CN115806807A - 一种基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂 - Google Patents

Abstract

本发明所述的一种基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂，包括弹性网状材料、多棱齿合金颗粒、纤维材料、变形颗粒、刚性填充颗粒、成膜聚合物和油相润湿剂。弹性网状材料为经过表面处理的亲油聚氨酯泡沫塑料，漏失发生时在地层压力作用下可以发生变形进入裂缝，形成网状架桥，油基钻井液快速滤失，多棱齿合金颗粒、纤维材料、变形颗粒和刚性填充颗粒在网状架桥处快速堆积形成致密封堵层，成膜聚合物在封堵层表面碱性条件下发生水解、脱羧钙化作用，原位生成高强度的聚乙烯醇钙复合膜，提高封堵层致密程度，减轻压力传递，从而实现对裂缝的有效封堵。

Description

一种基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂

技术领域

本发明涉及石油钻井用堵漏材料技术领域，特别涉及一种用于裂缝性地层漏失的油基钻井液用堵漏剂。

背景技术

近年来，随着油气勘探开发的深入，井漏问题已成为制约钻井提速提效的关键技术难题之一，井漏不仅浪费大量钻井液材料，延误钻井周期，甚至还存在井控风险。特别是近几年随着页岩油气的大规模开发，裂缝广泛发育泥页岩地层的井漏井塌问题更加突出，不仅造成了巨大的经济损失，也大大延缓了勘探开发的进程。

中国目前在水基钻井液专用堵漏剂及封堵技术研发与应用方面做了大量研究，取得了较多成果，水基钻井液用堵漏材料基本已形成体系，产品种类丰富，但在油基钻井液专用堵漏剂及封堵技术研发与应用方面成果较少，尚缺少油基钻井液堵漏剂相关产品。油基堵漏存在以下几个难点：(1)页岩裂缝发育，压力激动容易引起裂缝张开、闭合，复漏频发，增大了堵漏难度；(2)同等条件下，油基比水基更易压裂地层；(3)油基钻井液降低常规堵漏剂摩擦系数，改变漏失通道壁面的润湿性，降低堵漏剂滞留能力，堵漏难度大。常用的水基钻井液堵漏剂一般为亲水性吸水膨胀材料，在油基钻井液体系中无法发挥很好的防漏堵漏效果，因此井漏问题已经成为制约油基钻井液大规模应用的瓶颈之一。

国内外先后研发了热固性橡胶、吸油膨胀树脂、油基凝胶、复合堵漏剂等油基钻井液堵漏材料，并开展了相关现场试验，但尚未形成油基钻井液高效防漏堵漏配套技术措施。

国外新研制了一种油基承压堵漏材料，由FIT、SEAL、FIRST STRIKE、BLOCHADE四种材料组成。这四种材料抗温均大于180℃，不会在高温条件下发生降解、变质的问题，堵漏效果持久性强，且亲油性适度，与油基钻井液的配伍性良好，对流变性能影响不大。 Sweatman等人开发了一种聚合物堵漏体系(CP)，该体系由两种聚合物交联组成，在Giove-2 井的地层堵漏中取得了良好的效果。

国内刘均一等人针对油基钻井液漏失问题，从油基钻井液井漏预防措施入手，通过优选不同类型的钻井液防漏堵漏剂，研制了新型油基钻井液随钻防漏堵漏材料，并探讨了其协同作用机理。渗透性封堵实验以及作用机理分析表明，刚性架桥颗粒、弹性填充颗粒、微细纤维材料等不同类型钻井液防漏堵漏剂具有协同作用效果，能够迅速形成具有“强力链网络”的致密封堵层，显著提高油基钻井液的随钻防漏堵漏性能。刘伟等人研制了一种具有三维网络交联结构或者微孔结构的膨胀型堵漏剂，其可选择性地吸收油水混合体系中的油，具有温度敏感延时膨胀特性，并具有一定的抗压以及成膜能力。李红梅等研制了一种具有疏松多孔内部微观结构的亲油型高分子树脂类油基钻井液封堵材料YDLJ-1。经实验证明，YDLJ-1具有良好的韧性与可变形性，能够保证注入地下时在地层裂缝中变形充填裂缝；具有良好的吸油膨胀性。许明标等人研制了一种油基桥架堵漏剂，其与油基钻井液具有良好的配伍性，热稳定性好，能快速渗入裂缝中，形成韧性封堵层。王灿油基钻井液凝胶堵漏体系主要由工业柴油、胶凝剂NJZ、交联剂JLJ和乳化剂EHJ组成，油基凝胶是先以液体的方式进入漏失层，然后在一定时间内进行聚合交联，形成凝胶，把漏失地层胶结起来，加之自身携带的固相微粒可以进行桥接堵塞，进一步阻止外来工作液的渗入，从而实现封堵。秦江等开发了一种油基钻井液水泥浆堵漏技术，其特点是采用柴油与淡水的混合物配制堵漏水泥浆，该堵漏水泥浆密度、稠化时间和抗压强度均可调，不具有明显的温度敏感性，且有沉降稳定性好、流动能力强的特点。采用柴油配制的堵漏水泥浆与油基钻井液相容性好，抗钻井液污染的能力较强，能大大减少油基钻井液污染对水泥浆强度的影响。

目前，国内相关单位研发应用了一些以随钻封堵纳微孔缝为主的油基用封堵剂，但主要集中于防止渗漏，缺乏使用效果良好的油基堵漏剂。研制的吸油膨胀性堵漏剂在吸油膨胀后承压能力较低，难以满足高效堵漏的需要。由于页岩地层受压力激动影响较大，裂缝在压力激动条件下会发生反复的扩张-闭合，在这种反复的张合作用下，原先堵漏材料形成的封堵层很容易失效，从而引发钻井液复漏。因此单纯依靠刚性架桥颗粒难以实现对这种受激动压力影响较大的裂缝的有效封堵。

发明内容

本发明的目的是克服上述技术的不足，提供一种以亲油弹性网状材料为主要材料，优选高摩擦、易滞留、强承压的填充材料及亲油成膜聚合物组成的油基高滤失材料。通过对聚氨酯弹性网状材料的表面改性，在压力作用下可以发生变形进入裂缝，形成网状架桥，油基钻井液快速滤失，多棱齿合金颗粒、纤维材料、变形颗粒和刚性填充颗粒在网状架桥处快速堆积形成致密封堵层，成膜聚合物在封堵层表面浓集水解成膜，减轻压力传递，从而实现对裂缝的有效封堵。

其技术方案如下：

一种基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂，包括以下重量份的组分：0.05-0.12份的弹性网状材料、2-5份的多棱齿合金颗粒、1-3份纤维材料、3-8份变形颗粒、5-10份的刚性填充颗粒、0.3-0.8份的成膜聚合物、1-3份的油相润湿剂，所述弹性网状材料选自聚氨酯泡沫塑料。

进一步的，所述弹性网状材料进行了表面改性，先将优选的弹性网状材料浸泡在0.5mol/L 的硝酸溶液中，25-30℃条件下超声浸泡1h，再用含质量体积浓度30％甲基乙烯基硅油的石油醚溶液浸泡处理4h，103℃下烘干即得亲油弹性网状材料。

进一步的，所述弹性网状材料的颗粒大小为3-20mm，孔径大小为300-1000μm。

进一步的，所述多棱齿合金材料为泡沫铝，粒径大小为0.5-3mm，密度为1.5-2.0g/cm3。

进一步的，所述纤维材料为为玄武岩纤维，纤维直径为8-16μm，长度为2-16mm。

进一步的，所述变形颗粒为天然沥青粉、氧化沥青粉、橡胶粉改性沥青、岩沥青的一种或两种，其粒径大小为400-2000μm。

进一步的，所述刚性填充颗粒为有机膨润土。

进一步的，所述成膜聚合物选自聚醋酸乙烯酯。

进一步的，所述油相润湿剂为油酸钠、硬质酸钠中的一种或几种。

进一步的，其制作方法为将弹性网状材料、多棱齿合金颗粒、纤维材料、变形颗粒、刚性填充颗粒和油相润湿剂按比例充分混合，然后继续加入成膜聚合物充分混合。

进一步的，一种基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂能够用于页岩裂缝性地层钻井过程油基钻井液堵漏。

进一步的，一种基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂能够用于油基钻井液堵漏。

本发明所述的基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂主要用作油基钻井液用堵漏剂。所述的弹性网状材料经过表面改性，亲油性能良好，高温下耐油性和压缩回弹性良好，可在井底压差作用下挤入裂缝，能适应不同开度地层裂缝(自适应性)，在裂缝处形成一个过滤网，同时起到骨架支撑的作用，变缝为孔，降低裂缝封堵层渗透性，降低漏失速率；同时，弹性网状材料通过“网兜效应”易于捕获其他类型堵漏材料，形成三维立体封堵隔墙(层)，提高堵漏材料在裂缝中的滞留能力，提高堵漏成功率；而且，随着填充材料在过滤网中不断堆积，封堵域较长，大量弹性网状材料起到封堵隔墙协同作用，承担外部载荷，提高了封堵层的致密承压能力，并且由于具有良好的压缩回弹性，压力激动引起的裂缝张合也不会造成封堵层强度的降低，从而可以有效避免复漏的发生。所述的多棱齿合金颗粒具有开孔结构，密度较低但强度高，耐高温耐油浸，在地层条件下油基钻井液中长时间浸泡不会发生任何性能变化，并且合金颗粒的多棱齿结构保障了其在裂缝壁面的强力勾连，大大增强了滞留性能；所述的玄武岩纤维属于天然矿物纤维，耐温耐油性能好，与地层适应性强，经亲油改性后在油基钻井液中具有良好的分散性和成网性，封堵裂缝适应性强；所述的变形颗粒为沥青类物质，在高温下具有较好的变形性能，与油基钻井液具有天然的配伍性能，并且在地层条件下油基钻井液中浸泡不会降解失效，解决了以往橡胶类弹性颗粒耐油性能差的问题，可以有效封堵架桥颗粒之间的孔隙；所述的刚性填充颗粒为有机膨润土，在油基钻井液中分散性好，颗粒粒径小，能大大提高封堵层的致密性能，有效提高承压能力；所述的成膜聚合物可以在封堵层表面浓集，水解、脱羧钙化形成致密承压膜，减轻压力传递，降低滤失量；所述的润湿剂改善了堵漏剂颗粒的表面性质，提高了颗粒的分散性能，提高了油基钻井液堵漏效率。

本发明的有益效果：

(1)本发明的基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂以亲油弹性网状材料为架桥，耐温耐油性好，自适应能力强，在裂缝宽度不明确的情况下，具有较好的普适性，并且由于具有良好的压缩回弹性，在裂缝反复张合状态下仍能保持良好的封堵层强度；

(2)本发明堵漏剂弹性、刚性、柔性颗粒搭配得当，架桥颗粒形成多孔滤层，利于油基钻井液快速滤失，小颗粒快速充填，封堵层强度高；

(3)本发明堵漏剂中的变形颗粒为沥青或改性沥青类物质，与油基钻井液配伍性良好，既具有高温变形性，又具有良好的耐油性能，用作油基钻井液用封堵填充颗粒效果良好。

(4)本发明堵漏剂中的聚醋酸乙烯酯在地层高温条件下，与碱性钙离子发生碱化水解，脱羧钙化作用，原位生成高强度的聚乙烯醇钙复合膜，减轻了压力传递，降低了滤失量，封堵效果更好；

(5)本发明堵漏剂颗粒经过了亲油改性，油基钻井液中分散性好，提高了堵漏效果；

(6)本发明堵漏剂堵漏效果好，现场应用中在龙马溪页岩裂缝性地层一次堵漏成功率在 85％以上。

附图说明

无。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明，但是本发明不仅限于这些例子。

实施例1

一种基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂，其组分与质量百分比是：0.25份的亲油弹性网状材料，颗粒大小为3mm，孔径大小为300μm；10份的多棱齿泡沫铝颗粒，粒径大小为0.5mm；15份玄武岩纤维材料，纤维直径为8μm，长度为2mm；20份氧化沥青粉，粒径大小为400μm；50份的有机膨润土；1.25份的聚醋酸乙烯酯；3.5份的油酸钠。

实施例2

一种基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂，其组分与质量百分比是：0.40份的亲油弹性网状材料，颗粒大小为5mm，孔径大小为500μm；15份的多棱齿泡沫铝颗粒，粒径大小为1mm；15份玄武岩纤维材料，纤维直径为12μm，长度为5mm；30份天然沥青粉，粒径大小为600μm；30份的有机膨润土；2.6份的聚醋酸乙烯酯；7份的油酸钠。

实施例3

一种基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂，其组分与质量百分比是：0.50份的亲油弹性网状材料，颗粒大小为15mm，孔径大小为800μm；20份的多棱齿泡沫铝颗粒，粒径大小为2mm；10份玄武岩纤维材料，纤维直径为12μm，长度为10mm；35份岩沥青，粒径大小为1500μm；25份的有机膨润土；4份的聚醋酸乙烯酯；5.5份的油酸钠。

实施例4

一种基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂，其组分与质量百分比是：0.60份的亲油弹性网状材料，颗粒大小为20mm，孔径大小为1000μm；25份的多棱齿泡沫铝颗粒，粒径大小为5mm；15份玄武岩纤维材料，纤维直径为16μm，长度为16mm；15份橡胶粉改性沥青，粒径大小为2000μm；35份的有机膨润土；2.4份的聚醋酸乙烯酯；7份的硬脂酸钠。

实施例5

一种基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂，其组分与质量百分比是：0.40份的亲油弹性网状材料，颗粒大小为10mm，孔径大小为500μm；15份的多棱齿泡沫铝颗粒，粒径大小为2mm；10份玄武岩纤维材料，纤维直径为8μm，长度为10mm；10份橡胶粉改性沥青， 10份氧化沥青，粒径大小为600μm；40份的有机膨润土；3.6份的聚醋酸乙烯酯；5份的硬脂酸钠，6份油酸钠。

实施例6

一种基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂，其组分与质量百分比是：0.50份的亲油弹性网状材料，颗粒大小为10mm，孔径大小为500μm；20份的多棱齿泡沫铝颗粒，粒径大小为1mm；7份玄武岩纤维材料，纤维直径为8μm，长度为8mm；25份天然沥青粉，粒径大小为600μm；35份的有机膨润土；2.5份的聚醋酸乙烯酯；10份的油酸钠。

对比例1

一种油基钻井液堵漏配方，其组分与质量百分比是：20份的多棱齿泡沫铝颗粒，粒径大小为1mm；8份玄武岩纤维材料，纤维直径为8μm，长度为8mm；25份天然沥青粉，粒径大小为600μm；40份的有机膨润土；3份的聚醋酸乙烯酯；4份的油酸钠。

对比例2

一种油基钻井液堵漏配方，其组分与质量百分比是：0.50份的未亲油改性弹性网状材料，颗粒大小为10mm，孔径大小为500μm；10份的多棱齿泡沫铝颗粒，粒径大小为1mm；15份玄武岩纤维材料，纤维直径为8μm，长度为8mm；30份天然沥青粉，粒径大小为600μm；35份的有机膨润土；2.5份的聚醋酸乙烯酯；7份的油酸钠。

对比例3

一种油基钻井液堵漏配方，其组分与质量百分比是：20份玄武岩纤维材料，纤维直径为 8μm，长度为8mm；30份天然沥青粉，粒径大小为600μm；42份的有机膨润土；3份的聚醋酸乙烯酯；5份的油酸钠。

对比例4

一种油基钻井液堵漏配方，其组分与质量百分比是：0.50份的亲油弹性网状材料，颗粒大小为10mm，孔径大小为500μm；15份玄武岩纤维材料，纤维直径为8μm，长度为8mm； 35份天然沥青粉，粒径大小为600μm；40份的有机膨润土；2.5份的聚醋酸乙烯酯；7份的油酸钠。

对比例5

一种油基钻井液堵漏配方，其组分与质量百分比是：0.60份的亲油弹性网状材料，颗粒大小为10mm，孔径大小为500μm；30份的多棱齿泡沫铝颗粒，粒径大小为1mm；25份玄武岩纤维材料，纤维直径为8μm，长度为8mm；30份的有机膨润土；14.4份的油酸钠。

实验一：长裂缝封堵模拟评价实验

在室内采用长裂缝封堵模拟实验装置评价基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂对裂缝的封堵性能。长裂缝封堵模拟实验装置由高温高压钻井液釜体、楔形长裂缝模具夹持器、温度压力测量控制系统及数据采集处理系统组成，工作压力范围为0～25MPa，工作温度范围为室温～180℃。其中，为更好地模拟地层裂缝状态和进行堵漏效果评价，楔形长裂缝模具设计为两端缝宽不等的楔形，裂缝长度长达1000mm，裂缝模具设计为中剖对称式，两块裂缝模具平行放置，中间垫有弹性模块，放入岩心夹持器中，通过控制围压的大小可调节裂缝的宽度。通过控制围压，可得1×0.5mm、2×1mm、3×2mm、4×3mm和5×4mm(表示前端缝宽×后端缝宽)等五种不同规格，可用来模拟不同缝宽的漏层。

长裂缝封堵模拟实验操作方法为：(1)安装高温高压钻井液釜体，配制2L堵漏浆倒入釜体内；(2)将楔形长裂缝模块装入模具夹持器中，连接围压管线、滤液出口管线和活塞压力管线；(3)加围压，控制裂缝宽度为3×2mm，加热至实验温度100℃；(4)打开滤液出口阀，放置量筒计量漏出堵漏浆体积，对釜体内堵漏浆加压并计时，从0MPa开始，每次加压1MPa，每个压力点保持压力10min，直至发生持续漏失，停止实验，记录裂缝封堵层承压能力及累计漏失量，根据封堵层承压能力和累计漏失量的大小评价堵漏材料的堵漏效果。(5)降低围压，模拟裂缝扩张，控制裂缝宽度为5×4mm，继续按实验步骤(4)进行实验并记录实验数据；(6)增大围压，模拟裂缝闭合，控制裂缝宽度为3×2mm，继续按实验步骤(4)进行实验并记录实验数据。

表1不同堵漏钻井液的封堵性能

由实验结果可知，按照实施例提供的基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂较对比例具有更好的封堵效果；未亲油改性的弹性孔网基堵漏材料效果比亲油改性弹性孔网基堵漏材料的封堵效果要差；缺少任何一种组分的堵漏剂的封堵效果均要比本发明所述配方的封堵效果要差。

实验二：聚乙烯醇钙复合膜成膜评价实验

实验方法：将聚醋酸乙烯酯加入到不同油基钻井液中，充分搅拌，然后进行不同温度下高压滤失实验，实验完成后倒出油基钻井液，加入白油，施加一定压力，记录30min时间白油滤失量，根据滤失量的大小考察形成的聚乙烯醇钙复合膜的成膜封堵效果。

实验方案：

①聚醋酸乙烯酯加入白油基钻井液(油水比8:2)，实验温度100℃

②聚醋酸乙烯酯加入白油基钻井液(油水比8:2)，实验温度20℃

③聚醋酸乙烯酯加入全油基钻井液，实验温度100℃

④聚醋酸乙烯酯加入全油基钻井液，实验温度20℃

实验结果：实验结果见表2。

表2成膜评价实验结果

实验方案	0.7MPa白油滤失量，mL	3.5MPa白油滤失量，mL
			①	1.2	6.6
②	5.6	12.4
			③	6.8	14.6
④	9.4	21.8

由实验结果可知，方案①在0.7MPa和3.5MPa下的白油滤失量均小于其它方案下的滤失量，这是因为白油基钻井液中含有一定的水相，水相中含有25％氯化钙，在高温条件下，聚醋酸乙烯酯可以与碱性钙离子发生碱化水解，脱羧钙化作用，原位生成了高强度的聚乙烯醇钙复合膜，封堵效果更好；而方案②在常温条件下，水解效果差，成膜强度低；方案③、④为全油基钻井液，不含水相及氯化钙，无法水解成膜。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (13)

1.一种基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：0.05-0.12份的弹性网状材料、2-5份的多棱齿合金颗粒、1-3份纤维材料、3-8份变形颗粒、5-10份的刚性填充颗粒、0.3-0.8份的成膜聚合物、1-3份的油相润湿剂。

2.根据权利要求1所述的一种基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂，其特征在于，所述弹性网状材料选自聚氨酯泡沫塑料。

3.根据权利要求2所述的一种基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂，其特征在于，所述弹性网状材料的表面改性方法为：

先将优选的弹性网状材料浸泡在0.5mol/L的硝酸溶液中，25-30℃条件下超声浸泡1h，再用含质量体积浓度30%甲基乙烯基硅油的石油醚溶液浸泡处理4h，103℃下烘干即得亲油弹性网状材料。

4.根据权利要求3所述的一种基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂，其特征在于，所述弹性网状材料的颗粒大小为3-20mm，孔径大小为300-1000μm。

5.根据权利要求1所述的一种基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂，其特征在于，所述多棱齿合金材料为泡沫铝，粒径大小为0.5-5mm，密度为1.5-2.0g/cm3。

6.根据权利要求1所述的一种基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂，其特征在于，所述纤维材料为为玄武岩纤维，纤维直径为8-16μm，长度为2-16mm。

7.根据权利要求1所述的一种基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂，其特征在于，所述变形颗粒为天然沥青粉、氧化沥青粉、橡胶粉改性沥青、岩沥青的一种或两种，其粒径大小为400-2000μm。

8.根据权利要求1所述的一种基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂，其特征在于，所述刚性填充颗粒为有机膨润土。

9.根据权利要求1所述的一种基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂，其特征在于，所述成膜聚合物选自聚醋酸乙烯酯，其在地层高温条件下，与碱性钙离子发生碱化水解，脱羧钙化作用，原位生成高强度的聚乙烯醇钙复合膜。

10.根据权利要求1所述的一种基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂，其特征在于，所述油相润湿剂为油酸钠、硬质酸钠中的一种或几种。

11.根据权利要求1所述的一种基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂，其特征在于，其制作方法为：

将弹性网状材料、多棱齿合金颗粒、纤维材料、变形颗粒、刚性填充颗粒和油相润湿剂按比例充分混合，然后继续加入成膜聚合物充分混合。

12.根据权利要求1-11任一所述的一种基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂，其特征在于，用于页岩裂缝性地层钻井过程油基钻井液堵漏。

13.根据权利要求1-11任一所述的一种基于弹性网状材料的油基用高滤失堵漏剂，其特征在于，用于油基钻井液堵漏。