至零，开井，试压，合格则继续钻进。本次井漏共耗时6.5天，漏失钻井液95方。单次井漏处理时间降低了56.7％，泥浆漏失量降低了52.5％。
承压堵漏浆性能复测：取实施例1所述承压堵漏浆，另配制对比例1堵漏浆(除了不含有微纳米封堵剂和成膜封堵剂，其他成分及制备方法均同实施例1)，在130℃下老化4h后，使用3～5mm的裂缝板作为模拟介质，使用DLM堵漏实验仪器，测试实施例1所述承压堵漏浆在130℃条件下正向承压能力均大于10MPa，具体数据见表1。
实施例2：
所述的承压堵漏浆各组分用量以重量份计如下：
井浆：100
高强度堵漏剂GQJ-2：10
弹性堵漏剂SMGQ-3：5
纤维堵漏剂DF-1：2.5
钻井液用沥青粉FT-342：2.5
微纳米堵漏剂SMNR-1：3
成膜封堵剂SMFP-1：1.5
承压堵漏浆的制备方法同实施例1。
所述井浆为钾胺基聚磺钻井液，其具体体系配方包括：3％膨润土浆+2％SMP-2+2％SPNH+3％SMC+2％FT-1+2％YK-H+2％RHJ-3+1％SMJA-1+5％K Cl+重晶石，钻井液密度为1.38g/cm3，粘度为54s。
在井底6016m发生漏失，漏速12m3/h，按照上述配方配制好50m3承压堵漏浆，并使用实施例1中的稀胶液调整堵漏浆粘度到56s左右，密度与钻井液相当，下光钻杆至井底6016m，然后上提30m，泵入34m3承压堵漏浆进钻杆，再泵入钻井液进行替浆直至堵漏浆中钻具内外的液面达到平衡，停止替入并起钻至堵漏浆液面之上100m，关井，利用泥浆泵小排量开泵缓慢加压，排量为0.5-1m3/min，分6次将68％的堵漏浆憋入地层，憋挤过程中压力不超过7MPa，憋挤完成后保持憋压状态3h，然后缓慢泄压至零，开井，试压，合格则继续钻进。本次井漏共耗时5.8天，漏失钻井液85方。单次井漏处理时间降低了61.3％，泥浆漏失量降低了57.5％。
堵漏浆性能复测：取现场用承压堵漏浆130℃下老化4h后，使用3～5mm的裂缝板作为模拟介质，使用DLM堵漏实验仪器，在130℃条件下测试实施例2其正向承压能力均大于10MPa，具体数据见表1。
实施例3：
所述的承压堵漏浆各组分用量以重量份计如下：
井浆：100
高强度堵漏剂GQJ-2：16
弹性堵漏剂SMGQ-3：8
纤维堵漏剂DF-1：4
钻井液用沥青粉FT-1：4
微纳米堵漏剂SMNR-1：3
成膜封堵剂SMFP-1：2
承压堵漏浆的制备方法同实施例1。
所述井浆为钾胺基聚磺钻井液，其具体体系配方包括：
3％膨润土浆+2％SMP-2+2％SPNH+3％SMC+2％FT-1+2％YK-H+2％RHJ-3
+1％SMJA-1+5％KCl+重晶石，钻井液密度为1.38g/cm3，粘度为53s。
在井底6558m发生漏失，漏速32m3/h，按照上述配方配制好60m3承压堵漏浆，并使用实施例1中的稀胶液调整堵漏浆粘度到56s左右，密度与钻井液相当，下光钻杆至井底6558m，然后上提50m，泵入50m3承压堵漏浆进钻杆，再泵入钻井液进行替浆至堵漏浆中钻具内外的液面达到平衡，停止替入并起钻至堵漏浆液面之上100m，关井，利用泥浆泵小排量开泵缓慢加压，排量为0.5～1m3/min，分9次将65％以上的堵漏浆憋入地层，憋挤过程中压力不超过8MPa，憋挤完成后保持憋压状态3h，然后缓慢泄压至零，开井，试压，合格则继续钻进。本次井漏共耗时7天，漏失钻井液95方。单次井漏处理时间降低了53.3％，泥浆漏失量降低了52.5％。
承压堵漏浆性能复测：取实施例3所述的承压堵漏浆，另配制对比例2堵漏浆(除了不含有微纳米封堵剂和成膜封堵剂，其他成分及制备方法均同实施例3)，分别在140℃下老化4h后，使用3～5mm的裂缝板作为模拟介质，使用DLM堵漏实验仪器，在140℃条件下测试实施例3其正向承压能力均大于10MPa，具体数据见表1。
表1承压堵漏浆复核实验性能对比
Claims (13)
1.一种承压堵漏浆，其特征在于包含以重量份数计的以下组分：
基浆100重量份；
高强度堵漏剂2~20重量份；
弹性堵漏剂1~15重量份；
纤维堵漏剂0.5~5重量份；
微纳米堵漏剂1~6重量份；
成膜封堵剂0.5~5重量份；
钻井液用沥青粉0.5~6重量份；
所述高强度堵漏剂选自GQJ-1和/或GQJ-2；
所述弹性堵漏剂选自SMGQ-3；
所述微纳米堵漏剂选自SMNR-1；
所述成膜封堵剂选自SMFP-1；
所述的纤维堵漏剂选自矿物纤维、以及木质纤维、聚酯纤维的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种承压堵漏浆，其特征在于：
以所述基浆的用量为100重量份数计，所述高强度堵漏剂的用量为3~16重量份。
3.根据权利要求1所述的一种承压堵漏浆，其特征在于：
以所述基浆的用量为100重量份数计，所述弹性堵漏剂的用量为2~10重量份。
4.根据权利要求1所述的一种承压堵漏浆，其特征在于：
以所述基浆的用量为100重量份数计，所述纤维堵漏剂的用量为1~4重量份。
5.根据权利要求1所述的一种承压堵漏浆，其特征在于：
以所述基浆的用量为100重量份数计，所述微纳米堵漏剂的用量为2~4重量份。
6.根据权利要求1所述的一种承压堵漏浆，其特征在于：
以所述基浆的用量为100重量份数计，所述成膜封堵剂的用量为1~3重量份。
7.根据权利要求1~6之一所述的一种承压堵漏浆，其特征在于：
所述的钻井液用沥青粉选自磺化沥青、氧化沥青中的至少一种。
8.根据权利要求1~6之一所述的一种承压堵漏浆，其特征在于：
所述的钻井液用沥青粉选自改性沥青中的至少一种。
9.根据权利要求1~6之一所述的一种承压堵漏浆，其特征在于：
所述高强度堵漏剂：弹性堵漏剂：纤维堵漏剂的重量比为（3~5）: （1~3）:1。
10.根据权利要求1~6之一所述的一种承压堵漏浆，其特征在于：
所述的纤维堵漏剂的纤维直径选自10~200um，纤维长度选自100~5000um；
和/或，
所述矿物纤维选自石膏纤维、水镁石、海泡石纤维中的至少一种。
11.根据权利要求1~10之任一项所述的承压堵漏浆的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
将包含所述基浆与高强度堵漏剂、弹性堵漏剂、纤维堵漏剂、钻井液用沥青粉、微纳米堵漏剂、成膜封堵剂在内的组分混合均匀，即得所述承压堵漏浆。
12.根据权利要求1~10之任一项所述的承压堵漏浆或者根据权利要求11所述的制备方法制备的承压堵漏浆在井漏处理中的应用。
13.根据权利要求12所述的应用，所述应用方法包括以下步骤：
将光钻杆下至漏失层井深以上20~50m，先泵入所述承压堵漏浆，再泵入钻井液进行替浆，直至堵漏浆中钻具内外的液面达到平衡，停止替入并起钻至堵漏浆液面之上50~150m，然后关闭井筒环空，进行憋挤，将60~75wt%的堵漏浆挤入地层，憋挤完成后缓慢泄压，将钻具起出井筒，循环验漏。
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