CN113863892B - 一种钻孔堵漏小球及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻孔堵漏小球及其制备方法，属于钻探施工技术领域，包括外壳和充满在外壳内部的骨架颗粒，骨架颗粒间的间隙、以及骨架颗粒与外壳间的间隙均填充有玻璃纤维和PVC油膏；骨架颗粒包括石子，玻璃纤维的长度大于骨架颗粒的粒径。解决了惰性材料堵漏“大颗粒易架桥但进不了缝隙，小颗粒易进入但难承压”的矛盾，让其“进得去、留得住、承得起”，满足安全、快速、简单、可靠的堵漏目的。
Description
技术领域
本发明属于钻探施工技术领域，具体涉及一种钻孔堵漏小球及其制备方法。
背景技术
钻探施工中经常会遇到钻孔漏失等复杂情况，其对材料消耗、孔壁稳定、泥浆质量等影响很大，不但会大幅增加成本和施工难度，情况复杂时还会严重影响施工安全。复杂地层钻探施工采用优质泥浆必不可少，而好的堵漏技术才能让泥浆充分发挥作用。因此，钻孔堵漏成为能否打好钻、打深钻的关键技术保障。传统钻孔堵漏包括惰性材料类、水泥固结类、化学浆液类、套管管材类等，其中惰性材料类堵漏在施工中使用最为常见。
常规惰性材料堵漏产品主要有801堵漏剂、803堵漏剂、锯末、棉子壳、泥球、沥青等，但其中801堵漏剂、803堵漏剂、锯末、棉子壳等需要泥浆携带泵入或单独搅拌倒入的方式，堵漏材料到达孔底之后，扫孔往往容易发生憋泵憋车，容易被泥浆带走，对泥浆也会形成较大污染，而且往往在缝隙口形成垒起，造成“假堵现象”，堵漏扫孔前泥浆能正常返出，扫孔后又漏失，解决不了“大颗粒易架桥但进不了缝隙，小颗粒易进入但难承压”的矛盾；泥球、沥青堵漏形成的承压能力较小，现有实验承压数据不到1MPa，如果孔内稳定水位很低，则很难成功。同时，泥球堵漏长期浸泡还易被水化带走，沥青堵漏需要现场熬制，灌注工艺也较麻烦；通常惰性材料类堵漏整体可靠度较低，可能需要多次堵漏操作才能达到一定效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钻孔堵漏小球及其制备方法，以解决惰性材料堵漏“大颗粒易架桥但进不了缝隙，小颗粒易进入但难承压”的矛盾问题。
为实现本发明目的，采用的技术方案为：一种钻孔堵漏小球，包括外壳和充满在外壳内部的骨架颗粒，骨架颗粒间的间隙、以及骨架颗粒与外壳间的间隙均填充有玻璃纤维和PVC油膏；骨架颗粒包括石子，玻璃纤维的长度大于骨架颗粒的粒径。
作为进一步可选方案，所述骨架颗粒的粒径为1mm-10mm。
作为进一步可选方案，所述玻璃纤维的长度为40-80mm。
作为进一步可选方案，所述骨架颗粒还包括橡胶颗粒，可在混合搅拌前以等体积原理部分替代石子。
作为进一步可选方案，所述外壳为石膏浆液注塑壳或聚脲浆液注塑壳。
本发明还提供一种如上所述钻孔堵漏小球的制备方法，包括以下步骤:
S1.将PVC油膏先加入加热搅拌炉，充分融化变稀后，逐步加入玻璃纤维和骨架颗粒，搅拌均匀，得到混合料；
S2.将未完全冷却的混合料倒入不锈钢网格刀切割形成长方体，对切割后的混合料进行冷冻降温硬化，然后放入冲压成型模具中冲压成型，形成小球；
S3.将冲压成型的小球放入造壳模具中，在模具中倒入石膏浆液或聚脲浆液包裹小球，待1-2小时后取出，获得钻孔堵漏小球成品。
作为进一步可选方案，在所述步骤S1之前进行选材：筛除粒径小于1mm和大于10mm的骨架颗粒；将骨架颗粒装满1000mL量杯，倒水填满骨架颗粒间的缝隙，记录骨架颗粒的重量和水的重量，PVC油膏的重量是水重量的2倍；玻璃纤维的重量是骨架颗粒与PVC油膏二者总重量的0.6％-0.8％。
作为进一步可选方案，步骤S1中，PVC油膏加热搅拌的温度为200℃。
作为进一步可选方案，步骤S2所获得的小球直径为d，不锈钢网格刀的网格宽度小于直径d的内接正方形边长。
作为进一步可选方案，所述造壳模具包括上模和下模，上模和下模均具有若干成型腔，二者的成型腔一一对应、并形成容纳小球的球形腔，上模开设有通至球形腔的注入孔；下模的成型腔内壁的底面和侧面均具有支撑小球的凸起，使小球与球形腔同心；下模的成型腔上端边缘具有环台，环台的中心孔为上大下小的圆锥孔，环台的外圆面为上大下小的圆锥面，上模的成型腔周围具有与环台匹配的环槽。
本发明的有益效果是：利用新的堵漏原理研制堵漏小球，实现防冲刷挤压破碎绕阻架桥堵漏。解决了惰性材料堵漏“大颗粒易架桥但进不了缝隙，小颗粒易进入但难承压”的矛盾，让其“进得去、留得住、承得起”，满足安全、快速、简单、可靠的堵漏目的。
防冲刷：小球外壳及小球材料本身都具有一定防水性，小球内部骨架颗粒以及挤压破碎后的骨架颗粒会被粘塑材料PVC油膏包裹，基本不被泥浆冲刷污染或带走，能停留在钻孔缝隙一定深度范围；
挤压破碎架桥：除小于缝隙尺寸的骨架颗粒被直接挤入缝隙外，大颗粒会被挤压破碎或变形而强行进入缝隙，这样容易形成强有力的骨架承压能力，达到堵漏承压的目的；
挤压绕阻架桥：缝隙具有不确定尺寸的特点，小于缝隙尺寸的骨架颗粒虽然能够进入缝隙，但会随着粘塑材料PVC油膏呈同步依序状态进入缝隙，这部分材料的承压能力基本来自PVC油膏的内聚力，除非在缝隙中移动遇到转角或缝隙尺寸变小形成卡阻，否则承压能力很小，这种同步依序进入的状态大大降低了骨架颗粒架桥的概率，也就降低了堵漏成功的概率。本发明采用长度大于骨架颗粒粒径的玻璃纤维，不仅能增加粘塑材料PVC油膏强度，减缓流淌之外，其还能通过纤维杂乱无章的缠绕，影响骨架颗粒受压进入裂隙的状态，使其因相互牵扯而受力不均，形成颗粒翻滚和运动的不同步，增加骨架颗粒接触架桥的概率，以此提高堵漏承压能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解的是，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的钻孔堵漏小球的局部剖视图；
图2是本发明实施例提供的钻孔堵漏小球制备方法中造壳模具的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的钻孔堵漏小球制备方法中造壳模具的剖视图；
图4是本发明实施例提供的钻孔堵漏小球制备方法中造壳模具的爆炸图；
图5是本发明实施例提供的钻孔堵漏小球制备方法中造壳模具的仰视视角的爆炸图；
附图标记：1-外壳，2-骨架颗粒，3-玻璃纤维，4-PVC油膏，5-上模，6-下模，7-成型腔，8-球形腔，9-注入孔，10-凸起，11-环台，12-环槽，13-定位柱，14-定位孔，15-连接筋，16-加强筋，17-小球。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。可以理解的是，附图仅仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的连接关系仅仅是为了便于清晰描述，并不限定连接方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。
图1示出了本发明提供的钻孔堵漏小球，包括外壳1和充满在外壳1内部的骨架颗粒2，骨架颗粒2间的间隙、以及骨架颗粒2与外壳1间的间隙均填充有玻璃纤维3和PVC油膏4；骨架颗粒2包括石子，玻璃纤维3的长度大于骨架颗粒2的粒径。
骨架颗粒2的粒径为1mm-10mm。玻璃纤维3的长度为40-80mm。骨架颗粒2还包括橡胶颗粒，可在混合搅拌前以等体积原理部分替代石子，橡胶颗粒可挤压变形进入缝隙实现承压目的。
外壳1为石膏浆液注塑壳或聚脲浆液注塑壳，聚脲相较于石膏外观更漂亮，但成本相对更高。外壳厚度可为2mm，堵漏小球直径可为42mm。
采用钻孔堵漏小球堵漏操作如下：
(1)孔口投小球：发现钻孔漏失，回次结束取心，不用提出钻杆，将计算好的堵漏小球用量在送水模式下直接投入钻杆，落入孔底。
(2)更换擂孔尖锥：将岩心管上的卡簧座更换为擂孔尖锥，该尖锥有绳索取心钻孔口径NQ、HQ、PQ、SQ四种规格，能通过螺纹快速连接岩心管，投入岩心管总成，尖锥会超出钻头底部，简单快捷实现堵漏操作模式。
(3)开泵擂孔到底：开泵送水，在设定钻压下低速回转挤压擂孔到底，通过尖锥刺入破坏堵漏小球材料，对孔壁形成较大挤压力，将堵漏材料强行挤压进入缝隙，达到快速堵漏的目的。
(4)恢复正常钻进：提出岩心管总成，将擂孔尖锥更换回卡簧座，恢复正常钻进模式。
本堵漏小球适用范围是即漏即堵，即钻进过程中出现需要处理的漏失须停钻及时处理，原则上不超过一个回次长度，整个堵漏操作用时相当于一个回次钻进时间。投放小球时开泵送水可减弱小球碰撞变形，擂孔操作时开泵送水可防止钻具粘附，还能提供辅助液柱挤压力。实际堵漏过程中材料经受了“钻具挤压力+液柱压力”的双重作用，此工况严峻于恢复钻进后的工况，能形成可靠的承压能力，钻具挤压到底若能正常返浆，则基本能确认堵漏成功。堵漏小球以待处理钻孔段“等体积原理”推荐用量，擂孔挤压操作以规范推荐钻进压力作为参考，根据实际操作可适当增减用量和压力。擂孔挤压操作相当于岩心堵塞时对岩心管总成形成压力，可防止钻压过高造成岩心管组件破坏。
这样不用提钻即可进行堵漏，对深孔堵漏优势更为明显，节省大量劳动力；堵漏过程无化学反应，全是物理过程，相较水泥及其它化学浆液凝固堵漏，施工更安全；堵漏过程仅约一个回次时间，且无需堵漏再扫孔的多个步骤，堵漏更省时快捷；堵漏无须现场配置，无特殊复杂专用器具，操作简单易学易推广；堵漏材料相对其它工艺用量少，对周边地层影响小。
本发明实施例还提供一种如上所述钻孔堵漏小球的制备方法，包括以下步骤:
S1.将PVC油膏4先加入加热搅拌炉，充分融化变稀后，逐步加入玻璃纤维3和骨架颗粒2，搅拌均匀，得到混合料；
S2.将未完全冷却的混合料倒入不锈钢网格刀切割形成长方体，对切割后的混合料进行冷冻降温硬化，然后放入冲压成型模具中冲压成型，形成小球17；
S3.将冲压成型的小球17放入造壳模具中，在模具中倒入石膏浆液或聚脲浆液包裹小球，待1-2小时后取出，获得钻孔堵漏小球成品。小球外壳1硬化后可起到稳定形状、防止油分挥发、长期保存等作用，制作完毕后装入纸箱待用。
在步骤S1之前先进行选材：筛除粒径小于1mm和大于10mm的骨架颗粒2，即保留粒径1mm-10mm的骨架颗粒2；将骨架颗粒2装满1000mL量杯，倒水填满骨架颗粒2间的缝隙，记录骨架颗粒2的重量和水的重量，PVC油膏4的重量是水重量的2倍；玻璃纤维3的重量是骨架颗粒2与PVC油膏4二者总重量的0.6％-0.8％。步骤S1中，PVC油膏4加热搅拌的温度可为200℃。
步骤S2所获得的小球直径为d，不锈钢网格刀的网格宽度小于直径d的内接正方形边长。如每个堵漏小球未造壳时直径38mm，即d为38mm,需要混合料的体积V＝28716mm3，不锈钢网格刀网格宽度以小于27mm(直径38mm的内接正方形边长)为准，利于安放成型，不锈钢网格刀的网格尺寸可确定为25mm*25mm*45mm。
步骤S3中的石膏浆液以水：石膏＝1:1.2的比例调制，聚脲浆液以聚脲A组分：聚脲B组分＝1:1的比例调制。
如图2至图5，造壳模具包括上模5和下模6，上模5和下模6均具有若干成型腔7，二者的成型腔7一一对应，形成容纳小球17的球形腔8。上模5开设有通至球形腔8的注入孔9；下模6的成型腔7内壁的底面和侧面均具有支撑小球17的凸起10，使小球17与球形腔8同心；下模6的成型腔7上端边缘具有环台11，环台11的中心孔为上大下小的圆锥孔，环台11的外圆面为上大下小的圆锥面，上模5的成型腔7周围具有与环台11匹配的环槽12。
凸起10为球冠状，与小球17点接触支撑，多个凸起10共同进行支撑定位，保证小球17与球形腔8间的间隙，同时利于保证外壳的完整性，避免对小球17成品性能的影响。成型腔7为半球形，下模6的成型腔7内壁的底面设有一个凸起10，侧面设有周向均布的四个凸起10，很好的支撑定位小球17，并且凸起10数量不会过多。
下模6具有若干定位柱13，上模5具有与定位柱13一一对应适配的定位孔14，在合模时导向定位方便。上模5的相邻成型腔7的外壁之间、下模6的相邻成型腔7的外壁之间均具有连接筋15，保障整体模具强度，避免局部变形。成型腔7的外壁均具有周向分布的加强筋16，保障成型腔7本身强度。
上模5和下模6可为硅胶，本实施例以四个成型腔7为例，在模板上一体形成四个成型腔7，连接筋15、加强筋16以及环台11均与其一体成型。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种钻孔堵漏小球的制备方法，所述钻孔堵漏小球包括外壳和充满在外壳内部的骨架颗粒，骨架颗粒间的间隙、以及骨架颗粒与外壳间的间隙均填充有玻璃纤维和PVC油膏；骨架颗粒包括石子，玻璃纤维的长度大于骨架颗粒的粒径，其特征在于：
所述钻孔堵漏小球的制备方法，包括以下步骤:
S1.将PVC油膏先加入加热搅拌炉，充分融化变稀后，逐步加入玻璃纤维和骨架颗粒，搅拌均匀，得到混合料；
S2.将未完全冷却的混合料倒入不锈钢网格刀切割形成长方体，对切割后的混合料进行冷冻降温硬化，然后放入冲压成型模具中冲压成型，形成小球；
S3.将冲压成型的小球放入造壳模具中，在模具中倒入石膏浆液或聚脲浆液包裹小球，待1-2小时后取出，获得钻孔堵漏小球成品。
2.根据权利要求1所述的钻孔堵漏小球的制备方法，其特征在于，所述骨架颗粒的粒径为1mm-10mm。
3.根据权利要求1所述的钻孔堵漏小球的制备方法，其特征在于，所述玻璃纤维的长度为40-80mm。
4.根据权利要求1所述的钻孔堵漏小球的制备方法，其特征在于，所述骨架颗粒还包括橡胶颗粒。
5.根据权利要求1所述的钻孔堵漏小球的制备方法，其特征在于，所述外壳为石膏浆液注塑壳或聚脲浆液注塑壳。
6.根据权利要求1所述的钻孔堵漏小球的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1之前进行选材：筛除粒径小于1mm和大于10mm的骨架颗粒；将骨架颗粒装满1000mL量杯，倒水填满骨架颗粒间的缝隙，记录骨架颗粒的重量和水的重量，PVC油膏的重量是水重量的2倍；玻璃纤维的重量是骨架颗粒与PVC油膏二者总重量的0.6%-0.8%。
7.根据权利要求1所述的钻孔堵漏小球的制备方法，其特征在于，步骤S1中，PVC油膏加热搅拌的温度为200℃。
8.根据权利要求1所述的钻孔堵漏小球的制备方法，其特征在于，步骤S2所获得的小球直径为d，不锈钢网格刀的网格宽度小于直径d的内接正方形边长。
9.根据权利要求1所述的钻孔堵漏小球的制备方法，其特征在于，所述造壳模具包括上模和下模，上模和下模均具有若干成型腔，二者的成型腔一一对应，并形成容纳小球的球形腔，上模开设有通至球形腔的注入孔；下模的成型腔内壁的底面和侧面均具有支撑小球的凸起，使小球与球形腔同心；下模的成型腔上端边缘具有环台，环台的中心孔为上大下小的圆锥孔，环台的外圆面为上大下小的圆锥面，上模的成型腔周围具有与环台匹配的环槽。
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