CN116042190B - 一种高效率钻井液用堵漏剂及其应用 - Google Patents

一种高效率钻井液用堵漏剂及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高效率钻井液用堵漏剂及其应用，该高效率钻井液堵漏剂，按重量份计，其原料包括：果壳2‑10份，膨胀颗粒1‑5份、石墨材料1‑5份，高摩阻架桥颗粒1‑5份、复合型随钻堵漏剂5‑15份，堵漏基浆50‑80份；本发明采用不同性质，不同粒径的堵漏材料，提高了封堵层的强度和承压能力，有效预防了失漏、返吐现象的发生，同时，该堵漏剂能够有效封堵不同开度裂缝，有效解决光滑的岩层垂直裂缝不易形成稳定堵塞的问题，且节省了堵漏的成本，堵漏效率高。

Description

一种高效率钻井液用堵漏剂及其应用
技术领域
本发明涉及钻井技术领域，分类号为C09K8/42，具体的，涉及一种高效率钻井液用堵漏剂及其应用。
背景技术
井漏是一种在钻井过程中钻进过程中钻井液、水泥浆或其它工作液漏失到地层中的现象，为了堵住漏层，需要利用各种堵漏物质，在距井筒很近范围的漏失通道里建立一睹堵塞隔墙，用以隔断漏液的通道。目前的堵漏剂存在以下问题，(1)变形堵漏效果较差，堵漏效率不高，(2)不能解决垂直裂缝导致的漏失问题，尤其是超低压砂岩垂直裂缝流失。
专利CN201910933718.9的专利公开了钻井液用刚性堵漏剂及其制备方法，通过核桃壳、方解石、锯末等成分组成的刚性堵漏剂，有效解决了堵漏剂承压能力和堵漏效果差等问题，其承压值虽达到6-19MPa，但其漏失量在80-280mL之间，其堵漏效果欠佳。
专利CN201310516713.9的专利公开了一种弹性堵漏剂，由弹性暂堵颗粒、桥联组成，能对不同形状的孔隙具有良好的适应性，但其并未解决光滑的岩层裂缝不易形成稳定堵塞的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的第一个方面提供了一种高效率钻井液用堵漏剂，按重量份计，其原料包括：果壳2-10份，膨胀颗粒1-5份、石墨材料1-5份，高摩阻架桥颗粒1-5份、复合型随钻堵漏剂5-15份，堵漏基浆50-80份。
进一步优选的，所述高效率钻井液用堵漏剂，按重量份计，其原料包括：果壳2-4份，膨胀颗粒1-4份、石墨材料2-4份，高摩阻架桥颗粒2-4份、复合型随钻堵漏剂10-15份，堵漏基浆60-80份。
进一步优选的，所述高效率钻井液堵漏剂，按重量份计，其原料包括：果壳3份，膨胀颗粒3份，石墨材料3份，高摩阻架桥颗粒3份，复合型随钻堵漏剂10份，堵漏基浆78份。
进一步优选的，所述复合型随钻堵漏剂选自SD-801随钻堵漏剂、随钻803大裂防塌堵漏剂、钻井液用复合堵漏剂FD-2中的一种。
进一步优选的，所述复合型随钻堵漏剂为随钻803大裂防塌堵漏剂。
优选的，所述果壳选自花生壳、豆壳粉、棉花壳中的至少一种。
进一步优选的，所述果壳为花生壳，果壳粒径为0.5-5mm。
进一步优选的，所述果壳粒径为1mm。
优选的，所述膨胀颗粒为吸水膨胀树脂颗粒和/或延迟膨胀颗粒。
进一步优选的，所述膨胀颗粒为延迟膨胀颗粒。
优选的，所述膨胀颗粒的粒径为0.5-5mm，膨胀倍数为3-30倍。
进一步优选的，所述膨胀颗粒的粒径为0.5-1mm，膨胀倍数为3-6倍。延迟膨胀颗粒的膨胀系数过大，进入漏层前体积过大以至于无法挤入漏层，降低了堵漏层的强度，同时还会出现失漏、返吐现象，延迟膨胀颗粒的膨胀系数过小，体积过小，无法填充于颗粒空隙之间，增加了颗粒堆积孔隙比，降低了封堵层的致密度。本申请人发现，当延迟膨胀颗粒的膨胀系数为3-6倍，粒径为0.5-1mm时，颗粒堆积孔隙度小，容易形成强力链网络结构，提高了封堵层的强度，同时，有效预防了失漏、返吐现象的发生。
进一步优选的，所述膨胀颗粒的粒径为1mm，膨胀倍数为6倍。
优选的，所述石墨材料包括鳞片石墨、弹性石墨和膨胀石墨中的至少一种。
进一步优选的，所述石墨材料包括为弹性石墨。
优选的，所述石墨材料为弹性石墨，其回弹率为20-40％，粒径为10-50目。
进一步优选的，所述弹性石墨的回弹率为30-32％，粒径为20-40目。本申请人发现，当弹性石墨的回弹率在30-32％之间，粒径为20-40目时，弹性石墨能够适应裂缝闭合压力的变化，降低了挤压破碎失稳现象的发生，同时其填充于颗粒微小孔隙之间，与延迟膨胀颗粒、高摩阻架桥颗粒共同作用，降低了封堵层渗透率，有效减少了渗透漏失失稳现象。
进一步优选的，所述弹性石墨的回弹率为31％，粒径为30目。
优选的，所述高摩阻架桥颗粒的粒径为1-5mm，密度为1.51-1.56g/cm3，承压能力为15-25MPa。
架桥颗粒粒度过大，无法进入裂缝在缝口堆积，形成封门现象，进而造成漏失，架桥颗粒粒径过小，无法在近井地带形成架桥，使得钻井液流失。本申请人发现，高摩阻架桥颗粒的粒径为1-5mm时，在弹性石墨、花生壳、和膨胀颗粒的共同作用下，形成了较为稳定的封堵层结构，减少了漏失现象的发生，且由于其摩擦系数高，使得其能够解决光滑的岩层裂缝不易形成稳定堵塞的问题，同时，承压能力为15-25MPa，使得封堵层内部形成了数量较多且稳定的强力链网络结构，提高了堵漏材料的承压能力和强度。
进一步优选的，所述高摩阻架桥颗粒的粒径为1mm，密度为1.53g/cm3，承压能力为20MPa。
优选的，所述高摩阻架桥颗粒的制备原料，按重量份计，包括：树脂塑形剂60-80份，促固剂2-6份，玻璃纤维5-15份，无机密度调节剂为5-15份，增容剂为10-20份。
进一步优选的，所述高摩阻架桥颗粒的制备原料，按重量份计，包括：树脂塑形剂70份，促固剂5份，玻璃纤维10份，无机密度调节剂为10份，增容剂为15份。
进一步优选的，所述树脂塑形剂选自热塑性酚醛树脂、热固性酚醛树脂、环氧树脂、聚丙烯中的至少一种，所述促固剂选自六亚甲基四胺、三乙醇胺、对甲苯磺酸中的至少一种；所述无机密度调节剂为石灰石和/或铝粉，所述增容剂为马来酸酐接枝共聚物。
进一步优选的，所述树脂塑形剂为热塑性酚醛树脂，所述促固剂为三乙醇胺，所述无机密度调节剂为石灰石，所述增容剂为马来酸酐接枝聚丁二烯。
进一步优选的，所述高摩阻架桥颗粒的制备方法如下：按重量份将树脂塑形剂、促固剂、玻璃纤维、无机密度调节剂、增容剂加入混炼机中，搅拌10-15min后，将设备加热至150-200℃进行混炼，启动挤注设备开始往模具中进行挤注，待模具冷却后，得到高摩阻架桥颗粒。
优选的，所述堵漏基浆的制备原料，按重量份计，其原料包括：土浆5-10份，固相颗粒1-5份，堵漏剂10-30份，余量为水。
进一步优选的，所述堵漏基浆的制备原料，按重量份计，其原料包括：土浆8份，固相颗粒3份，堵漏剂20份，余量为水。
进一步优选的，所述土浆为膨润土浆，所述固相颗粒为花生壳，粒径为1mm，所述堵漏剂为SD-801随钻堵漏剂。
进一步优选的，所述堵漏基浆的制备方法如下，按重量份将膨润土浆、花生壳、复合随钻堵漏剂、水加入搅拌机中，搅拌速率为2500-3500r/min，静置24h后，得到堵漏基浆。
本发明还提供了一种高效率钻井液用堵漏剂的制备方法，步骤如下：按重量份将果壳、膨胀颗粒、石墨材料、高摩阻架桥颗粒、复合型随钻堵漏剂、堵漏基浆加入搅拌机中，搅拌速率为1200-1500r/min，搅拌时间为20-40min制成钻井液用堵漏剂。
本发明第二方面提供了一种高效率钻井液用堵漏剂在钻井液中的应用。
有益效果：
(1)本发明选用粒径为0.5-1mm，膨胀倍数为3-6倍的延迟膨胀颗粒，在一定时间内具有可持续膨胀性，能填充于颗粒空隙之间，形成强力链网络结构，提高了封堵层的强度，同时，有效预防了失漏、返吐现象的发生。
(2)本发明所选用的弹性石墨的回弹率为30-32％，粒径为20-40目，与膨胀颗粒共同作用，进一步的填充封堵层间空隙，且其具有一定的变形性，能够与高摩阻架桥颗粒相互作用，显著提高了地层的承压能力，有效减少了渗透漏失失稳现象。
(3)本发明所选用的高摩阻架桥颗粒，在弹性石墨、花生壳、和膨胀颗粒的共同作用下，减少了漏失现象的发生，且由于其摩擦系数高，使得其能够解决光滑的岩层垂直裂缝不易形成稳定堵塞的问题，进一步的形成了数量较多且稳定的强力链网络结构，提高了堵漏材料的承压能力和强度。
(4)本发明所得的高效率钻井液堵漏剂能够有效封堵不同开度裂缝，承压、返吐能力强，且节省了堵漏的成本，堵漏效率高。
实施例
实施例1
一种高效率钻井液用堵漏剂，按重量份计，其原料包括：果壳3份，膨胀颗粒3份，石墨材料3份，高摩阻架桥颗粒3份，复合型随钻堵漏剂10份，堵漏基浆78份。
所述果壳为花生壳，粒径为1mm。
所述膨胀颗粒为延迟膨胀颗粒，粒径为1mm，膨胀倍数为6倍，购自石大奥德(开封)科技有限公司，型号为SAK-5(Ⅱ)。
所述石墨材料为弹性石墨，回弹率为31％，粒径为30目，购自青岛岩海碳材料有限公司，型号为TXT-100。
所述复合型随钻堵漏剂为随钻803大裂防塌堵漏剂，购自河南元春化工有限公司，主要由植物硬质果壳，云母和其他植物纤维组成。
所述高摩阻架桥颗粒的制备原料，按重量份计，包括：树脂塑形剂70份，促固剂5份，玻璃纤维10份，无机密度调节剂为10份，增容剂为15份。
所述树脂塑形剂为热塑性酚醛树脂，购自上海圣莱科特，型号为SP-1068。
所述促固剂为三乙醇胺。
所述玻璃纤维购自巴斯夫，型号为Ultramid A3HG2。
所述无机密度调节剂为石灰石。
所述增容剂为马来酸酐接枝聚丁二烯，型号为克雷威利Riconbond 1756。
所述高摩阻架桥颗粒的粒径为1mm，密度为1.53g/cm3，承压能力为20MPa。
所述高摩阻架桥颗粒的制备方法如下：按重量份将树脂塑形剂、促固剂、玻璃纤维、无机密度调节剂、增容剂加入混炼机中，搅拌15min后，将设备加热至200℃进行混炼，启动挤注设备开始往模具中进行挤注，待模具冷却后，得到高摩阻架桥颗粒。
所述堵漏基浆的制备原料，按重量份计，其原料包括：土浆8份，固相颗粒3份，堵漏剂20份，余量为水。
所述土浆为膨润土浆。
所述固相颗粒为花生壳，粒径为1mm。
所述堵漏剂为SD-801随钻堵漏剂，购自郑州晶元泥浆材料有限公司。
所述堵漏基浆的制备方法如下，按重量份将土浆、固相颗粒、复合随钻堵漏剂、水加入搅拌机中，搅拌速率为2000r/min，静置24h后，得到堵漏基浆。
一种高效率钻井液用堵漏剂的制备方法，步骤如下：按重量份将果壳、膨胀颗粒、石墨材料、高摩阻架桥颗粒、复合型随钻堵漏剂、堵漏基浆加入搅拌机中，搅拌速率为1300r/min，搅拌时间为30min制成钻井液用堵漏剂。
该实施例还包括一种高效率钻井液用堵漏剂在钻井液中的应用。
实施例2
一种高效率钻井液用堵漏剂，按重量份计，其原料包括：果壳3份，膨胀颗粒3份，石墨材料3份，高摩阻架桥颗粒3份，复合型随钻堵漏剂10份，堵漏基浆78份。
所述果壳为花生壳，粒径为2mm。
所述膨胀颗粒为延迟膨胀颗粒，粒径为2mm，膨胀倍数为6倍，购自石大奥德(开封)科技有限公司，型号为SAK-5(Ⅱ)。
所述石墨材料为弹性石墨，回弹率为31％，粒径为30目，购自青岛岩海碳材料有限公司，型号为TXT-100。
所述复合型随钻堵漏剂为SD-801随钻堵漏剂，购自郑州晶元泥浆材料有限公司。
所述高摩阻架桥颗粒的粒径为3mm，密度为1.53g/cm3，承压能力为20MPa。
所述高摩阻架桥颗粒的制备原料，按重量份计，包括：树脂塑形剂70份，促固剂5份，玻璃纤维10份，无机密度调节剂为10份，增容剂为15份。
所述树脂塑形剂为热塑性酚醛树脂，购自上海圣莱科特，型号为SP-1068。
所述促固剂为三乙醇胺。
所述玻璃纤维购自巴斯夫，型号为Ultramid A3HG2。
所述无机密度调节剂为石灰石。
所述增容剂为马来酸酐接枝聚丁二烯，型号为克雷威利Riconbond 1756。
所述高摩阻架桥颗粒的粒径为1mm，密度为1.53g/cm3，承压能力为20MPa。
所述高摩阻架桥颗粒的制备方法如下：按重量份将树脂塑形剂、促固剂、玻璃纤维、无机密度调节剂、增容剂加入混炼机中，搅拌15min后，将设备加热至200℃进行混炼，启动挤注设备开始往模具中进行挤注，待模具冷却后，得到高摩阻架桥颗粒。
所述堵漏基浆的制备原料，按重量份计，其原料包括：土浆8份，固相颗粒3份，堵漏剂20份，余量为水。
所述土浆为膨润土浆。
所述固相颗粒为花生壳，粒径为1mm。
所述堵漏剂为SD-801随钻堵漏剂，购自郑州晶元泥浆材料有限公司。
所述堵漏基浆的制备方法如下，按重量份将土浆、固相颗粒、复合随钻堵漏剂、水加入搅拌机中，搅拌速率为2000r/min，静置24h后，得到堵漏基浆。
一种高效率钻井液用堵漏剂的制备方法，步骤如下：按重量份将果壳、膨胀颗粒、石墨材料、高摩阻架桥颗粒、复合型随钻堵漏剂、堵漏基浆加入搅拌机中，搅拌速率为1300r/min，搅拌时间为30min制成钻井液用堵漏剂。
该实施例还包括一种高效率钻井液用堵漏剂在钻井液中的应用。
实施例3
一种高效率钻井液用堵漏剂，按重量份计，其原料包括：果壳3份，膨胀颗粒3份，高摩阻架桥颗粒3份，复合型随钻堵漏剂10份，堵漏基浆76份。
所述果壳为花生壳，粒径为3mm。
所述膨胀颗粒为延迟膨胀颗粒，粒径为3mm，膨胀倍数为6倍，购自石大奥德(开封)科技有限公司，型号为SAK-5(Ⅱ)。
所述复合型随钻堵漏剂为钻井液用复合堵漏剂FD-2，购自灵寿县旭阳矿业有限公司。
所述高摩阻架桥颗粒的粒径为1mm，密度为1.53g/cm3，承压能力为20MPa。
所述高摩阻架桥颗粒的制备原料，按重量份计，包括：树脂塑形剂70份，促固剂5份，玻璃纤维10份，无机密度调节剂为10份，增容剂为15份。
所述树脂塑形剂为热塑性酚醛树脂，购自上海圣莱科特，型号为SP-1068。
所述促固剂为三乙醇胺。
所述玻璃纤维购自巴斯夫，型号为Ultramid A3HG2。
所述无机密度调节剂为石灰石。
所述增容剂为马来酸酐接枝聚丁二烯，型号为克雷威利Riconbond 1756。
所述高摩阻架桥颗粒的制备方法如下：按重量份将树脂塑形剂、促固剂、玻璃纤维、无机密度调节剂、增容剂加入混炼机中，搅拌15min后，将设备加热至200℃进行混炼，启动挤注设备开始往模具中进行挤注，待模具冷却后，得到高摩阻架桥颗粒。
所述堵漏基浆的制备原料，按重量份计，其原料包括：土浆8份，固相颗粒3份，堵漏剂20份，余量为水。
所述土浆为膨润土浆。
所述固相颗粒为花生壳，粒径为1mm。
所述堵漏剂为SD-801随钻堵漏剂，购自郑州晶元泥浆材料有限公司。
所述堵漏基浆的制备方法如下，按重量份将土浆、固相颗粒、复合随钻堵漏剂、水加入搅拌机中，搅拌速率为2000r/min，静置24h后，得到堵漏基浆。
一种高效率钻井液用堵漏剂的制备方法，步骤如下：按重量份将果壳、膨胀颗粒、高摩阻架桥颗粒、复合型随钻堵漏剂、堵漏基浆加入搅拌机中，搅拌速率为1300r/min，搅拌时间为30min制成钻井液用堵漏剂。
该实施例还包括一种高效率钻井液用堵漏剂在钻井液中的应用。
对比例1
将弹性石墨的回弹率改为50％，购自青岛岩海碳材料有限公司，型号为TXT-500，其余同实施例1。
对比例2
不加入延迟膨胀颗粒，将随钻803大裂防塌堵漏剂改为钻井液用复合堵漏剂FD-2，购自灵寿县旭阳矿业有限公司，其余同实施例1。
对比例3
将高摩阻架桥颗粒的粒径改为6mm，将复合型随钻堵漏剂改为SD-801随钻堵漏剂，购自郑州晶元泥浆材料有限公司，其余同实施例1。
性能评价
(1)承压能力和漏失量测试：配置现场钻井液体系，根据实施例和对比例配制的工作液分别以相同比例加入钻井液中，搅拌均匀，利用高温高压(HTHP)堵漏模拟实验装置，加热至130℃，对于实施例分别采用不同缝宽的楔形裂缝模块进行裂缝封堵实验，包括5mm、3mm、1mm三种不同规格，可以用来模拟不同漏失速度的漏层，调节氮气瓶阀门，使堵漏釜体内压力缓慢增加至1MPa，稳压10分钟后，重复上述实验步骤，直至漏失重新发生，记录承压能力和漏失量，实验结果见下表1。
(2)返吐压力测试：使用实验仪器为DL 2型堵漏模拟装置，缓慢加压形成堵漏层，压力稳定堵漏成功后，压力表可显示正向承压能力；之后卸掉压力，取出岩芯，反向装入工作筒，用清水缓慢反向加压，可测试堵漏层的反向承压能力，即抗返排能力。岩芯直径100mm，长度为600mm，用不同粒径的碎石模拟漏失通道，测试结果如下表1。
表1

Claims (8)

1.一种钻井液用堵漏剂，其特征在于，按重量份计，其原料包括：果壳2-10份，膨胀颗粒1-5份、石墨材料1-5份，高摩阻架桥颗粒1-5份、复合型随钻堵漏剂5-15份，堵漏基浆50-80份；
所述膨胀颗粒的粒径为0.5-1mm，膨胀倍数为3-6倍；
所述高摩阻架桥颗粒的制备原料，按重量份计，包括：树脂塑形剂60-80份，促固剂2-6份，玻璃纤维5-15份，无机密度调节剂为5-15份，增容剂为10-20份；所述树脂塑形剂选自热塑性酚醛树脂、热固性酚醛树脂、环氧树脂、聚丙烯中的至少一种，所述促固剂选自六亚甲基四胺、三乙醇胺、对甲苯磺酸中的至少一种；所述无机密度调节剂为石灰石和/或铝粉，所述增容剂为马来酸酐接枝共聚物；所述高摩阻架桥颗粒的制备方法如下：按重量份将树脂塑形剂、促固剂、玻璃纤维、无机密度调节剂、增容剂加入混炼机中，搅拌10-15min后，将设备加热至150-200℃进行混炼，启动挤注设备开始往模具中进行挤注，待模具冷却后，得到高摩阻架桥颗粒；
所述复合型随钻堵漏剂为随钻803大裂防塌堵漏剂。
2.根据权利要求1所述的一种钻井液用堵漏剂，其特征在于，所述果壳选自花生壳、豆壳粉、棉花壳中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种钻井液用堵漏剂，其特征在于，所述膨胀颗粒为吸水膨胀树脂颗粒和/或延迟膨胀颗粒。
4.根据权利要求1所述的一种钻井液用堵漏剂，其特征在于，所述石墨材料包括鳞片石墨、弹性石墨和膨胀石墨中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的一种钻井液用堵漏剂，其特征在于，所述石墨材料为弹性石墨，其回弹率为20-40％，粒径为10-50目。
6.根据权利要求1所述的一种钻井液用堵漏剂，其特征在于，所述高摩阻架桥颗粒的粒径为1-5mm，密度为1.51-1.56g/cm3，承压能力为15-25MPa。
7.根据权利要求1所述的一种钻井液用堵漏剂，其特征在于，所述堵漏基浆的制备原料，按重量份计，其原料包括：土浆5-10份，固相颗粒1-5份，堵漏剂10-30份，余量为水；
所述固相颗粒为花生壳，粒径为1mm，所述堵漏剂为SD-801随钻堵漏剂。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的钻井液用堵漏剂在钻井液中的应用。
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