CN114250065B

CN114250065B - 一种含有改性弹性骨架材料的堵漏剂

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Publication number: CN114250065B
Application number: CN202011019719.1A
Authority: CN
Inventors: 刘振东; 李公让; 李卉; 于雷; 曹婧; 周晓蕾; 乔军; 夏晔; 明玉广
Original assignee: Sinopec Oilfield Service Corp; Sinopec Shengli Petroleum Engineering Corp; Drilling Technology Research Institute of Sinopec Shengli Petroleum Engineering Corp; Exploration and Development Research Institute of Sinopec Shengli Oilfield Co
Current assignee: Sinopec Oilfield Service Corp; Sinopec Shengli Petroleum Engineering Corp; Drilling Technology Research Institute of Sinopec Shengli Petroleum Engineering Corp; Exploration and Development Research Institute of Sinopec Shengli Oilfield Co
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2020-09-25
Publication date: 2022-12-23
Anticipated expiration: 2040-09-25
Also published as: CN114250065A

Abstract

本发明涉及石油钻井材料领域，特别涉及一种油基钻井液漏失用堵漏剂。主要由改性海绵、超短纤维、石英、超细碳酸钙、橡胶粒组成。本发明的目的是得到一种提高堵漏颗粒分散性和堵漏成功率堵漏剂，堵漏剂利用采用改性骨架材料，在油基钻井液中分散性好，具有较好的弹性，与裂缝具有较好的匹配性，有利于进行裂缝深部，同时，进行裂缝后可恢复形状，有利于实施架桥成网，针对多种类型的漏失都具有较好的堵漏作用，可较好的提高堵漏成功率，避免重复漏失的发生，对于缝洞型漏失具有较好的堵漏效果。

Description

一种含有改性弹性骨架材料的堵漏剂

技术领域

本发明涉及石油钻井材料领域，特别涉及一种油基钻井液漏失用堵漏剂。

背景技术

井漏是在钻井、固井完井、测试或修井等各种井下作业过程中，各种工作液在压差的作用下漏入地层的现象。一旦发生井漏，不仅延误钻井时间，损失钻井液，损害油气层，干扰地质录井工作，增加钻井成本，而且易引起卡钻、井喷、井塌等一系列复杂情况，甚至导致井眼报废，造成巨大的经济损失。

随着对不同井漏原因进一步地认识，堵漏材料的研发也在不断进步。我国从60年代开始用堵漏材料对井漏进行处理，并对堵漏材料进行了一些基础性的研究，这一阶段是见漏就堵时期。由于这一时期对浅部地层漏失、产层漏失、天然漏缝等漏失层性质认识不足,以及堵漏材料的局限性，因此堵漏材料主要采用桥接堵漏材料及软硬塞堵漏材料。该时期发生井漏时，一般根据漏失层孔径及位置的不同，调节颗粒状、鳞片状及纤维状堵漏材料的复配比，并添加适当的惰性材料与之相补，以增强堵漏效果。常用的颗粒状堵漏材料包括有核桃壳、橡胶粒、硅藻土、沥青等；纤维状材料包括有锯末、棉纤维、亚麻纤维等；片状材料包括有云母片、谷壳等。在钻井过程中由钻井速度快或下钻快等原因引起的人为裂缝，可以利用软硬塞堵漏材料不固化的特性，而形成不流动粘稠物质进行封堵，这类材料主要有柴油膨润土浆、剪切稠化液、重晶石塞及石灰乳等。以上几类堵漏材料可以解决由孔隙和裂缝造成的部分漏失和失返漏失，但是一些复杂的漏失不能很好地解决。因此，各种化学堵剂、高失水堵剂、混合堵漏稠浆等新型堵剂应运而生，为对付各种类型的井漏，提高处理井漏的成功率提供了有效手段。

堵漏材料发展的第二阶段开发出各种针对性的堵漏材料，包括高失水堵漏材料、化学堵漏材料、混合堵漏稠浆等。高失水堵漏材料浆液进入漏失层后，在钻井液柱压力及底层压力所产生的压差作用下，迅速失水形成滤饼，堵塞漏失通道，这类材料主要包括渗滤性材料、纤维状材料、硅藻土及多孔惰性材料等；化学堵漏材料是利用高聚物在界面上的静力、分子间的作用力、化学键力，使化合物在界面处形成粘结而起到堵漏作用，这类材料包括凝胶堵漏剂、树脂堵漏剂、膨胀性堵漏剂；混合堵漏稠浆主要是以特种水泥、混合水泥稠浆为主，添加不同的外加剂，提高水泥石的早期强度和稳定性，使之产生较高的承压能力。这几类堵漏材料对渗透性漏失和裂缝性漏失能起到很好的堵漏作用。但是，随着对钻井技术要求的提高，经常出现溶洞性等恶性漏失，而这些常规的堵漏材料不能有效地起到堵漏作用。

90年代后，人们更加注重的是堵漏材料产品的系列化、规格化，为了提高堵漏的效率，开始由单一的堵漏材料向复合型堵漏材料转变。这一阶段研制的复合型堵漏材料，主要有酸溶性高失水暂堵剂、单向压力封闭剂、酸溶性固化材料等。复合堵漏材料主要用于处理复杂的漏失，如水层漏失、气层漏失、长段裸眼井漏失及大裂缝、大溶洞漏失等。对严重井漏，采用复合堵漏材料能大大地提高堵漏成功率。

目前，在堵漏施工中常用的堵漏材料多为常桥接堵漏材料和化学凝胶堵漏材料。化学堵漏主要是通过高聚物的化学反应起到封堵的作用，包括交联反应、固化反应等多种方式。化学堵漏针对恶性漏失具有较好的堵漏效果，但化学堵漏反应较为激烈，施工复杂，风险性较高。桥接堵漏材料施工工艺简单，成本低，在现场最为常用，但某些材料抗温性较差，在高温下易发生分解失效，造成漏层的重复漏失。同时，这些材料存在着封门、不能长时间浸泡等问题，堵漏效果有时并不理想。

部分研究者利用海绵作用与裂缝高匹配性的骨架材料进行应用。如过滤海绵、防火海绵等。如发明专利201410164250.9《一种油气井钻井承压堵漏剂及其制备与应用》，提出一种油气井钻井承压堵漏剂，由弹性海绵纤维、油井水泥、磨细矿渣、钙般土、云母粉和清水混合组成，可用于油气井钻井承压堵漏。

目前来说针对油基钻井液漏失用的堵漏剂较少，部分存在着堵漏颗粒与油基钻井液配伍性不好，在油基钻井液中漂浮，不易分散，无法通过循环系统进入井眼等问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种油基钻井液用堵漏剂。提高堵漏颗粒分散性和堵漏成功率，堵漏剂利用采用改性骨架材料，在油基钻井液中分散性好，具有较好的弹性，与裂缝具有较好的匹配性，有利于进行裂缝深部，同时，进行裂缝后可恢复形状，有利于实施架桥成网，针对多种类型的漏失都具有较好的堵漏作用，可较好的提高堵漏成功率，避免重复漏失的发生，对于缝洞型漏失具有较好的堵漏效果。

其技术方案如下：

一种含有改性弹性骨架材料的堵漏剂由改性海绵、超短纤维、石英、超细碳酸钙、橡胶粒组成。本发明堵漏剂可用于水基和油基钻井液中，具有较好的堵漏效果。

进一步的，该堵漏剂在油基钻井液中使用时，各组分在100份油基钻井液中的加入量按重量百分比为：

改性海绵 0.1~2份、

超短纤维 0.1~3份、

石英 3 ~8份、

超细碳酸钙 5~10份、

橡胶粒 5~10份。

其中，改性海绵是在海绵孔隙表面利用有机物和无机物的自组装成膜进行改性制备的，该方法可有效提高海绵在油基钻井液中的分散能力，同时，在海绵孔隙表面成膜可以进一步提高海绵的抗温能力和抗油抗胀能力。

所述海绵为具有网孔状的聚氨酯。

更进一步的，上述改性海绵的制备步骤包括，将海绵依次分别浸渍到聚乙烯亚胺BPEI、PAA（聚丙烯酸钠）、聚乙烯亚胺BPEI、纳米蒙脱土溶液中，每次沉积时间为2~5min，取出后浸渍在清水中，然后用氮气吹干。此为一个沉积周期，沉积20~200个周期即得到改性海绵。

上述PAA还可替换为PSS（聚苯乙烯磺酸钠）。

上述PAA还可替换为PVA（聚乙烯醇）和硼酸或者硼酸酯混合物，可有效提高成膜的质量和速度。

在优选实施方案中，所述超短纤维为涤纶超短纤维、纤维素可再生超短纤维中的一种或几种的组合物。

所述石英为粒径在5~20目。

所述超细碳酸钙粒径在200~800目。

橡胶粒粒径在20~200目。

本发明的有益效果是：

（1）堵漏材料具有良好的抗温性能，不会再高温下失效，可避免重复漏失的发生；

（2）本发明堵漏材料，特别是改性海绵，由于在其表面形成一层复合膜，该膜具有疏水性和一定的机械强度，易于在油基钻井液中进行分散，不会影响钻井液流变性，解决了常规骨架材料在油基钻井液中不能分散导致堵漏效果不理想的缺点。

（3）本发明堵漏剂中海绵材料具有较好的弹性，与裂缝具有较好的匹配性，有利于进行裂缝深部，同时，进行裂缝后可恢复形状，有利于实施架桥成网，针对多种类型的漏失都具有较好的堵漏作用。

附图说明

无。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明技术方案作进一步的详细阐述。

实施例一：

一种含有改性弹性骨架材料的堵漏剂各组分在100份油基钻井液中的加入量按重量百分比为：

改性海绵 0.1份、

超短纤维 2份、

石英 3份、

超细碳酸钙 10份、

橡胶粒 5份。

改性海绵的制备步骤为：

将海绵依次分别浸渍到聚乙烯亚胺BPEI、PAA、聚乙烯亚胺BPEI、纳米蒙脱土溶液中，每次沉积时间为5min，取出后浸渍在清水中，然后用氮气吹干。此为一个沉积周期，沉积200个周期即得到改性海绵。

实施例二：

改性海绵 0.8份、

超短纤维 0.1份、

石英 8份、

超细碳酸钙 5份、

橡胶粒 10份。

改性海绵的制备步骤为：

将海绵依次分别浸渍到聚乙烯亚胺BPEI、PVA和硼酸的混合物、聚乙烯亚胺BPEI、纳米蒙脱土溶液中，每次沉积时间为5min，取出后浸渍在清水中，然后用氮气吹干。此为一个沉积周期，沉积150个周期即得到改性海绵。

实施例三：

改性海绵 0.5份、

超短纤维 1.5份、

石英 5份、

超细碳酸钙 8份、

橡胶粒 8份。

改性海绵制备方法中所形成的复合膜测试：

该复合膜具有非常好的稳定性和机械性能，在水和电解质溶液中存放30天后不发生脱落。将复合膜放置滤失量测定仪上，测定室温下水在不同压力下的渗透情况，没有发现水的渗透。

堵漏剂性能测试：

分别使用海绵和改性海绵进行堵漏性能评价，测试改性海绵的分散性和机械强度的提高对堵漏性能的影响。

利用楔形长裂缝封堵实验装置进行了评价实验，堵漏评价实验结果见下表。

编号	裂缝封堵区域/mm	承压能力/MPa	漏失量/mL
				加入海绵	725~810	7	168
加入改性海绵	695~795	8	136

表

改性海绵分散性的提高使得堵漏剂中骨架颗粒的含量提高，从而使得裂缝封堵区域前移，封堵层的承压能力显著增加，裂缝漏失量降低至126mL，堵漏能力有一定的提高。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种含有改性弹性骨架材料的堵漏剂，其特征在于：由改性海绵、超短纤维、石英、超细碳酸钙、橡胶粒组成，其中，改性海绵是在海绵孔隙表面利用有机物和无机物的自组装成膜进行改性制备的；所述改性海绵的制备步骤包括，将海绵依次分别浸渍到BPEI、阴离子型聚电解质、BPEI、纳米蒙脱土溶液中，每次沉积时间为2~5min，取出后浸渍在清水中，然后用氮气吹干，此为一个沉积周期，沉积20~200个周期即得到改性海绵；各组分在100份油基钻井液中的加入量为：

改性海绵 0.1~2份、

超短纤维 0.1~3份、

石英 3 ~8份、

超细碳酸钙 5~10份、

橡胶粒 5~10份。

2.根据权利要求1所述的一种含有改性弹性骨架材料的堵漏剂，其特征在于：所述改性海绵为具有网孔状的聚氨酯。

3.根据权利要求2所述的一种含有改性弹性骨架材料的堵漏剂，其特征在于：所述阴离子型聚电解质为PAA、PSS、PVA混合物中的一种，所述PVA混合物为PVA和硼酸的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种含有改性弹性骨架材料的堵漏剂，其特征在于：所述超短纤维为涤纶超短纤维、纤维素可再生超短纤维中的一种或几种的组合物。

5.根据权利要求1所述的一种含有改性弹性骨架材料的堵漏剂，其特征在于：所述石英为粒径在5~20目。

6.根据权利要求1所述的一种含有改性弹性骨架材料的堵漏剂，其特征在于：所述超细碳酸钙粒径在200~800目。

7.根据权利要求1所述的一种含有改性弹性骨架材料的堵漏剂，其特征在于：橡胶粒粒径在20~200目。