CN115322758B - 一种抗高温高压钻井液堵漏剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗高温高压钻井液堵漏剂，由片状材料、颗粒类材料和纤维类材料组成，该堵漏剂加入钻井液中制成堵漏浆然后注入地层，堵漏浆中各组分的质量浓度如下：片状材料50～120g/L、颗粒材料40～130g/L、纤维材料80～120g/L；所述片状材料包括热固性树脂片状材料和方解石片状材料；所述热固性树脂片状材料由新酚醛树脂与酚醛树脂按质量比1:(2.8～3.1)混合或者酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂按质量比2:1混合后压片而成，厚度为0.3～0.5mm，一面光滑，一面有纹理。所述方解石片状材料为质地柔软、易折弯变形的薄片。所述颗粒材料为碳酸钙颗粒或石英颗粒。本发明的堵漏剂有效解决了传统堵漏剂在高温高压条件下性能失效的问题。

Description

一种抗高温高压钻井液堵漏剂

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域，尤其是一种抗高温高压钻井液堵漏剂。

背景技术

中国南海莺琼盆地是世界三大高温高压聚集地区之一，也是我国南海海域天然气勘探的主战场，油气勘探前景远大。主要目的层黄流组二段钻进时井漏频发，且漏失量大，堵漏难度大，堵漏成功率低，严重影响了钻井效率和井控安全，制约了莺琼盆地的勘探开发进程。目前的防漏、堵漏材料存在性能不足问题，堵漏效果欠佳。

目前的常规堵漏材料(如云母片、核桃壳、橡胶、棉籽壳等)在高温高压地层堵漏作业过程中由于抗高温高压性能不足，堵漏效果欠佳。常规堵漏剂在高温条件下易发生碳化降解，改变堵漏剂的原始性能，也降低了钻井液性能，导致堵漏成功率低，复漏频发。除此之外，常规堵漏剂颗粒主要集中在9目(直径约1.98mm)以下，颗粒级配偏低，仅适合微小裂缝堵漏，当需要封堵较大开度裂缝时，封堵覆盖率过低，堵漏效果不佳。

在高温高压地层堵漏过程中，存在的问题具体表现为：1、高温老化后，核桃壳、橡胶、棉籽壳、纤维等外观形态发生明显变化；2、核桃壳等有机植物类材料高温老化后焦化降解，橡胶等有机聚合物类材料高温老化后熔融降解；3、核桃壳等有机植物类材料高温老化后抗压强度显著降低，橡胶老化后弹性变形率显著降低；4、高温老化作用降低了核桃壳等堵漏材料表面摩擦系数，所形成的封堵层结构中的力链网络稳定性减弱，容易发生剪切错位失稳，导致重复性漏失；5、核桃壳等植物类颗粒高温老化降解，粒径减小，无法对原有地层裂缝开度进行有效架桥封堵，堵漏效率降低。

因此，针对南海莺琼盆这种罕见的高温高压地层(井下温度普遍高于180℃，压力系数接近2.3)，常规堵漏剂和堵漏工艺满足不了现场情况，亟需新材料、新技术解决该区域漏失问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种抗高温高压钻井液堵漏剂。该堵漏剂具有抗高温高压能力，可有效解决传统堵漏剂在高温高压条件下性能失效的问题。

本发明提供的抗高温高压钻井液堵漏剂，由片状材料、颗粒类材料和纤维类材料组成。该堵漏剂加入钻井液中制成堵漏浆然后注入地层，堵漏浆中各组分的质量浓度如下：

片状材料50～120g/L、颗粒材料40～130g/L、纤维材料80～120g/L。

所述片状材料包括热固性树脂片状材料和方解石片状材料。

所述热固性树脂片状材料由新酚醛树脂与酚醛树脂按质量比1:(2.8～3.1)混合或者酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂按质量比2:1混合后压片而成，厚度为0.3～0.5mm，一面光滑，一面有纹理；该片状材料按照粒径的大小分为两种，第一种粒径为3～5mm，第二种粒径为1～3mm；使用时，选择其中一种粒径或两种粒径复配使用。

所述方解石类片状材料由方解石压片而成，质地柔软、易折弯变形，能适应不同尺寸裂缝。按照粒径的大小分为两种，第一种粒径为3～5mm，第二种粒径为1～3mm；使用时，选择其中一种粒径或两种粒径复配使用。

所述颗粒材料为碳酸钙颗粒或石英颗粒，该颗粒材料按照粒径的大小分为3种，第一种粒径为2～3.35mm，第二种粒径为1～2mm，第三种粒径为0.5～1mm；使用时，选择其中一种粒径或多种粒径复配使用。

所述纤维材料为陶瓷纤维、海泡石纤维、石棉绒、玄武岩纤维和水镁石纤维的一种或多种混合物；纤维长度为0.1～12mm，直径为80-150μm。

优选的是，针对1.5～0.5mm裂缝，各组分在堵漏浆中的质量浓度如下：

片状材料50g/L、颗粒材料40g/L、纤维材料80g/L；

其中，片状材料均使用粒径1-3mm；热固性树脂片状材料和方解石片状材料质量比3:2；热固性树脂片状材料为新酚醛树脂与酚醛树脂混合压片而成；

颗粒材料为粒径0.5-1mm的碳酸钙颗粒；

纤维材料为海泡石纤维。

优选的是，针对3.0～1.0mm裂缝，各组分在堵漏浆中的质量浓度如下：

片状材料80g/L、颗粒材料50g/L、纤维材料90g/L；

其中，片状材料中，1～3mm的片状树脂材、3～5mm的片状树脂、1～3mm片状方解石、3～5mm的片状方解石的质量比为1:1:1:1；片状树脂材料为酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂混合后压片而成；

颗粒材料由0.5～1mm的碳酸钙颗粒和1～2mm的碳酸钙颗粒按照质量比3:2混合制成；

纤维材料为海泡石纤维和石棉绒按质量比1:2混合而成的复合纤维材料。

优选的是，针对5.0～3.0mm裂缝，各组分在堵漏浆中的质量浓度如下：

片状材料120g/L、颗粒材料130g/L、纤维材料120g/L；

其中，片状材料中，1～3mm的片状树脂材、3～5mm的片状树脂、1～3mm片状方解石、3～5mm的片状方解石的质量比为2:4:3:3；片状树脂材料为酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂混合后压片而成；

颗粒材料由0.5～1mm的碳酸钙颗粒、1～2mm的碳酸钙颗粒、2～3.35mm的石英颗粒按照质量比5:4:4混合制成；

纤维材料为海泡石纤维、石棉绒、陶瓷纤维按质量比1:1:1混合而成的复合纤维材料。

本发明提供的堵漏剂适用于开度≤5mm的裂缝堵漏，将本发明提供堵漏剂按照上述配方添加至钻井液中，随后注入裂缝漏失层即可。

堵漏剂中堵漏材料搭配原理为：片状材料在狭窄地层中容易发生翻转，滞留率高，能够快速形成封堵层，但稳定性不够；颗粒材料作为骨架结构，硬度高不易变形，但颗粒之间的空隙大，不够致密；纤维材料互相牵扯形成网架结构，可增强封堵层的稳定性，但其承压能力不强。综合利用片状堵剂、刚性颗粒和纤维材料的封堵优势，协同封堵裂缝，可有效地形成具有“强力链网络结构”的致密承压封堵层，避免重复性漏失的发生，还拓宽了漏失裂缝的封堵范围。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

(1)本发明提供的堵漏剂中的材料具有较强的抗高温高压能力，在高温高压环境中性能变化小，甚至不变化，保证了材料在高温高压漏失层的封堵效果。

(2)本发明提供的堵漏剂，材料种类多，粒径分布范围广，能同时封堵不同开度的裂缝，具有优异的适应性封堵能力。

(3)本发明提供的堵漏剂采用片状材料、颗粒材料、纤维类复合材料协同封堵，可有效地形成具有“强力链网络结构”的致密承压封堵层，避免封堵失效和重复性漏失，封堵承压能力高达20MPa以上。

(4)本发明提供的堵漏剂，堵漏剂中的片状堵漏材料极易嵌入诱导缝壁面内形成架桥，辅助的纤维和细小颗粒状堵漏材料充填于剩余孔隙中，可在井壁较浅位置(15～22mm)封堵诱导裂缝，防止了诱导缝的进一步延伸扩大。

(5)本发明提供的堵漏剂具有优异的抗堵漏浆“返吐”的能力，反向承压能力达7MPa以上。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1、实施例3的堵漏剂中各堵漏材料粒度分布图。

图2、封堵压力曲线和漏失量累计曲线图。

图3、本发明堵漏剂在裂缝钢岩中形成封堵层的实物图。

图4、反向封堵压力曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

一、制备实施例

实施例1

针对1.5～0.5mm裂缝，本实施例提出的堵漏材料，由片状材料、颗粒类材料和纤维类材料组成，各组分在堵漏浆中的质量浓度如下：

片状材料50g/L、颗粒材料40g/L、纤维材料80g/L；

片状材料为片状树脂材料和片状方解石材料，其中，片状树脂材料为新酚醛树脂与酚醛树脂按质量比1:3混合后压片而成。

颗粒类材料为碳酸钙。

纤维类材料为海泡石纤维。

具体地，分别称取上述粒径为1～3mm的片状树脂材料30g、1～3mm的片状方解石材料20g、粒径为0.5～1mm的碳酸钙颗粒40g、海泡石纤维80g，将上述材料混合均匀后即得到抗高温高压钻井液堵漏剂。将上述堵漏剂加入1000mL钻井液中得到堵漏浆。

实施例2

针对3.0～1.0mm裂缝，本实施例提出的堵漏材料，由片状材料、颗粒类材料和纤维类材料组成，各组分在堵漏浆中的质量浓度如下：

片状材料80g/L、颗粒材料50g/L、纤维材料90g/L；

片状材料为片状树脂材料和片状方解石材料，其中，片状树脂材料为酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂按质量比2:1混合后压片而成；

颗粒类材料为的碳酸钙。

纤维类材料为海泡石纤维和石棉绒按质量比1:2混合而成的复合纤维材料。

具体地，称取上述片状材料80g，其中粒径为1～3mm的片状树脂材料20g，粒径为3～5mm的片状树脂材料20g，粒径为1～3mm的片状方解石材料20g，粒径为3～5mm的片状方解石材料20g；称取上述碳酸钙颗粒50g，其中粒径为0.5～1mm的碳酸钙颗粒30g，粒径为1～2mm的碳酸钙颗粒20g；称取上述复合类纤维材料90g。将上述材料混合均匀后即得到抗高温高压钻井液堵漏剂。将上述堵漏剂加入1000mL钻井液中得到堵漏浆。

实施例3

针对5.0～3.0mm裂缝，本实施例提出的堵漏材料，由片状材料、颗粒类材料和纤维类材料组成，各组分在堵漏浆中的质量浓度如下：

片状材料120g/L、颗粒材料130g/L、纤维材料120g/L；

片状材料为片状树脂材料和片状方解石材料，其中，片状树脂材料为酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂按质量比2:1混合后压片而成。

颗粒类材料为的碳酸钙和石英颗粒。

纤维类材料为海泡石纤维、石棉绒、陶瓷纤维按质量比1:1:1混合而成的复合纤维材料。

具体地，称取上述片状材料120g，其中粒径为1～3mm的片状树脂材料20g，粒径为3～5mm的片状树脂材料40g，粒径为1～3mm的片状方解石材料30g，粒径为3～5mm的片状方解石材料30g；称取上述碳酸钙颗粒130g，其中粒径为0.5～1mm的碳酸钙颗粒50g，粒径为1～2mm的碳酸钙颗粒40g，粒径为2～3.35mm的石英颗粒40g；称取上述复合类纤维材料120g。将上述材料混合均匀后即得到抗高温高压钻井液堵漏剂。将上述堵漏剂加入1000mL钻井液中得到堵漏浆。

对比例1

针对5.0～3.0mm裂缝，本实施例提出的堵漏材料，由片状材料、颗粒类材料和纤维类材料组成，各组分在堵漏浆中的质量浓度如下：

片状材料120g/L、颗粒材料130g/L、纤维材料120g/L；

片状材料为片状树脂材料，其中，片状树脂材料为酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂按质量比2:1混合后压片而成。

颗粒类材料为的碳酸钙和石英颗粒。

纤维类材料为海泡石纤维、石棉绒、陶瓷纤维按质量比1:1:1混合而成的复合纤维材料。

具体地，称取上述片状材料120g，其中粒径为1～3mm的片状树脂材料50g，粒径为3～5mm的片状树脂材料70g；称取上述碳酸钙颗粒130g，其中粒径为0.5～1mm的碳酸钙颗粒50g，粒径为1～2mm的碳酸钙颗粒40g，粒径为2～3.35mm的石英颗粒40g；称取上述复合类纤维材料120g。将上述材料混合均匀后即得到抗高温高压钻井液堵漏剂。将上述堵漏剂加入1000mL钻井液中得到堵漏浆。

对比例2

针对5.0～3.0mm裂缝，本实施例提出的堵漏材料，由片状材料、颗粒类材料和纤维类材料组成，各组分在堵漏浆中的质量浓度如下：

片状材料120g/L、颗粒材料130g/L、纤维材料120g/L；

片状材料为片状树脂材料和片状方解石材料，其中，片状树脂材料为酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂按质量比2:1混合后压片而成。

颗粒类材料为的碳酸钙和石英颗粒。

纤维类材料为海泡石纤维、石棉绒、陶瓷纤维按质量比1:1:1混合而成的复合纤维材料。

具体地，称取上述片状材料120g，其中粒径为1～3mm的片状树脂材料60g，粒径为1～3mm的片状方解石材料60g；称取上述碳酸钙颗粒130g，其中粒径为0.5～1mm的碳酸钙颗粒50g，粒径为1～2mm的碳酸钙颗粒40g，粒径为2～3.35mm的石英颗粒40g；称取上述复合类纤维材料120g。将上述材料混合均匀后即得到抗高温高压钻井液堵漏剂。将上述堵漏剂加入1000mL钻井液中得到堵漏浆。

对比例3

针对5.0～3.0mm裂缝，本实施例提出的堵漏材料，由片状材料、颗粒类材料和纤维类材料组成，各组分在堵漏浆中的质量浓度如下：

片状材料120g/L、颗粒材料130g/L、纤维材料120g/L；

片状材料为片状树脂材料和片状方解石材料，其中，片状树脂材料为酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂按质量比2:1混合后压片而成。

颗粒类材料为的碳酸钙和石英颗粒。

纤维类材料为海泡石纤维、石棉绒、陶瓷纤维按质量比1:1:1混合而成的复合纤维材料。

具体地，称取上述片状材料120g，其中粒径为3～5mm的片状树脂材料60g，粒径为3～5mm的片状方解石材料60g；称取上述碳酸钙颗粒130g，其中粒径为0.5～1mm的碳酸钙颗粒50g，粒径为1～2mm的碳酸钙颗粒40g，粒径为2～3.35mm的石英颗粒40g；称取上述复合类纤维材料120g。将上述材料混合均匀后即得到抗高温高压钻井液堵漏剂。将上述堵漏剂加入1000mL钻井液中得到堵漏浆。

二、性能测试

1.粒度分析

采用筛析法对实施例3进行粒度分析，结果如表1所示。可知，材料粒径集中在4目(4.75mm)以下，成逐级分配，堵漏剂种类多，各级颗粒级配适中，颗粒级配覆盖范围较广，能完成多级封堵，适合段塞堵漏。图1为该堵漏剂的粒度分布图。

表1、实施例3的堵漏剂粒度分析数据

2.高温老化性能测试

采用实施例3获得的堵漏剂进行高温老化实验，测试过程及结果如下：

堵漏剂高温老化评价实验流程为：(1)用天平称取3份5.000g的堵漏剂，分别装入3个老化罐，向老化罐内加满钻井液，隔绝空气中的氧气，密封后放入200℃的滚子加热炉中老化24h，取出老化罐；(2)待老化罐冷却至室温后取出堵漏剂，洗净、烘干、称重，计算堵漏剂老化前后的质量损失率K。质量损失率K的计算公式为：K＝100*(5-M_t)/5，式中M_t为高温老化后堵漏剂质量。实验结果如表2所示。实验结果证明：本发明提供封抗高温高压钻井液堵漏剂在高温条件下质量损失率小，具有优异的抗高温能力。

表2、实施例3的堵漏剂高温老化实验结果

序号	老化前堵漏剂质量/g	老化后堵漏剂质量/g	K/％
				1	5.000	4.909	1.820
2	5.000	4.927	1.460
				3	5.000	4.914	1.720

3.封堵承压能力测试

分别采用实施例3、对比例1、对比例2和对比例3制得的堵漏浆进行封堵承压能力测试，测试过程及结果如下：

将缝宽为3mm的钢岩样放入夹持器中，施加围压至30MPa；将配好的堵漏浆加入堵漏仪工作液釜体，开启电动搅拌器，转速设置为150r/min，打开釜体入口端调压阀和岩心夹持器出口端阀门；启动驱替泵正向驱替，并以2.0MPa的梯度增加釜体内压力，各压力保持10min，计量累计漏失量，当釜体内的压力达到某一个压力点时，累计漏失量迅速增加，釜体中压力急剧下降，且未恢复，则认为裂缝封堵失败，停止实验，记录上一个压力点为封堵层的承压能力。实施例3的最终的封堵压力曲线和累计漏失量曲线见图2，实验结果表明：抗高温高压钻井液堵漏剂所形成封堵层承压能力大于20MPa，证明本发明封堵效果良好。图3为本发明堵漏剂在裂缝钢岩中形成封堵层的实物图。

项目	承压能力/MPa	累计漏失量/mL
			实施例3	20.0MPa	8.8mL
对比例1	6.0MPa	24.6mL
			对比例2	10.0MPa	85.4mL
对比例3	16.0MPa	158.3mL

注：本次实验最大实验压力为20MPa。

4.反向封堵承压能力测试

根据上述封堵承压能力评价方法，采用驱替泵返方向驱替上述封堵承压能力测试后形成的封堵层即可。

最终的反向封堵压力曲线见图4，实验结果表明：抗高温高压钻井液堵漏剂所形成封堵层反向承压能力大于7.0MPa，高于现有堵漏剂的反向承压能力，证明本发明具有优异的抗堵漏浆“返吐”能力。

三、试验例

试验例1

DF13-2-B15H井是南海西部的一口高温高压井，该井在钻至井深5290m发生井漏，决定用实施例2配方进行随钻段塞堵漏，将钻具放于井底以上50m处(井深5240m左右)以480L/min的排量泵入堵漏浆38m³，堵漏浆出钻具水眼后，返浆正常，至到泵入堵漏浆完；后续替浆，泵入1.82g/cm³井浆45.6m³，起始时采用480L/min的小排量顶替，监测出口返浆正常时，逐步提高排量，最高提至1400L/min的排量顶替，未发生漏失，起钻至4770m，关BOP进行挤注，累计挤注500L，立压升至857PSI(6MPa)，泄压，回流290L，后期验漏无漏失，本次堵漏成功。

实验例2

YC23-1-1井是南海西部的一口高温高压井，该井在钻至井深4186.22m发生失返性井漏，裸眼段861m(3325m-4186m)，经监测环空液面降到600m左右，后续吊灌1.08g/cm³液面缓慢到井口，但不能维持稳定，发生漏失时钻井液密度1.92g/cm³，井底温度约为200℃。现场立即泵入浓度约为18％的随钻堵漏浆40m³，井口未见液面，然后换光钻杆堵漏钻具，采用实施例3配方配置堵漏浆，在井底以上60m(4120m)开始泵入堵漏浆，堵漏浆出钻具13m³井口开始返出替浆完成后起钻到套管内，关防喷器进行间歇挤注，挤入井浆500L，最高立压至1020Psi，稳压30min，无压降，缓慢泄压，回流150L。堵漏结束后，更换钻具继续钻进至中完井深4522m，钻进期间再未发生井漏、溢流等情况，本次堵漏成功。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种抗高温高压钻井液堵漏剂，其特征在于，由片状材料、颗粒类材料和纤维类材料组成，该堵漏剂加入钻井液中制成堵漏浆然后注入地层；

针对5.0～3.0mm裂缝，堵漏浆中各组分的质量浓度如下：

片状材料120g/L、颗粒材料130g/L、纤维材料120g/L；

其中，片状材料中，1～3mm的片状树脂材料、3～5mm的片状树脂材料、1～3mm片状方解石、3～5mm的片状方解石的质量比为2:4:3:3；片状树脂材料为酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂按质量比2:1混合后压片而成，厚度为0.3～0.5mm，一面光滑，一面有纹理；所述片状方解石为质地柔软、易折弯变形的薄片；

颗粒材料由0.5～1mm的碳酸钙颗粒、1～2mm的碳酸钙颗粒、2～3.35mm的石英颗粒按照质量比5:4:4混合制成；

纤维类材料为海泡石纤维、石棉绒、陶瓷纤维按质量比1:1:1混合而成的复合纤维材料；纤维长度为0.1～12mm，直径为80-150μm。