CN114644912A - 一种自粘型钻井液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自粘型钻井液及其制备方法，涉及石油钻井钻井液堵漏技术领域，该自粘型钻井液的原料包括膨润土粉、氢氧化钠、碳酸钠、磺化酚醛树脂、磺化褐煤、磺化沥青、聚丙烯酰胺钾盐、聚阴离子纤维素和自粘树脂。上述钻井液在进行施工时，自粘树脂会发生沉积聚集，进而发生反应，形成牢固的固化层，起到有效的固井作用，另外，有利于批量生产，原材料成本以及制造成本均相对较低。

Description

一种自粘型钻井液及其制备方法

技术领域

本发明涉及石油钻井钻井液堵漏技术领域，具体涉及一种自粘型钻井液及其制备方法。

背景技术

随着油田开发的不断深入，油井同步出沙、出水日益严重，强注强采更加剧了这一矛盾。在钻井过程中井漏是非常普遍的现象，井下安全受到严重挑战，常因发生裂缝型、孔洞型等复杂漏失而造成巨大经济损失。目前根据不同的漏失类型，国内外研发出多种堵漏技术，其中以桥塞堵漏技术应用最为广泛，复杂漏失则多采取水泥堵漏。但对于高压盐水层漏失，常规堵漏方法不适用，桥塞堵漏剂进入漏层后封堵层易被盐水层侵蚀，承压能力大大降低，另外桥塞堵漏剂的抗反排能力、驻留能力较差，存在压力波动时封堵层易被顶出脱落，导致复漏；水泥堵漏过程中，易与地层流体相混，水泥遇水分散，且被盐水污染，导致不能固化或固化缓慢，严重影响堵漏效果。例如：顺北一区顺北52X井三开志留系塔塔埃尔塔格组钻遇断层、裂缝发育，共计发生14次井漏及3次出盐水复杂，井漏与出盐水并存，先后使用桥浆堵漏、水泥浆堵漏及全井堵漏浆钻进等多种方式进行堵漏作业，累计漏失钻井液1542.12m³，出盐水293.57m³，复杂耗时74.11d，造成重大经济损失。

专利CN110885669A一种钻井液用热敏树脂抑制封堵剂及其制备方法报道了一种钻井液用热敏树脂抑制封堵剂及其制备方法，对有机硅氧烷进行改性处理，再混合经处理的膨润土，得到钻井液用抑制封堵剂，所得的抑制封堵剂敏感度高，耐温性好、强度高，在热作用下树脂体系亲和性能改变，钻井液体系中的细小的液滴和其他油溶性分散剂颗粒之间的距离扩大，钻井液塑性黏度降低，抑制粘土水化膨胀，低温低压封闭滤失量和高温高压渗透滤失量均较低，钻井液的抑制封堵性能提高。专利CN110878200A一种裂缝漏失地层高承压密度自适应堵漏材料报道了一种裂缝漏失地层高承压密度自适应堵漏材料，由高强度多孔材料、弹性多孔材料与填充材料组成，采用高强度多孔材料作为架桥材料，弹性多孔材料作为变形材料，高强度多孔材料形状不规则、表面粗糙、摩擦系数大，易于在裂缝内形成封堵架桥，裂缝漏失地层高承压密度自适应堵漏材料形成的封堵层承压能力高，可有效避免重复漏失或封堵失效的发生，同时高强度多孔材料与弹性海绵具有良好的密度自适应性，与钻井液适配性好，该发明针对裂缝性漏失地层能够进行有效封堵。专利CN110724504A一种钻井液用多功能固结堵漏剂报道了一种钻井液用多功能固结堵漏剂，其包括如下质量百分比的组分：无机矿物材料45-60％、纤维4-5％、固化剂15-20％、助滤剂5-10％、缓凝剂3-5％、膨胀剂5-10％、分散剂3-5％；所述无机矿物材料是粒径均为200目的灰钙与活性氧化镁按照重量比0.5：1或者1：1的混合物。所述纤维为水镁石纤维，长径比为10-50：1，直径为0.5-15um。将各组分混合均匀，即得到钻井液用多功能固结堵漏剂。该堵漏剂采用清水或水基钻井液作基液直接配制成堵漏浆。可以采用随钻、高滤失、整体固结三种施工方式；使用方便，无需清罐及更改钻具组合；且沉降稳定性高，若使用清水作为基液时，可直接加重至需要的密度。文献(桥塞堵漏材料的固化可行性研究，化工技术与开发，2019，48(12):38-41)报道了桥塞堵漏易产生假堵现象，当恢复钻进后，假堵层被破坏，会重新发生漏失。为解决该问题，在桥塞堵漏浆中加入了固化材料Mo-Mc，桥塞颗粒彼此黏连或整体固化，使得封堵墙不易被破坏，提高了封堵性能。通过实验，发现固化材料Mo-Mc对桥塞堵漏浆具有黏连和固化的作用；Mo-Mc的适宜加量为25％-30％，Mo/Mc适宜配比为2-2.5。温度越高，固化时间越快；缓凝剂可延迟固化时间1.5h。文献(热致形状记忆“智能”型堵漏剂的制备与特性实验，石油学报，2020，41(1):106-114)报道了利用“热－机械变形”基本原理，研制了不同粒径的热致形状记忆智能型堵漏剂，借助傅里叶红外光谱仪、差示扫描量热仪和“折叠－展开”形状记忆测试方法，实验评价了其分子结构、玻璃化转变温度和形状记忆性能；测试了高温高压条件下颗粒膨胀及力学性能；开展了长裂缝封堵模拟实验，探讨了裂缝封堵机理。结果表明，热致形状记忆堵漏剂的玻璃化转变温度可依据漏层温度进行调控，形状固定率和回复率大于99％；高温高压条件下-颗粒D90增长率大于40％，激活后抗压强度高，有利于在裂缝中自适应架桥封堵。热致形状记忆堵漏剂激活前为片状，易进入裂缝，达到激活温度后膨胀至立方体块状的三维结构，在一定范围内可自适应匹配漏层裂缝宽度，封堵效率高，采用一套封堵工作液配方即可成功封堵3-5mm不同开度共存裂缝，实现温敏、自适应、高效封堵作用。

综上所述，现有报道的钻井液堵剂在遇到漏层裂缝较大且裂缝较多的情况时，很难在井筒周围形成良好的封堵层，易产生假堵现象，恢复钻进后，假堵层会被钻具的搅动及钻井液的冲刷破坏而再次发生漏失。因此，现有的堵水剂在技术和性能上仍有较大的改进提升余地，而性能优良的针对裂缝的堵水剂的研发，都无疑会对现有的断裂带志留系地层裂缝钻井液堵漏开发产生积极作用，以及最终表现出的经济效益，都将产生重要影响。故而有必要研究一种承压能力强、抗盐水污染、抗稀释能力强且不易反排的钻井液，解决高压盐水层裂缝性漏失问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种自粘型钻井液及其制备方法，该钻井液主要由自粘树脂、膨润土粉，氢氧化钠，碳酸钠，磺化酚醛树脂，磺化褐煤，磺化沥青，聚丙烯酰胺钾盐，聚阴离子纤维素等组成。自粘树脂经过化学反应，形成的固结材料能减缓盐水侵污，自粘树脂进入漏层后，经过固化反应，能够提高封堵层的强度和与岩石面的胶结强度，增强堵漏材料的抗反排能力，提高封堵层对抗高压盐水的侵蚀能力，可解决常规堵漏剂在高压盐水层中遇到的盐侵蚀、遇水冲稀、滞留不住等问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种自粘型钻井液，所述自粘型钻井液的原料包括膨润土粉、氢氧化钠、碳酸钠、磺化酚醛树脂、磺化褐煤、磺化沥青、聚丙烯酰胺钾盐、聚阴离子纤维素和自粘树脂。

进一步地，所述自粘型钻井液按重量百分比计，包括：3-4％膨润土粉、0.1-0.3％氢氧化钠、0.08-0.12％碳酸钠、3-4％磺化酚醛树脂、3-4％磺化褐煤、2-4％磺化沥青、0.1-0.3％聚丙烯酰胺钾盐、0.08-0.12％聚阴离子纤维素和5-20％自粘树脂，余量为水。

优选地，所述自粘型钻井液按重量百分比计，包括：3.5％膨润土粉、0.2％氢氧化钠、0.1％碳酸钠、3.5％磺化酚醛树脂、3.5％磺化褐煤、3％磺化沥青、0.2％聚丙烯酰胺钾盐、0.1％聚阴离子纤维素和15％自粘树脂，余量为水。

进一步地，所述自粘性树脂为酚醛树脂包覆的固体颗粒。

进一步地，所述固体颗粒的直径范围为0.1-5mm。

进一步地，所述固体颗粒包括硅微粉颗粒、塑胶颗粒或橡胶颗粒中的一种或多种。

进一步地，所述酚醛树脂为热固性酚醛树脂。

进一步地，所述自粘树脂制备方法包括以下步骤：将液体酚醛树脂或固体酚醛树脂的醇溶液喷淋至固体颗粒上，混合均匀，使酚醛树脂均匀包覆在固体颗粒表面，得到自粘树脂。

进一步地，所述固体酚醛树脂的醇溶液与固体颗粒的重量比为1:9-2:8。

进一步地，所述液体酚醛树脂或固体酚醛树脂的醇溶液粘度在300-500cst之间。

本发明还提供了上述自粘型钻井液的制备方法，包括以下步骤：向水中依次加入氢氧化钠、碳酸钠、膨润土粉，搅拌后静置，加入磺化酚醛树脂、磺化褐煤、磺化沥青、聚丙烯酰胺钾盐、聚阴离子纤维，搅拌均匀后加入自粘树脂，搅拌均匀，即得自粘型钻井液。

进一步地，所述静置的时间为24h。

本发明所取得的技术效果是：

本发明的高压盐水层裂缝性漏失堵漏剂具有以下优点：自粘性，采用的自粘树脂可以发生化学交联，形成强力固化材料，故最终配方的承压能力、稀释能力和抗反排能力强。该钻井液的自粘树脂除了自身固化反应外，还可以将环境中的其他岩石、砂砾、纤维等材料进行粘结，进一步增强固化后的强度，承压能力、稀释能力和抗反排能力强进一步加强。由于本发明的技术方案融合了自粘概念于钻井液体系，使该钻井液具有粘结固化等特性，形成的固结材料具有良好的增强封堵层的抗反排能力，在承压能力、抗反排能力和抗盐水稀释能力这些综合性能上都有很大程度的提升，故最终配方更适用于解决高压盐水层裂缝性漏失难题。

具体实施方式

值得说明的是，本发明中使用的原料均为普通市售产品，因此对其来源不做具体限定。

实施例1

自粘树脂制备：颗粒状物先用石英砂，粒径为0.1mm，热固性酚醛树脂选用液体酚醛树脂，粘度为300cst。将石英砂90kg加入转鼓内，转动转鼓，将10kg液体酚醛树脂喷淋到石英砂上，待混合均匀，酚醛树脂均匀包覆在硅微粉颗粒表面，停止转鼓，获得自粘树脂；

钻井液制备：量取自来水400mL在杯中，搅拌下方依次加入氢氧化钠0.1％，碳酸钠0.08％，膨润土粉3％，搅拌三个小时，静置24小时，一次加入磺化酚醛树脂3％，磺化褐煤3％，磺化沥青2％，聚丙烯酰胺钾盐0.1％，聚阴离子纤维素0.0.8％，搅拌均匀，然后加入自粘树脂5％，搅拌均匀，既得自粘型钻井液。

效果：自粘树脂在130℃下，加热6个小时，自粘树脂固化良好，固化后树脂强度达6MPa。

实施例2

自粘树脂制备：颗粒状物先用橡胶颗粒，粒径为5mm，热固性酚醛树脂选用固体酚醛树脂，采用乙醇配置溶液，溶液的粘度为500cst。将橡胶颗粒80kg加入转鼓内，转动转鼓，将酚醛树脂溶液喷淋到橡胶上，酚醛树脂溶液用量控制在酚醛树脂为20kg，待混合均匀，酚醛树脂均匀包覆橡胶颗粒表面，停止转鼓，获得自粘树脂；

钻井液制备：量取自来水400mL在杯中，搅拌下方依次加入氢氧化钠0.3％，碳酸钠0.12％，膨润土粉4％，搅拌三个小时，静置24小时，一次加入磺化酚醛树脂4％，磺化褐煤4％，磺化沥青4％，聚丙烯酰胺钾盐0.3％，聚阴离子纤维素0.12％，搅拌均匀，然后加入自粘树脂20％，搅拌均匀，既得自粘型钻井液。

效果：自粘树脂在130℃下，加热6个小时，自粘树脂固化良好，固化后树脂强度达4MPa。

实施例3

自粘树脂制备：颗粒状物先用电木颗粒，粒径为2mm，热固性酚醛树脂选用液体酚醛树脂，粘度为500cst。将电木颗粒85kg加入转鼓内，转动转鼓，将酚醛树脂溶液喷淋到石英砂上，酚醛树脂用量为15kg，待混合均匀，酚醛树脂均匀包覆在石电木表面，停止转鼓，获得自粘树脂；

钻井液制备：量取自来水400mL在杯中，搅拌下方依次加入氢氧化钠0.2％，碳酸钠0.1％，膨润土粉3.5％，搅拌三个小时，静置24小时，一次加入磺化酚醛树脂3.5％，磺化褐煤3.5％，磺化沥青3％，聚丙烯酰胺钾盐0.2％，聚阴离子纤维素0.1％，搅拌均匀，然后加入自粘树脂15％，搅拌均匀，既得自粘型钻井液。

效果：自粘树脂在130℃下，加热6个小时，自粘树脂固化良好，固化后树脂强度达9MPa。

对比例1

与实施例3的区别仅在于，钻井液按重量百分比计包括：2％膨润土粉、0.4％氢氧化钠、0.05％碳酸钠、5％磺化酚醛树脂、2％磺化褐煤、5％磺化沥青、0.05％聚丙烯酰胺钾盐、0.15％聚阴离子纤维素和3％自粘树脂。

效果：自粘树脂在130℃下，加热6个小时，自粘树脂固化不完全，固化后树脂无强度。

对比例2

与实施例3的区别仅在于，液体酚醛树脂或酚醛树脂的醇溶液与固体颗粒的重量比为3:7。

效果：自粘树脂在130℃下，加热6个小时，自粘树脂固化不完全，固化后树脂无强度。

对比例3

与实施例3的区别仅在于，将自粘树脂替换为环氧树脂。

效果：在130℃下，加热6个小时，环氧树脂固化不完全，固化后树脂强度0.5MPa。

对比例4

与实施例3的区别仅在于，不加入自粘树脂。

效果：在130℃下，加热6个小时，钻井液显著无变化。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种自粘型钻井液，其特征在于：所述自粘型钻井液的原料包括膨润土粉、氢氧化钠、碳酸钠、磺化酚醛树脂、磺化褐煤、磺化沥青、聚丙烯酰胺钾盐、聚阴离子纤维素和自粘树脂。

2.根据权利要求1所述的自粘型钻井液，其特征在于：按重量百分比计，包括：3-4％膨润土粉、0.1-0.3％氢氧化钠、0.08-0.12％碳酸钠、3-4％磺化酚醛树脂、3-4％磺化褐煤、2-4％磺化沥青、0.1-0.3％聚丙烯酰胺钾盐、0.08-0.12％聚阴离子纤维素和5-15％自粘树脂，余量为水。

3.根据权利要求1所述的自粘型钻井液，其特征在于：所述自粘性树脂为酚醛树脂包覆的固体颗粒。

4.根据权利要求3所述的自粘型钻井液，其特征在于：所述固体颗粒的直径范围为0.1-5mm。

5.根据权利要求3所述的自粘型钻井液，其特征在于：所述固体颗粒包括硅微粉颗粒、塑胶颗粒或橡胶颗粒中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的自粘型钻井液，其特征在于：所述酚醛树脂为热固性酚醛树脂。

7.根据权利要求1所述的自粘型钻井液，其特征在于：所述自粘树脂制备方法包括以下步骤：将液体酚醛树脂或固体酚醛树脂的醇溶液喷淋至固体颗粒上，混合均匀，使酚醛树脂均匀包覆在固体颗粒表面，得到自粘树脂。

8.根据权利要求7所述的自粘型钻井液，其特征在于：所述固体酚醛树脂的醇溶液与固体颗粒的重量比为1:9-2:8。

9.根据权利要求7所述的自粘型钻井液，其特征在于：所述液体酚醛树脂或固体酚醛树脂的醇溶液的粘度在300-500cst之间。

10.如权利要求1-9任一项所述的自粘型钻井液的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：向水中依次加入氢氧化钠、碳酸钠、膨润土粉，搅拌后静置，加入磺化酚醛树脂、磺化褐煤、磺化沥青、聚丙烯酰胺钾盐、聚阴离子纤维，搅拌均匀后加入自粘树脂，搅拌均匀，即得自粘型钻井液。