CN114621740B - 一种高滤失固结堵漏剂、堵漏浆及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高滤失固结堵漏剂及应用，属于油气田钻井技术领域。该高滤失固结堵漏剂由增韧剂、硬化剂、助滤剂、和矿渣材料组成。其中增韧剂选自海泡石纤维、硅酸盐纤维或聚丙烯纤维，硬化剂选自氯化钾或氯化钾与氯化钠的混合物，助滤剂选自硅藻土或生石膏，矿渣材料选自矿渣硅酸盐水泥或高炉矿渣。由该堵漏剂配制成的堵漏浆在压差作用下能够快速失水，滤失时间小于45s，可以调节全滤失时间以适应不同尺寸的漏层，在漏失通道中驻留、固结，与缝壁粘接性良好，实现封堵固化层且不会收缩，24h内强度可达10‑15MPa，能够大大提高薄弱地层的承压能力，避免复漏。
Description
技术领域
本发明属于油气田钻井技术领域，涉及一种高滤失固结堵漏剂及其应用。
背景技术
随着油气资源勘探开发程度的不断深入，钻遇破碎、裂缝性、缝洞性复杂地层，漏失问题愈发严重。井漏频发不仅浪费大量的物力、人力，还延误钻井周期，严重时会导致井喷、井壁失稳等井下复杂事故。
对于裂缝、缝洞性漏失，主要采用桥接堵漏材料、无机胶凝堵漏材料、高失水堵漏材料、化学堵漏材料等。其中，桥接堵漏一般依据区域堵漏经验，多次试堵，堵漏成功率低，而且反复憋挤，会使漏失通道扩张变大，漏失加剧；无机胶凝堵漏材料主要是水泥类，驻留性差，堵漏施工风险高，水泥浆固化后易收缩和抗水冲蚀能力差，影响了水泥浆在漏失通道中的封堵效果；高失水堵漏材料采用清水配制，快速失水堆积不能固化，虽堵漏成功率良好，但易复漏且配制工艺严苛复杂(必须配浆罐干净配以若干气管线等)，极大影响了现场应用推广；化学堵漏材料普遍存在价格高昂、承压能力低等问题。
如中国专利申请CN102443383A公开了一种高失水、可硬化、成塞堵漏剂。该高失水、可硬化、成塞堵漏剂包括下列组分，各组分按质量百分比计：固化材料35-50％、复合堵漏剂25-35％、高失水材料5-15％、弹性膨胀材料5-10％、纤维材料10-15％；其中：复合堵漏剂为颗粒果壳、云母、棉籽壳按质量比5:2:1混合而成；固化材料为石膏、水泥、高炉矿渣、磷酸钠按质量比1:1:0.5:0.1混合而成；高失水材料为硅藻土或粉煤灰；弹性膨胀材料为覆膜吸水橡胶、覆膜吸水树脂按质量比1:1混合而成；纤维材料为9-11mm的聚丙烯腈纤维。该堵漏剂集高失水、延时膨胀、成塞固化、物理搭接于一体，形成的封堵层在后续钻进过程中不易被破坏，有效提高堵漏效率。但该堵漏浆组分较为复杂，组配工作多，不能很好地满足现场配置的需求，且未添加硬化成分易导致堵漏浆返吐、地层复漏。
再如中国专利申请CN102191024B公开了一种可固化堵漏剂。该可固化堵漏剂包括下列组分，各组分按重量百分比配比：可固化材料高炉矿渣35-50％、高滤失材料硅藻土或粉煤灰5-15％、纤维材料石棉纤维、棉纤维或玉米芯15-25％、柔弹性膨胀材料弹性轮胎橡胶2-5％及可酸溶材料碳酸钙20-30％。该堵漏剂可单独使用、固化时间可控、封堵效率高、不依赖于漏层孔隙及裂缝尺寸、可用于裂缝性、溶洞性非储层及储层漏失的高效智能可固化堵漏剂。但其固化后抗压强度不足10MPa，抗水冲蚀能力差，且封堵层易收缩，影响封堵层致密性。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种高滤失固结堵漏剂、堵漏浆及制备方法。本发明的目的在于实现迅速封堵、高承压驻留，解决不同尺寸漏层粒径级配困难，有效的解决裂缝、缝洞性漏失，保障钻井周期，避免发生井下复杂事故。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高滤失固结堵漏剂，以质量份计，包括：
1-2份的增韧剂；
10-15份的硬化剂；
35-40份的助滤剂；
45-50份的矿渣材料。
进一步地，所述的增韧剂选自海泡石纤维、硅酸盐纤维、聚丙烯纤维中的一种或多种，粒径长度为0.5-1mm，优选为0.6-0.8mm。
进一步地，所述的硬化剂选自氯化钾、氯化钠或质量比为2:1的氯化钾与氯化钠的混合物，质量份数优选为10-12份。
进一步地，所述的助滤剂选自粒度为120-200目的硅藻土和生石膏中的一种或多种。
进一步地，所述的矿渣材料选自矿渣硅酸盐水泥和高炉矿渣中的一种或多种，粒度为400-800目，优选为500-700目，质量份数优选为46-48份。
一种堵漏浆，包括所述的高滤失固结堵漏剂和膨润土基浆。
进一步地，所述膨润土基浆的质量分数为2％-6％，用量为100份；所述高滤失固结堵漏剂用量为30-45份，优选为36-42份。
进一步地，所述的高滤失固结堵漏浆的制备方法包括以下步骤：
(1)配制2％-6％的膨润土基浆；
(2)取100份2％-6％膨润土基浆，加入30-45份堵漏剂，连续搅拌20-30min。
进一步地，步骤(1)中的膨润土基浆需要在室温下养护4-10h后再进行步骤(2)。
进一步地，步骤(2)中加入堵漏剂的质量份优选为36-42份，最优选为40份。
所述的堵漏剂或堵漏浆在解决裂缝、缝洞性漏失中的应用。
本发明的堵漏剂按比例与的膨润土基浆配制成堵漏浆，通过钻具泵入井内，在井筒与漏层之间的压差作用下，助滤剂硅藻土或生石膏使堵漏浆发生快速滤失；硬化剂为了堵漏浆固化提供良好的反应条件，使其在漏失通道中形成坚韧的滤饼；本发明中矿渣材料固化能力强，在水基和油基钻井液中都能固化，凝结时间可控，适应于不同工况下的漏失，封堵层固化承压高，确保封堵层稳定持久，不易复漏；本发明采用海泡石纤维或硅酸盐纤维或聚丙烯纤维作为增韧剂，其在高温下理化性能稳定，不易降解，且抗拉强度高，保证了固化封堵层不会开裂形成裂缝。各组分共同作用，最终实现快速封堵漏层、高承压驻留的目的。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)封堵迅速。滤失时间小于45秒，能够实现快速封堵，提高大型漏失的堵漏成功率。
(2)高承压驻留。24小时强度可达10-15MPa，抗水冲蚀能力好、固化强度高，能够大大提高薄弱地层的承压能力，且封堵层稳定不收缩，避免复漏。
(3)解决粒径级配困难。采用室温养护4-10h的2％-6％膨润土基浆配制，可以适当调节全滤失时间，以适应不同尺寸的漏层，有效的解决了粒径级配困难、重复漏失严重的问题。
(4)与各类钻井液兼容性良好。本发明配制的堵漏浆混入一定量的油基钻井液或水基钻井液，不影响堵漏浆的流动性、驻留性及固化特性，适用于不同工况下的漏失。对所述钻井液的成分没有特殊的限制，本领域技术人员可根据实际情况选择不同成分的钻井液。
(5)配制工艺简单，能够满足现场配制需求。操作安全简单，材料来源广泛、价格低廉，漏层适应性好，能够保障堵漏成功率，符合现场堵漏要求。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。其中，海泡石纤维、硅酸盐纤维、聚丙烯纤维购于石家庄福诚矿产品有限公司；硅藻土、生石膏购于灵寿县燕湖矿产品加工厂；矿渣材料购于巴林右旗鑫源矿业有限责任公司；膨润土购自灵寿县裕川矿产品有限公司；纯碱购于苏州墨轩化工科技有限公司。
实施例1
堵漏剂的成分为：1质量份的增韧剂(聚丙烯纤维)，10质量份的硬化剂(氯化钾)，39质量份的助滤剂(硅藻土)，50质量份的矿渣材料(高炉矿渣)。
堵漏剂的制备方法为：将上述增韧剂、硬化剂、助滤剂、矿渣材料按照上述质量份数混合。
实施例2
堵漏剂的成分为：2质量份的增韧剂(硅酸盐纤维)，15质量份的硬化剂(氯化钾与氯化钠比例2:1的混合物)，35质量份的助滤剂(生石膏)，48质量份的矿渣材料(矿渣硅酸盐水泥)。
堵漏剂的制备方法为：将上述增韧剂、硬化剂、助滤剂、矿渣材料按照上述质量份数混合。
实施例3
堵漏剂的成分为：2质量份的增韧剂(海泡石纤维)，10质量份的硬化剂(氯化钾)，38质量份的助滤剂(硅藻土)，50质量份的矿渣材料(高炉矿渣)。
堵漏剂的制备方法为：将上述增韧剂、硬化剂、助滤剂、矿渣材料按照上述质量份数混合。
实施例4
堵漏剂的成分为：1质量份的增韧剂(硅酸盐纤维)，14质量份的硬化剂(氯化钾与氯化钠比例2:1的混合物)，40质量份的助滤剂(生石膏)，45质量份的矿渣材料(矿渣硅酸盐水泥)。
堵漏剂的制备方法为：将上述增韧剂、硬化剂、助滤剂、矿渣材料按照上述质量份数混合。
实施例5
采用裂缝堵漏模拟装置对本发明实施例制备的堵漏剂进行性能评价。所用模拟装置主要由无机变速驱替泵、模拟钢化井筒及裂缝模块组成。裂缝模块为钢柱剖分后磨铣而成，裂缝模块长度为15cm，不同的模块相互组合可以模拟宽度0.5-5mm的裂缝，在裂缝面上粘贴砂子或涂抹水泥砂浆，使得裂缝面具备一定的粗糙度和迂曲度，使模拟漏层更贴近实际漏层。
按照以下步骤制备膨润土基浆：
(1)将1L的清水、0.24(wt)％的纯碱和8(wt)％的膨润土混合；
(2)充分搅拌，在室温下养护膨润土浆4-10h后，将膨润土浆浓度稀释到2％-6％。
将不同质量的实施例1-4制备的堵漏剂分别与上述膨润土基浆混合，得到不同浓度的堵漏浆各300mL：30(wt)％的实施例1堵漏剂制得的堵漏浆，30(wt)％的实施例2堵漏剂制得的堵漏浆，35(wt)％的实施例2堵漏剂制得的堵漏浆，35(wt)％的实施例3堵漏剂制得的堵漏浆，40(wt)％的实施例3堵漏剂制得的堵漏浆，40(wt)％的实施例4堵漏剂制得的堵漏浆。
进行裂缝实验，设置裂缝长度为15cm，裂缝宽度分别为0.5mm、1mm、2mm、3mm。实验步骤如下：
(1)从模拟装置钢筒底部装入实验裂缝模块，上紧下钢盖，关闭下钢盖球阀；
(2)向钢筒模拟裂缝中倒入30mL钻井液基浆(水化24h的4％膨润土浆)，再沿钢筒内壁倒入300mL上述配制好的堵漏浆，过程中注意避免混浆。上紧上钢盖，连接高压管线，上紧转换接头，打开下钢盖球阀；
(3)全排量开泵，观察压力变化，记录漏失量与承压能力的变化关系(堵漏浆挤注完或承压能力到限定值停止实验)；
(4)实验完毕后，测定驻留长度、漏失量及记录承压能力最大值。
实验结果如表1所示。
表1不同裂缝不同堵漏浆质量浓度下的裂缝实验结果
分析实验现象可知，在各组分的共同作用下，本发明提供的堵漏剂能够封堵缝宽0.5-3mm的裂缝，封堵承压强度不小于10MPa。裂缝宽度越小，漏失量也少，虽承压能力高，但存在一定的封口现象，不利于堵漏材料进入漏层形成封堵；裂缝宽度越大，承压强度没有明显降低，且在裂缝内形成的封堵层更长，固化后封堵层承压能力会大大提高，封堵层更加稳定。且本发明提供的堵漏剂与各类钻井液兼容性良好，在油基钻井液或水基钻井液中使用均不影响堵漏浆的流动性、驻留性及固化特性。
实施例6
堵漏浆性能测定：
表2堵漏浆性能
由表2可知，通过用室温养护4-10h的2％-6％膨润土基浆配制堵漏浆调节全滤失时间，一方面有利于足够的堵漏材料进入漏层驻留封堵，另一方面降低了井下管柱的风险。此外，堵漏浆悬浮稳定性大大提高，保证了堵漏浆的可泵送性及泵送的安全性。滤饼24小时抗压强度达10-15MPa，大大提高了薄弱地层的抗破能力。
对比例1
按照实施例1的方法制备得到对比例1，与实施例1的区别在于，将矿渣材料替换为油井G级水泥。
表3油基钻井液封堵对比实验
由表3可知，选用油井G级水泥时堵漏浆在油基钻井液中无法固化，抗冲蚀能力差，易发生复漏，相比之下选用矿渣类材料在油基钻井液中具有更好的固化能力。
对比例2
按照实施例3的方法制备得到对比例2，与实施例3的区别在于，将海泡石纤维分别替换为聚丙烯腈纤维、石棉纤维、棉纤维、玉米芯。
表4不同增韧剂封堵对比试验
由表4可知，当增韧剂选用聚丙烯腈纤维、石棉纤维、棉纤维、玉米芯时，或材料难以进入裂缝，或材料高温下易碳化，失去驻留特性。相比之下本发明选用的增韧剂具有更好的耐高温、易进入裂缝的性能。
对比例3
按照实施例3的方法制备得到对比例3，与实施例3的区别在于，不添加硬化剂部分。
表5未添加硬化剂封堵对比试验
由表5可知，当堵漏剂中未添加硬化剂成分时，封堵层承压能力差，容易返吐致漏，相比之下本发明添加固化剂具有更好的固化效果。
对比例4
按照实施例3的方法制备得到对比例4。在配制堵漏浆时，选用水作为溶剂。
表6溶剂为水封堵对比试验
由表6可知，选用水作为溶剂配制堵漏浆时，会使得封堵层收缩严重，影响封堵层致密性，相比之下本发明在配制堵漏浆时加入膨润土基浆，能够更好地适应地层环境，避免封堵层收缩。
对比例5
按照实施例3的方法制备得到堵漏剂。在配制堵漏浆时，改变膨润土基浆的养护时间。
表7膨润土基浆不同养护时间封堵对比试验
由表7可知，膨润土基浆养护时间少于4h时，封堵层承压能力较差；膨润土基浆养护时间大于10h时，会使得堵漏浆过于黏稠，影响现场泵送。相比之下本发明将膨润土基浆养护时间限制在4-10h，封堵层承压能力更好，同时不影响现场泵送。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种高滤失固结堵漏剂，其特征在于：以质量份计，包括：
1-2份的增韧剂；
10-15份的硬化剂；
35-40份的助滤剂；
45-50份的矿渣材料；
所述增韧剂选自长度为0.5-1mm的硅酸盐纤维、聚丙烯纤维中的一种或多种；所述硬化剂选自氯化钾、氯化钠或质量比为2:1的氯化钾与氯化钠的混合物；所述助滤剂选自粒度为120-200目的硅藻土和生石膏中的一种或多种；所述矿渣材料选自粒度为400-800目的矿渣硅酸盐水泥和高炉矿渣中的一种或多种。
2.一种高滤失固结堵漏浆，其特征在于：所述堵漏浆包括权利要求1所述的高滤失固结堵漏剂和膨润土基浆。
3.一种如权利要求2所述的高滤失固结堵漏浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配制质量分数为2％-6％的膨润土基浆；
(2)取100份质量分数为2％-6％膨润土基浆，加入30-45份高滤失固结堵漏剂，连续搅拌20-30min。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中的膨润土基浆需要在室温下养护4-10h后再进行步骤(2)。
5.如权利要求1所述的堵漏剂或权利要求2所述的堵漏浆在解决裂缝、缝洞性漏失中的应用。
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2020
- 2020-12-14 CN CN202011471519.XA patent/CN114621740B/zh active Active
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