CN116291302A - 一种无固相堵漏剂井下送入工具及靶向堵漏施工工艺 - Google Patents

一种无固相堵漏剂井下送入工具及靶向堵漏施工工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种无固相堵漏剂井下送入工具及靶向堵漏施工工艺，所述送入工具包括堵漏封隔器及连接于堵漏封隔器下端的药剂投加装置，药剂投加装置包括自上而下依次连接的下接头、药剂腔连接接头、药剂腔及提篮，提篮底部设有释放孔，药剂从该释放孔中释放。本发明利用送入工具将无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料一次性挤入井筒，该聚氨酯灌浆材料注入漏层后，在地层压力下，反应初期，聚合速度缓慢，此时灌浆材料仍保持油性液体状态，可跟随动水靶向进入压力突减的漏失位置，此时聚合反应加剧，快速发泡包裹周围岩体或断层壁面，同时产生的二氧化碳也可实现浆液向渗漏通道的纵深位置进发，实现靶向堵漏。

Description

一种无固相堵漏剂井下送入工具及靶向堵漏施工工艺
技术领域
本发明属于油气田钻井领域的防漏堵漏，具体涉及一种无固相堵漏剂井下送入工具及靶向堵漏施工工艺。
背景技术
井漏是石油钻井过程中的普遍现象，井漏会给钻井企业带来巨大的经济损失，同时还可能造成钻井施工中出现卡钻、井喷、井塌等安全事故，甚至造成井眼报废，严重影响钻井施工进程。
为有效解决井漏问题，目前，钻井现场常用的无机堵漏剂，存在裂缝内驻留堆积段塞很难形成致密堆积，易受井内激动压力影响而发生破坏。环氧类灌浆材料存在树脂黏度较大、在井下滞流、初凝和终凝时间过长，很难在漏层的入口附近滞留堆积，导致无法在动水条件下快速固化，封堵漏失层，同时，还会造成堵漏剂的大量损失。
而聚氨酯灌浆材料作为一种新型高分子快凝型化学灌浆材料，因其独特的化学反应过程，遇水能迅速发生交联反应且材料粘度小，流动性强，更易渗透到小而深的细缝中进行填充堵漏并迅速与岩体壁面或缺陷缝面粘接固化，广泛应用于矿业动水填堵、隧道加固等领域。但传统聚氨酯注浆材料在有水环境下耐久性较差，易被水流冲散，难以封堵涌水或射流，且随着时间推移，泡沫体的强度和韧性明显降低，出现粉化现象，止水及加固作用明显减弱，施工后期出现复渗现象。如申请号CN108129630A的发明专利公开了一种无溶剂型单组分聚氨酯灌浆材料的制备方法，是数均分子量为8000～12000的亲水性聚醚多元醇参与反应，使用亲水型硅油来代替有机溶剂作为稀释剂，获得了一种无溶剂的单组分聚氨酯灌浆材料。对材料的环保方面做了很大改进，但对浆材瞬时堵水速率及水环境下耐久性问题还需进一步研究。
此外，钻井施工时需要通过堵漏工具向井下注入堵漏剂进行堵漏，然而，新型的无固相堵漏剂具有反应快，堵漏效果好的优点，但因其反应快的特点，导致其必须在送达漏点前不能与水接触，否则将导致堵漏剂尚未达到漏点就已经提前发生固化(膨胀)，不仅无法实现堵漏的目的，还可能导致钻井的堵塞。
因此，亟需一种工具，防止无固相堵漏剂在到达需要堵漏的地层之前过早与水接触，化学性质发生改变，影响对需要堵漏的地层的封堵效果。
发明内容
针对现有技术缺陷，本发明的目的一是提供一种无固相堵漏剂井下送入工具，以避免堵漏剂提前与泥浆中的水发生反应，造成堵塞以及堵漏剂的浪费；
本发明的目的二是提供一种靶向堵漏施工工艺，以实现靶向堵漏的精准性、经济性，提高了恶性井漏堵漏成功率；
本发明的目的三是提供一种无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料，以解决现有的聚氨酯灌浆材料在有水环境下耐久性较差，易被水流冲散的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种无固相堵漏剂井下送入工具，包括堵漏封隔器及药剂投加装置，所述药剂投加装置包括药剂腔上部机构、药剂腔及药剂腔下部机构，
所述药剂投加装置包括下接头、药剂腔连接接头、及提篮，下接头的上端与所述封隔器连接，下接头本体内从上到下分别设置有拦截器和平衡活塞，且拦截器和平衡活塞之间存在间隙，下接头的下端与药剂腔连接接头的上端连接，药剂腔连接接头的下端连接药剂腔，药剂腔内有用于存放药剂的空腔，药剂腔的末端连接提篮，提篮内设置有释放活塞，释放活塞由释放销钉固定在提篮上，所述提篮的底部开设有释放孔，药剂从该释放孔中释放入井筒漏层内。
进一步地，所述拦截器由剪切销钉固定在下接头本体上。
进一步地，所述下接头本体上沿径向设有一贯通的呼吸孔，该呼吸孔与拦截器和平衡活塞之间的间隙相连通。
进一步地，所述药剂腔连接接头本体上设有用于注入药剂的注入孔，该注入孔上连接有注入堵丝；药剂腔内药剂液面上方浮有药剂活塞。
进一步地，所述堵漏封隔器包括上接头、中心杆及连接组件，
所述中心杆包括上下间隔设置地上中心杆、下中心杆，上中心杆的上端连接上接头、下中心杆的下端连接下接头，所述连接组件设置在所述中心杆的周向外侧，并将所述上中心杆和下中心杆密封地连接在一起，所述连接组件包括上连接组件、下连接组件及胶筒机构，所述胶筒机构套设于上中心杆下端，并可沿轴向被压缩，产生径向膨胀；胶筒机构的两端分别与所述上连接组件和所述下连接组件连接。
进一步地，所述上连接组件包括复位弹簧、擒纵机构及上外筒，所述复位弹簧的上端套在上接头小端外圆上，复位弹簧下端抵接在擒纵机构上，所述擒纵机构套设于上中心杆上，所述上外筒套在上接头、复位弹簧、擒纵机构的外部，且上外筒的上端内壁密封地连接于上接头的下端外壁上，上外筒的下端内壁密封地连接于所述胶筒机构上。/上胶筒固定块小端外圆上。
进一步地，所述胶筒机构包括滑筒，所述滑筒套设于上中心杆下端，且滑筒的上端与所述擒纵机构连接，滑筒的外部自上而下依次套设有上胶筒固定块、胶筒、下胶筒固定块，所述上胶筒固定块通过悬挂销钉固定在滑筒上。
进一步地，所述擒纵机构包括棘爪、复位爪、捕捉器，所述棘爪套在上中心杆上，棘爪的上端抵接复位弹簧，且棘爪上端面的外圆卡在上外筒的内径台阶上，复位爪连接在上中心杆中部，捕捉器套在复位爪外，且捕捉器的下端连接于滑筒上。
进一步地，所述下连接组件包括上活塞、环塞、下活塞、中外筒及下外筒，所述上中心杆、下中心杆通过上活塞连接，环塞、下活塞分别套在下中心杆上，且环塞的下端面顶在下活塞上，所述中外筒套设于上活塞外，且中外筒的上端内壁密封地围设在胶筒机构下端外壁上，中外筒的下端内壁与环塞的上端外壁密封连接；下外筒套设于下活塞外部，且下外筒的上端内壁密封地围设在环塞的下端外壁上。
进一步地，所述胶筒机构下端面与上活塞上端面之间形成有第一推力间隙，上中心杆下端具有与所述第一推力间隙连通的上中心杆流道；所述环塞下端面与下活塞上端面之间形成有第二推力间隙，下中心杆中部具有与所述第二推力间隙连通的下中心杆流道。
进一步地，所述提篮为长子弹头结构，提篮顶部开设有与药剂腔内腔连通的通孔；所述药剂腔由多根中空长管串联组成，中空长管的长度及根数由药剂量确定。
一种靶向堵漏施工工艺，包括以下步骤：
S1，计算堵漏剂用量，并根据堵漏剂用量计算出所需药剂腔根数；
S2，送入工具安装
将药剂腔下部机构、药剂腔及药剂腔上部机构按从下到上的顺序依次连接，连接完成后，向药剂腔注入无固相堵漏剂，无固相堵漏剂注满后，由注入堵丝封堵；然后再将堵漏封隔器与下接头连接，堵漏封隔器上部连接钻杆；
S3，堵漏封隔器坐封及堵漏作业
钻具下入到准备堵漏的预定井深后，在井口投入铝合金球，待铝合金球落入拦截器内，第一次加压，使悬挂销钉剪断，然后进行二次加压，胶筒沿轴向被压缩发生径向膨胀后，堵漏封隔器开始坐封，在此过程中，擒纵机构也发生运动，形成自锁，使胶筒膨胀与井壁形成的密封稳固；堵漏封隔器坐封牢靠后持续升压，剪切销钉剪断，平衡活塞与药剂活塞下移推压药剂腔；持续升压，释放销钉剪断，药剂活塞推动药剂腔内无固相堵漏剂从提篮的释放孔中释放入井筒漏层内；
S4，堵漏完起钻
堵漏作业结束后，上提钻杆，擒纵机构脱开锁紧，胶筒自我恢复原外形，解封堵漏封隔器后起钻，起钻至安全井段后，采用大排量循环泥浆测试漏失量验证堵漏是否成功。
进一步地，步骤S4中，起钻时，上起到无固相堵漏剂送入工具时，先拆卸堵漏封隔器，再依次拆卸药剂腔上部结构、药剂腔、药剂腔下部结构。
进一步地，所述无固相堵漏剂为无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料，由如下制备方法制得：
步骤1：将70～100重量份的聚醚多元醇、0～30重量份的聚酯多元醇与45～50重量份的多异氰酸酯进行聚合反应，得到聚氨酯预聚体；
步骤2：将步骤1得到的聚氨酯预聚体与催化剂、增塑剂、表面活性剂、纳米增强剂搅拌混合，即得到无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料。
优选地，步骤1所述聚氨酯预聚体的制备步骤如下：在60℃～100℃下，将聚醚多元醇、聚酯多元醇抽真空脱水脱气处理2～3小时后，然后降温至48～52℃加入多异氰酸酯，进行聚合反应得到聚氨酯预聚体。
所述聚醚多元醇为聚醚二元醇、聚醚三元醇、聚醚四元醇中的一种或多种，优选分子量为200～4000的PPG聚醚二元醇或分子量为300～3000的聚醚三元醇或二者的混合物。
所述聚酯多元醇是由苯酐与二元醇或三元醇聚合得到的，分子量为200～2000，羟值为200～400mgKOH/g。
所述聚酯多元醇优选分子量为1500～2000的聚碳酸酯多元醇，羟值为60～120mgKOH/g。
所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的一种或多种的混合物。
所述的聚氨酯预聚体的-NCO％含量为15％～25％。
所述催化剂选自脂肪胺类、脂环胺类、芳香胺类和醇胺类及其铵盐类化合物，以及二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡等有机金属催化剂中的一种或多种。进一步地，所述催化剂的用量为所述聚氨酯预聚体质量的1％～5％。
所述增塑剂为邻苯二甲酸二乙酯和/或邻苯二甲酸二丁酯，进一步地，所述增塑剂的用量为所述聚氨酯预聚体质量的6％～12％。
所述表面活性剂为聚氧乙烯单月桂酸酯，进一步地，所述表面活性剂的用量为聚氨酯预聚体质量的0.5％～2％。
所述增韧剂是L-赖氨酸乙酯二异氰酸酯，进一步地，所述增韧剂的用量较佳地为所述聚氨酯预聚体质量的1％～5％。
所述纳米增强剂是通过水热法合成的掺氮碳量子点，进一步地，所述纳米增强剂的用量为聚氨酯预聚体质量的0.3％～1％。
一种靶向堵漏施工工艺，包括以下步骤：
(1)将聚醚多元醇、聚酯多元醇与有机多异氰酸酯进行聚合反应，得到聚氨酯预聚体；
(2)将步骤1得到的聚氨酯预聚体与催化剂、增塑剂、表面活性剂、纳米增强剂搅拌混合，即得到无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料；
(3)确定漏失区域：根据井下漏失情况、井深、井斜、井径等因素，确定漏层井段；
(4)布置专用工具并注浆：使用堵漏封隔器封隔漏失区域上部地层，将步骤制备的无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料装入无固相堵漏剂井下送入工具的药剂腔，迅速密闭药剂腔，上方连接配套的裸眼堵漏封隔器，将含有药剂的药剂投加装置送入井下目的层；
(5)堵漏作业：从井口投球，蹩压至3MPa打开堵漏封隔器，环空坐封，继续蹩压至打开药剂腔，利用药剂活塞将药剂一次性挤入井筒。无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料注入漏层后，在地层压力下，反应初期，聚合速度缓慢，此时灌浆材料(无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料)仍保持油性液体状态，可跟随动水靶向进入压力突减的漏失位置，此时聚合反应加剧，快速发泡包裹周围岩体或断层壁面，同时产生的二氧化碳也可实现浆液向渗漏通道的纵深位置进发，实现靶向堵漏。
采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
1.本发明所提供的无固相堵漏剂井下送入工具具有携带药剂、封隔漏层、快速注剂等功能特点，提高了大型井漏堵漏成功率。
2.无固相堵漏剂井下送入工具的药剂腔由玻纤管、铝合金材质制作而成，一旦药剂起效意外封固工具，可以拔脱封隔器，钻穿药剂腔，因此，该送入工具具有可钻性。
3.无固相堵漏剂井下送入工具由模块化构成，其零件与堵漏封隔器85％通用，方便维修互换。
4.无固相堵漏剂井下送入工具的工作方式为销钉剪切式，材质与尺寸反复校核，缩小误差保证打开压力，可靠性高。
5.无固相堵漏剂井下送入工具的封隔器部分膨胀尺寸为：
Figure BDA0003423058890000091
Figure BDA0003423058890000092
可满足81/8"～91/2"井眼使用。
6.本发明的擒纵机构由棘爪、复位爪和捕捉器，当上接头下移时推动棘爪向下移动，棘爪末端的倒刺插入到捕捉器内，捕捉器内由倒牙螺纹构成，棘爪末端的倒刺嵌入捕捉器倒牙螺纹，不再退出形成自锁。当上接头受拉带动上中心杆向上移动时，带动复位爪同时向上，复位爪插入到棘爪与捕捉器的共同自锁体内，复位爪具有楔形结构，将棘爪外径缩小，棘爪的倒齿与捕捉器的环形螺纹脱离，解开自锁。因此，该擒纵机构的特点在于复位爪本身不起固定作用，而是在解封时，通过复位爪的锥部，使棘爪发生径向上的形变，从而使棘爪与捕捉器分离，达到解封的效果。
7.本发明的活塞结构则采取了内密封，外活动的设计，在高压泥浆推动活塞时，活塞发生移动，会在中心杆和外筒间形成一个液体腔，而液体腔又会在解封时，由于外壳复位又消失，该设计保证了工具可以在井下多次座封。
8.本发明所述的单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料注入漏层后，在地层压力下，反应初期，聚合速度缓慢，此时该聚氨酯灌浆材料仍保持油性液体状态，可跟随动水靶向进入压力突减的漏失位置，此时聚合反应加剧，快速发泡包裹周围岩体或断层壁面，同时产生的二氧化碳也可实现浆液向渗漏通道的纵深位置进发，实现靶向堵漏。
9.本发明所述单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料体系中加入兼具速率调节和增韧的L-赖氨酸乙酯二异氰酸酯，可增加泡沫的尺寸稳定性，反应速率可通过端基异氰酸酯来调节；同时体系中加入具有纳米尺寸效应的掺氮碳量子点，在增强材料强度的同时界面的亲水性，使反应更迅速均一。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的设计方案和附图。
图1为无固相堵漏剂井下送入工具的结构示意图；
图2为封隔器的结构示意图；
图3为药剂投加装置的结构示意图；
图4为棘爪的结构示意图；
图5为复位爪的结构示意图；
图6为捕捉器的结构示意图；
图7为无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料的红外光谱图。
附图标记说明：
1、上接头；2、复位弹簧；3、上中心杆；4、棘爪；5、复位爪；6、捕捉器；7、上胶筒固定块；8、胶筒；9、上中心杆流道；10、上活塞；11、下中心杆；12、环塞；13、下中心杆流道；14、下活塞；15、下胶筒固定块；16、下接头；17、拦截器；18、剪切销钉；19、呼吸孔；20、平衡活塞；21、药剂腔连接接头；22、药剂腔；23、药剂活塞；24、提篮；25、释放活塞；26、释放孔、27、释放销钉；28、注入堵丝；29、上外筒；30、中外筒；31、下外筒；32、滑筒；33、悬挂销钉。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本实施例提供了一种无固相堵漏剂井下送入工具，包括封隔器及连接于封隔器下端的药剂投加装置，如图3所示，所述药剂投加装置包括药剂腔上部机构、药剂腔22及药剂腔下部机构，所述药剂腔上部机构包括下接头16、药剂腔连接接头21，下接头16的上端与堵漏封隔器连接，下接头16本体内从上到下分别设置有拦截器17和平衡活塞20，且拦截器17和平衡活塞20之间存在间隙，下接头的下端与药剂腔连接接头21的上端连接，药剂腔连接接头21的下端连接药剂腔22，药剂腔22内有用于存放药剂的空腔，药剂腔22的末端连接药剂腔下部机构，所述药剂腔下部机构包括提篮24及设置于提篮24内的释放活塞25，释放活塞25由释放销钉27固定在提篮24上，所述提篮24的底部开设有释放孔26，药剂从该释放孔26中释放入井筒漏层内。
本发明的工作原理为：
通过投球憋压使封隔器销钉剪断，胶筒胀大，封隔器坐封，坐封牢靠后持续升压，直至无固相堵漏剂送入工具初始工作压力达到，平衡活塞与释放活塞下移推压药剂腔，持续升压，直至释放销钉剪断，药剂腔内无固相堵漏剂从提篮的释放孔中释放入至地层中完成堵漏。
实施例2：
在实施例1的基础上，如图1、图2所示，所述堵漏封隔器包括上接头1、中心杆及连接组件，所述中心杆包括上下间隔设置地上中心杆3、下中心杆11，上中心杆3的上端连接上接头1、下中心杆11的下端连接下接头16，所述连接组件设置在所述中心杆的周向外侧，并将所述上中心杆3和下中心杆11密封地连接在一起，所述连接组件包括上连接组件、下连接组件及胶筒机构，所述胶筒机构套设于上中心杆3下端，并可沿轴向被压缩，产生径向膨胀；胶筒机构的两端分别与所述上连接组件和所述下连接组件连接。
进一步地，所述上连接组件包括复位弹簧2、擒纵机构及上外筒29，所述复位弹簧2的上端套在上接头1小端外圆上，复位弹簧2下端抵接在擒纵机构上，所述擒纵机构套设于上中心杆3上，所述上外筒29套在上接头1、复位弹簧2、擒纵机构的外部，且上外筒29的上端内壁密封地连接于上接头1的下端外壁上，上外筒29的下端内壁密封地连接于所述胶筒机构上(具体连接于上胶筒固定块7小端外圆上)。
进一步地，所述下连接组件包括活塞总成，及套设于活塞总成外部的中外筒30和下外筒31，所述活塞总成包括上活塞10、环塞12、下活塞14，所述上中心杆3、下中心杆11通过上活塞10连接，环塞12、下活塞14分别套在下中心杆11上，且环塞12的下端面顶在下活塞14上，所述中外筒30的上端内壁密封地围设在胶筒机构下端外壁上，中外筒30的下端内壁与环塞12的上端外壁密封连接；下外筒31的上端内壁密封地围设在环塞12的下端外壁上。
进一步地，所述胶筒机构下端面与上活塞10上端面之间形成有第一推力间隙，上中心杆3下端具有与所述第一推力间隙连通的上中心杆流道9；所述环塞12下端面与下活塞14上端面之间形成有第二推力间隙，下中心杆11中部具有与所述第二推力间隙连通的下中心杆流道13。钻井液进入第一推力间隙、第二推力间隙，在压力增大时，使上中心杆3、下中心杆11生轴向位移，推动胶筒压缩，将压力转换为弹性势能使胶筒变形膨胀，形成坐封。
本发明的活塞总成结构则采取了内密封，外活动的设计，在高压泥浆推动活塞时，活塞发生移动，会在中心管和外壳间形成一个液体腔，而液体腔又会在解封时，由于外壳复位又消失。
当井下出现漏失时，判断漏失深度，连接无固相堵漏剂送入工具，向药剂腔内填充无固相堵漏剂，送至漏失层上方30米左右，投入铝合金球，等待十分钟左右，球落至球托架(即拦截器17)处，开启泥浆泵，通过泥浆压力传导，泵压至4～5MPa时，在上活塞、下活塞推力作用下，推动上中心杆3、下中心杆11下移，且擒纵机构锁紧，胶筒胀大座封；继续加压至10MPa左右剪切球托架销钉(即剪切销钉18)，推动平衡活塞与药剂活塞，使药剂腔持续加压，当加压至15MPa左右时，下堵头销钉(即释放销钉27)剪切，药剂由提篮压入地层。封堵完毕后，上提工具，擒纵机构脱开锁紧，胶筒恢复原外形解除座封，起钻提出工具，堵漏作业完毕。
实施例3：
在上述实施例的基础上，进一步地，如图2、图4、图5、图6所示，擒纵机构包括棘爪4、复位爪5、捕捉器6，所述棘爪4套在上中心杆3上，棘爪4的上端抵接复位弹簧2，且棘爪4上端面的外圆卡在上外筒29的内径台阶上，复位爪5连接在上中心杆3中部，捕捉器6套在复位爪5外，且捕捉器6的下端连接于滑筒32上。擒纵机构由棘爪、复位爪和捕捉器，当上接头下移时推动棘爪向下移动，棘爪末端的倒刺插入到捕捉器内，捕捉器内由倒牙螺纹构成，棘爪末端的倒刺嵌入捕捉器倒牙螺纹，不再退出形成自锁。当上接头受拉带动上中心杆向上移动时，带动复位爪同时向上，复位爪插入到棘爪与捕捉器的共同自锁体内，复位爪具有楔形结构，将棘爪外径缩小，棘爪的倒齿与捕捉器的环形螺纹脱离，解开自锁。
因此，该擒纵机构的特点在于复位爪本身不起固定作用，而是在解封时，通过复位爪的锥部，使棘爪发生径向上的形变(外径变小)，从而使棘爪与捕捉器分离，达到解封的效果。此外本发明在棘爪上部增加了复位弹簧，便于胶筒8的复位。
实施例4：
在实施例2的基础上，进一步地，如图2所示，胶筒机构包括滑筒32，所述滑筒32套设于上中心杆3下端，且滑筒32的上端与所述擒纵机构连接，滑筒32的外部自上而下依次套设有上胶筒固定块7、胶筒8、下胶筒固定块15，所述上胶筒固定块7通过悬挂销钉33固定在滑筒32上。
需要说明的是，胶筒为橡胶材质，所以胶筒受压后能产生径向膨胀。悬挂销钉的作用是防止封隔机构入井时，胶筒与井壁剐蹭使胶筒提前涨开，摩擦力作用下撕扯造成胶筒提前损坏。
当井下出现漏失时，判断漏失深度，计算无固相堵漏剂用量，并根据堵漏剂用量计算出所需药剂腔根数，连接无固相堵漏剂送入工具，并填充药剂，投入铝合金球，等球落至拦截器17处，开启泥浆泵，通过泥浆压力传导，泵压至4～5MPa时，上活塞、下活塞推力作用下，上中心杆、下中心杆向下移动，滑筒与上下两个胶筒固定块与胶筒组成固定整体在上中心杆上嵌套，并不随上中心杆向下移动。上中心杆上端连接上接头向下运动，上接头向下挤压上外筒，上外筒下端与上胶筒固定块连接，同时下顶上胶筒固定块向下运动，在外力作用下剪切掉悬挂销钉。上胶筒固定块挤压胶筒，由于胶筒为橡胶材质，所以胶筒受压外径膨胀。胶筒外径膨胀后与井壁接触，形成密封。
实施例5：
在实施例1的基础上，如图1、图3所示，进一步地，所述下接头16本体内从上到下分别设置有拦截器17和平衡活塞20，拦截器17和平衡活塞20之间存在间隙。所述下接头16本体上沿径向设有一贯通的呼吸孔19，该呼吸孔19与所述间隙连通。因设置有呼吸孔，所以钻杆水眼内有钻井液流入存在，不需要额外灌浆。
进一步地，所述拦截器17由剪切销钉18固定在下接头16本体上。
所述药剂腔连接接头21本体上设有用于注入药剂的注入孔，该注入孔上连接有注入堵丝28；药剂腔22内药剂液面上方浮有药剂活塞23，药剂腔内的药剂活塞23起到密封、传导压力、推注药剂的作用。
进一步地，所述提篮24为长子弹头结构，提篮24顶部开设有与药剂腔22内腔连通的通孔，提篮24的侧壁上沿径向开设有径向通孔。提篮是药剂的释放单元，其底部释放孔是无固相堵漏剂能否迅速受压进入漏层的关键。
需要进一步地说明的是，所述药剂腔22由多根中空长管串联组成，中空长管的长度及根数由药剂量确定。中空长管具体是用玻璃纤维无捻粗纱缠绕与酸酐固化环氧制成的玻璃纤维管，玻璃纤维管的环向弹性模量为：3.5X106psi；轴向弹性模量：2.5X106psi；密度为：126.9lbs/ft3，比重为2.033；可以满足前期计算要求。
实施例6：
本发明提供了一种靶向堵漏施工工艺，包括以下步骤：
S1，计算堵漏剂用量，并根据堵漏剂用量计算出所需药剂腔根数；
S2，送入工具安装
将药剂腔下部机构、药剂腔及药剂腔上部机构按从下到上的顺序依次连接，连接完成后，向药剂腔注入无固相堵漏剂，无固相堵漏剂注满后，由注入堵丝封堵；然后再将堵漏封隔器与下接头16连接，堵漏封隔器上部连接钻杆；
S3，堵漏封隔器坐封及堵漏作业
钻具下入到准备堵漏的预定井深后，在井口投入铝合金球，待铝合金球落入拦截器17内，第一次加压，使悬挂销钉33剪断，然后进行二次加压，胶筒8沿轴向被压缩发生径向膨胀后，堵漏封隔器开始坐封，在此过程中，擒纵机构也发生运动，形成自锁，使胶筒8膨胀与井壁形成的密封稳固；堵漏封隔器坐封牢靠后持续升压，剪切销钉18剪断，平衡活塞20与药剂活塞23下移推压药剂腔22；持续升压，释放销钉27剪断，药剂活塞23推动药剂腔内无固相堵漏剂从提篮24的释放孔中释放入井筒漏层内；
S4，堵漏完起钻
(1)堵漏作业结束后，上提钻杆，擒纵机构脱开锁紧，胶筒8因自身弹性，恢复原外形，解封堵漏封隔器后起钻，起钻至安全井段后，采用大排量循环泥浆测试漏失量验证堵漏是否成功。
(2)如果堵漏送入工具固入井内，先上提钻具(超过原悬重10吨)，正转至少2分钟，使上提接头与转换接头的左旋螺纹脱开，将可钻玻璃钢管材料结构留入井内，上提钻具起出。
工具下到预定位置后，井口投球，球进入球座，第一次加压，使固定销钉剪断，然后进行二次加压，管内泥浆从管内进入活塞腔，双级活塞发生位移，推动胶筒使胶筒变形膨胀，形成座封。在此过程中，擒纵机构也发生运动，机构内的棘爪与捕捉器固定，使已座封的胶筒维持变形，在常压灌浆时，也能座封。
解封时上提，锁止机构的复位爪使棘爪外径变小，棘爪脱离捕捉器，此时胶筒因为自身弹性，回复原状，座封解除。
实施例7：
本实施例提供了一种无固相堵漏剂井下送入工具，包括上接头1、复位弹簧2、上中心杆3、棘爪4、复位爪5、捕捉器6、上胶筒固定块7、下胶筒固定块8、10上活塞、11下中心杆、环塞12、下活塞14、胶筒15、下接头16、拦截器17、平衡活塞20、药剂腔连接接头21、药剂腔22、药剂活塞23、提篮24、释放活塞25、上外筒29、中外筒30、下外筒31及滑筒32，上接头1下端螺纹连接上中心杆3上端，复位弹簧2套在上接头1下端外圆上，复位弹簧2下端顶在棘爪4端面上，棘爪4套在上中心杆3上，棘爪4端面的外圆卡在上外筒29的内径台阶上；复位爪5通过螺纹连接在上中心杆3中部螺纹上，捕捉器6套在复位爪5外，捕捉器6下端通过螺纹固定在滑筒32一端，上胶筒固定块7、胶筒8、下胶筒固定块15自上而下依次套在滑筒32上，悬挂销钉33穿过上胶筒固定块7固定在滑筒32上。上外筒29套在上接头1、复位弹簧2、棘爪4、捕捉器6的外面，且上外筒29的下端通过螺纹连接在上胶筒固定块7的小端外圆上。
进一步地，上中心杆3与下中心杆44分别通过螺纹与上活塞10连接，环塞12套在下中心杆上，环塞12下端面顶在下活塞14上；上中心杆3下端开有小孔为上中心杆流道9，上中心杆流道9位于下胶筒固定块15下端面与上活塞10上端面之间，并下胶筒固定块15下端面与上活塞10上端面之间所形成有的第一推力间隙连通；下中心杆11中部开有小孔为下中心杆流道13，下中心杆流道13位于环塞12下端面与下活塞14上端面之间，并与两者之间所形成的第二推力间隙连通。
下活塞14通过螺纹连接在下中心杆11上。下外筒31套在环塞12与下活塞14外，且下外筒31的上端内壁通过螺纹与环塞12下端外壁连接；下中心杆11末端为螺纹，螺纹连接下接头16。
下接头16水眼内从上到下分别设置有拦截器17和平衡活塞20，拦截器17和平衡活塞20之间存在间隙，所述下接头16本体上沿径向有一贯通下接头本体的小孔为呼吸孔19，呼吸孔19与所述间隙连通。
进一步地，拦截器17由剪切销钉18固定在下接头本体16上，平衡活塞20由下接头16水眼内的变径台阶向上限位。下接头16螺纹连接药剂腔连接接头21，药剂腔连接接头21本体上开设有注入孔，由注入堵丝28封堵。药剂腔连接接头21下端螺纹连接药剂腔22，药剂腔22为中空长管，可根据实际药剂量调整药剂腔中空长管的长度或根数。药剂腔22末端螺纹连接有提篮24，提篮24内设置释放活塞25，释放活塞25由释放销钉27固定在提篮24上，由释放活塞作为底部盲板，在药剂腔内形成腔体，腔内存有药剂，药剂液面上方浮有药剂活塞23。
需要说明的是，下接头16、拦截器17、平衡活塞20、药剂腔连接接头21、药剂腔22、提篮24、释放活塞25，均为铝合金可钻材料。悬挂销钉33、剪切销钉18、释放销钉27、注入堵丝28为黄铜材质；胶筒8、药剂活塞23为橡胶，他部件为钢材。下中心杆11与下接头16之间螺纹为左旋螺纹，其他连接螺纹为常规连接。
该无固相堵漏送入工具的工作过程如下：
1.堵漏前准备工作
(1)根据井下漏失情况、井深、井斜、井径等因素，确定漏层井段，计算出需要注入的堵漏剂量，光钻杆下入井深、封隔器准备座封井深等数据；
(2)检查设备，确保钻机气路、油路、管线畅通，泥浆泵上水良好；
(3)注堵漏浆期间，计量好泵冲数、泵入时间，准确计算好注入方量。
2.送入工具连接、安装，及无固相堵漏剂注入药剂腔
在下入工具前，先将提篮24、释放活塞25、释放销钉27整体装配，形成药剂腔底部机构；再将下接头16、拦截器17、平衡活塞20、药剂腔连接接头21、剪切销钉18整体装配，形成药剂腔上部结构。上接头1、复位弹簧2、上中心杆3、棘爪4、复位爪5、捕捉器6、上胶筒固定块7、胶筒8、下胶筒固定块15、上活塞10、下中心杆11、环塞12、下活塞14、悬挂销钉33、上外筒29、中外筒30、下外筒31、滑筒32整体装配成封隔机构。
当发现井下漏层后，测算出漏失深度与所需药剂量，并根据药剂量计算出所需药剂腔根数。开始井口连接药剂腔底部机构与药剂腔(连接数量是通过测算得出的药剂腔根数相符)，药剂腔连接完成后连接药剂腔上部结构。药剂投加装置组装完成后，通过药剂腔连接接头21本体上的注入孔，注入药剂，药剂注满后，由注入堵丝28封堵。再连接封隔机构，注意封隔机构与下接头需要左旋旋扣。封隔机构上部连接钻杆，根据漏层深度调节钻杆根数，最终需要封隔机构在井底漏层上方10米左右位置。值得一提的是，在连接钻杆过程中，因为下接头有呼吸孔的存在，所以钻杆水眼内有钻井液流入存在，不需要额外灌浆。
3.座封、送入作业
下入到目的层位后，在井口向钻杆水眼内投入铝制球体，根据实际深度等待铝球落入拦截器17内，拦截器17内径小于铝球直径，所以铝球直径卡在拦截器17内径中停住。钻杆连接泥浆泵，开泵打压，钻井液在铝球憋压下压力升高。
a.高压钻井液通过上中心杆流道9，流入下胶筒固定块15与上活塞10缝隙内，下胶筒固定块15与上活塞10在上中心杆3上嵌套，且相对密封，形成空腔。随着钻井液压力升高，钻井液在空腔内推动上活塞10向下移动，上活塞10与上中心杆3刚性连接，拉动上中心杆3向下移动。
b.高压钻井液通过下中心杆流道13，流入环塞12与下活塞14缝隙内，环塞12与下活塞14在下中心杆11上嵌套，且相对密封，形成空腔。随着钻井液压力升高，钻井液在空腔内推动下活塞14向下移动，下活塞14与下中心杆11刚性连接，拉动下中心杆11向下移动；下中心杆11、上中心杆3分别与上活塞10刚性连接，同时拉动上中心杆3向下移动。
上中心杆3受到上活塞10与下活塞14共同作用向下移动后，滑筒32与上、下两个胶筒固定块及胶筒8组成固定整体在上中心杆3上嵌套，并不随上中心杆3向下移动。上中心杆3上端连接上接头1向下运动，上接头1向下挤压上外筒29，上外筒29下端与上胶筒固定块7连接，同时下顶上胶筒固定块7向下运动，在外力作用下剪切掉悬挂销钉33(悬挂销钉剪切压力为2～3MPa)。上胶筒固定块7挤压胶筒8，由于胶筒8为橡胶材质，所以胶筒8受压外径膨胀，胶筒8外径膨胀后与井壁接触，形成密封，封隔住上下井段不连通。上接头1同时推动棘爪4向下移动，棘爪4末端的倒刺插入到捕捉器6内，捕捉器6内由倒牙螺纹构成，棘爪4末端的倒刺嵌入捕捉器6倒牙螺纹，不再退出形成自锁，从而使胶筒膨胀与井壁形成密封的密封稳固。此过程需等待10分钟(保压7～8MPa，不升压)进行下一步操作。
封隔构件密封稳固后，使用泥浆泵继续升压，铝球在压力下向拦截器17持续施加向下的力，进而剪切掉剪切销钉18(剪切销钉额定压力10～11MPa)，铝球与拦截器共同体同步向下移动，地面压力表显示压力突然回落。铝球与拦截器共同体落到平衡活塞20上对其持续加压，由于药剂腔底部有释放销钉27与释放活塞20共同作用，药剂腔形成密闭空间，所以铝球与拦截器、平衡活塞20、药剂活塞23共同加压药剂腔，地面压力表显示降压后又瞬时重新上升。释放销钉27设置压力为15MPa，持续升压至大于15MPa时，释放销钉27剪切掉，释放销钉27与释放活塞25共同下移，药剂腔内药剂在压力下向下移动到提篮24中，从释放孔26喷射出去，地面压力表压瞬时下降(表显约1～3MPa，根据井深略有不同)，证明药剂释放至井筒内。此时不停泵开始计时，根据泥浆泵排量换算出替除管内药剂所需的时间，到达规定时间停泵。此时铝球、拦截器17、平衡活塞20、药剂活塞23、释放活塞25已落入提篮24内，药剂腔内的药剂已被替换成钻井液。堵漏作业结束。
4.堵漏完起钻
堵漏作业结束后，对钻杆起升，拉力传递到无固相堵漏剂送入工具，上接头1受拉带动上中心杆3向上移动，带动复位爪5同时向上，复位爪5插入到棘爪4与捕捉器6的共同自锁体内。复位爪5具有楔形结构，将棘爪4外径缩小，棘爪4的倒齿与捕捉器6的环形螺纹脱离，解开自锁。胶筒8由于是橡胶材料具有自我复位性，胶筒缓慢回到原始尺寸。封隔机构解封完成，此过程需要5分钟左右。解封后快速起钻，防止药剂凝固将工具固在井下，上起到无固相堵漏剂送入工具时，先拆卸堵漏封隔器、再依次拆卸药剂腔上部结构、药剂腔、药剂腔下部结构，直到作业结束。
当起钻过程中，无固相堵漏剂送入工具被凝固在井筒内，按封隔机构解封后，顺时针方向旋转钻具。下中心杆3与下接头16之间螺纹为左旋螺纹，此螺纹在顺时针旋转下脱扣；继续起钻，将封隔机构起出井口后，下入钻头继续打钻。由于留在井下的药剂腔上部结构、药剂腔、药剂腔下部结构都是铝合金、橡胶、铜等可钻材料，所以钻通到目的层位后继续钻进。
实施例8：
本实施例公开了本发明所用无固相堵漏剂为无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料，由如下制备方法制得：
步骤1：将70～100重量份的聚醚多元醇、0～30重量份的聚酯多元醇与45～50重量份的多异氰酸酯进行聚合反应，得到聚氨酯预聚体；
步骤2：将步骤1得到的聚氨酯预聚体与催化剂、增塑剂、表面活性剂、增韧剂、纳米增强剂搅拌混合，即得到无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料。
进一步的，本发明并不限制所述聚醚多元醇中醇羟基的个数，可以是聚醚二元醇、聚醚三元醇、聚醚四元醇中的一种或多种，优选分子量为200～4000的PPG聚醚二元醇或分子量为300～3000的聚醚三元醇或二者的混合物。所述聚醚多元醇可为常规市售的各种规格，较佳地为江苏省海安石油化工厂生产的PPG200～PPG4000。
所述聚酯多元醇是由苯酐与二元醇或三元醇聚合得到的，分子量为200～2000，羟值为200～400mgKOH/g。
所述聚酯多元醇或者优选分子量为1500～2000的聚碳酸酯多元醇，羟值为60～120mgKOH/g。
所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯TDI、二苯基甲烷二异氰酸酯MDI、多亚甲基多苯基多异氰酸酯PAPI中的一种或多种的混合物。
所述的聚氨酯预聚体的-NCO％含量为15％～25％百分比是指异氰酸酯基的质量占聚氨酯预聚体总质量的百分比。所述甲苯二异氰酸酯(TDI)可为常规市售的各种规格的TDI，较佳地为烟台万华聚氨酯股份有限公司生产的TDI-80。所述二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)可为本领域常规市售的各种规格的MDI，较佳地为烟台万华聚氨酯股份有限公司生产的MDI-50。具体地，步骤1所述聚氨酯预聚体的制备步骤如下：在60℃～100℃下，将聚醚多元醇、聚酯多元醇抽真空脱水脱气处理2～3小时后，然后降温至48～52℃加入多异氰酸酯，进行聚合反应得到聚氨酯预聚体，其红外光谱图见附图7。
进一步的，所述催化剂选自脂肪胺类、脂环胺类、芳香胺类和醇胺类及其铵盐类化合物，以及二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡等有机金属催化剂中的一种或多种。进一步地，所述催化剂的用量较佳地为所述聚氨酯预聚体质量的1％～5％；
进一步的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二乙酯和/或邻苯二甲酸二丁酯，所述增塑剂的用量较佳地为所述聚氨酯预聚体质量的6％～12％；所用增塑剂与聚氨酯相容性良好，稳定性和协同性显著。
所述表面活性剂为聚氧乙烯单月桂酸酯，进一步地，所述表面活性剂的用量较佳地为聚氨酯预聚体质量的0.5％～2％；
所述纳米增强剂是通过水热法合成的掺氮碳量子点，掺氮碳量子点赋予无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料良好的表界面性能和遇水反应的均一性，增强泡沫体的抗压强度和尺寸稳定性。进一步地，所述纳米增强剂的用量较佳地为聚氨酯预聚体质量的0.3％～1％。
所述增韧剂是L-赖氨酸乙酯二异氰酸酯，遇水可原位生成弹性聚氨酯，增加泡沫的尺寸稳定性，端基为异氰酸酯，可用来调节遇水反应速率。所述增韧剂的用量较佳地为所述聚氨酯预聚体质量的1％～5％。
本发明公开的无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料，有很好的抗水分散效果，施工时利用专用的无固相堵漏剂井下送入工具输送进入渗漏区域，遇水快速发泡，生成二氧化碳推动浆液进入漏层纵深部或岩体的细微裂缝处，完成遇水渗径较长、缺陷位置隐蔽不可见的防渗体系的靶向堵漏施工，体系中加入兼具速率调节和增韧的L-赖氨酸乙酯二异氰酸酯，可增加泡沫的尺寸稳定性，反应速率可通过端基异氰酸酯来调节；同时体系中加入具有纳米尺寸效应的掺氮碳量子点，在增强材料强度的同时界面的亲水性，使反应更迅速均一。配套无固相井下送入工具，实现靶向堵漏的精准性、经济性。
实施例9：
本实施例提供了一种靶向堵漏施工工艺，包括以下步骤：
1将聚醚多元醇、聚酯多元醇与有机多异氰酸酯进行聚合反应，得到聚氨酯预聚体；
2将步骤1得到的聚氨酯预聚体与催化剂、增塑剂、表面活性剂、纳米增强剂搅拌混合，即得到无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料；
3确定漏失区域：根据井下漏失情况、井深、井斜、井径等因素，确定漏层井段；
4布置专用工具并注浆：使用堵漏封隔器封隔漏失区域上部地层，将步骤2制备的无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料装入无固相堵漏剂井下送入工具的药剂腔，迅速密闭药剂腔，上方连接配套的裸眼堵漏封隔器，将含有药剂的药剂投加装置送入井下目的层；
5堵漏作业：从井口投球，蹩压至3MPa打开堵漏封隔器，环空坐封，继续蹩压至打开药剂腔，利用药剂活塞将药剂一次性挤入井筒。无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料注入漏层后，在地层压力下，反应初期，聚合速度缓慢，此时灌浆材料仍保持油性液体状态，可跟随动水靶向进入压力突减的漏失位置，此时聚合反应加剧，快速发泡包裹周围岩体或断层壁面，同时产生的二氧化碳也可实现浆液向渗漏通道的纵深位置进发，实现靶向堵漏。
实施例10：
本实施例提供了一种无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料，由如下制备方法制得：
1)将100gPPG聚醚二元醇投入反应釜，升温至100℃，搅拌，抽真空脱水脱气3小时，降温至50℃，然后加入45g甲苯二异氰酸酯TDI-80，在80℃的反应温度下，反应聚合3小时，得到145g聚氨酯预聚体；其中，聚醚二元醇数均分子量为3000；聚氨酯预聚体的-NCO含量为16.26％；
2)降温到40℃，将步骤1)所得聚氨酯预聚体与2.9g聚氧乙烯单月桂酸酯、2.9gL-赖氨酸乙酯二异氰酸酯、0.8g乙二胺、2g二月桂酸二丁基锡、15g邻苯二甲酸二乙酯和1g掺氮碳量子点充分搅拌混合均匀，即得无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料。
实施例11：
本实施例提供了一种无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料，由如下制备方法制得：
1)将100gPPG聚醚三元醇投入反应釜，升温至80℃，搅拌，抽真空脱水脱气3小时，降温至50℃，然后加入100g二苯基甲烷二异氰酸酯MDI-50，在82℃的反应温度下，反应聚合3小时，得到200g聚氨酯预聚体；其中，聚醚三元醇数均分子量为4000；聚氨酯预聚体的-NCO含量为20.31％；
2)降温到40℃，将步骤1)所得聚氨酯预聚体与1.0g聚氧乙烯单月桂酸酯、2gL-赖氨酸乙酯二异氰酸酯、1g二月桂酸二丁基锡、1.0三乙醇胺、15g邻苯二甲酸二辛酯和0.725g掺氮碳量子点充分搅拌混合均匀，即得无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料。
实施例12：
本实施例提供了一种无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料，由如下制备方法制得：
1)将100g亲水性芳香族聚酯二元醇投入反应釜，升温至98℃，搅拌，抽真空脱水脱气3小时，降温至48℃，然后加入25g甲苯二异氰酸酯TDI-80和50g二苯基甲烷二异氰酸酯，在78℃的反应温度下，反应聚合3小时，得到175g聚氨酯预聚体；其中，芳香族聚酯二元醇数均分子量为2000；聚氨酯预聚体的-NCO含量为18.36％；
2)降温到40℃，将步骤1)所得聚氨酯预聚体与1.75g聚氧乙烯单月桂酸酯、5.25gL-赖氨酸乙酯二异氰酸酯、4g二月桂酸二丁基锡、1.0g二乙胺、6g邻苯二甲酸二乙酯和6g邻苯二甲酸二辛酯、1.5g掺氮碳量子点充分搅拌混合均匀，即得无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料。
实施例13：
本实施例提供了一种无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料，由如下制备方法制得：
1)将70gPPG聚醚二元醇和30g聚碳酸酯多元醇投入反应釜，升温至98℃，搅拌，抽真空脱水脱气3小时，降温至50℃，然后加入50g甲苯二异氰酸酯TDI-80，在80℃的反应温度下，反应聚合3小时，得到150g聚氨酯预聚体；其中，PPG聚醚二元醇数均分子量为200，聚碳酸酯多元醇数均分子量为1500；聚氨酯预聚体的-NCO含量为18.53％；
2)降温到40℃，将步骤1)所得聚氨酯预聚体与3g聚氧乙烯单月桂酸酯、4.5gL-赖氨酸乙酯二异氰酸酯、2.5g邻苯二胺、5g二月桂酸二丁基锡、1.5g掺氮碳量子点和13g邻苯二甲酸二乙酯充分搅拌混合均匀，即得无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料。
实施例14：
本实施例提供了一种无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料，由如下制备方法制得：
1)将80gPPG聚醚三元醇和20g芳香族聚酯三元醇投入反应釜，升温至100℃，搅拌，抽真空脱水脱气3小时，降温至50℃，然后加入50g甲苯二异氰酸酯TDI-80，在80℃的反应温度下，反应聚合3小时，得到150g聚氨酯预聚体；其中，聚醚三元醇数均分子量为600；芳香族聚酯三元醇数均分子量为1000；聚氨酯预聚体的-NCO含量为17.25％；
2)降温到40℃，将步骤1)所得聚氨酯预聚体与2.5g聚氧乙烯单月桂酸酯、7.5gL-赖氨酸乙酯二异氰酸酯、2.0g三乙烯二胺、5.5g辛酸亚锡、1.0g掺氮碳量子点和13g邻苯二甲酸二乙酯充分搅拌混合均匀，即得无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料。
实施例10-14中，PPG聚醚二元醇、PPG聚醚三元醇、芳香族聚酯二元醇和亲水性聚碳酸酯多元醇均由海安石油化工厂提供，其官能度均为2～3，数均分子量均为200～4000。甲苯二异氰酸酯TDI-80、二苯基甲烷二异氰酸酯MDI-80为烟台万华聚氨酯股份有限公司提供。
上述实施例中，反应均在一个装有搅拌器、热电偶温度计和氯化钙干燥管的玻璃反应釜内进行。
在25℃下，分别将实施例10～25的无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料与水按100:5的质量比混合搅拌5s，测试凝胶时间、粘度、遇水膨胀率及砂石固结体抗压强度，测试方法参照中华人民共和国建材行业标准JC/T2041-2010《聚氨酯灌浆材料》执行，测试结果如下表1所示。
Figure BDA0003423058890000311
该体系加入兼具速率调节和增韧的L-赖氨酸乙酯二异氰酸酯，其环境友好，且遇水可原位生成弹性聚氨酯，增加泡沫的尺寸稳定性，端基为异氰酸酯，可用来调节遇水反应速率；体系中加入具有纳米尺寸效应的掺氮碳量子点，在增强材料强度的同时界面的亲水性，使反应更迅速均一。
现场靶向堵漏实施案例
实施例15：
30663队里416-11井，表层钻进至88米、107米、138米，发生3次失返性漏失，钻井液密度1.01g/cm3，粘度35S，采用桥塞堵漏和水泥浆堵漏均无效果。
采用实施例12的无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料+无固相堵漏剂井下送入工具，进行靶向堵漏，一次将3个大裂缝漏层封堵成功，后期未复发。
施工步骤：将500kg无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料装入井下送入工具的药剂腔→迅速密闭药剂腔→上方连接配套的裸眼堵漏封隔器→将含有药剂的工具送入井下87米的位置→井口投球→蹩压至3MPa打开封隔器→环空坐封→继续蹩压至5MPa打开药剂腔→利用管内胶塞将药剂一次性挤入井筒→聚氨酯材料遇水后迅速膨胀反应→自主寻找井下3个裂缝型漏层→持续等待30min→上提钻具6吨→封隔器解封→起钻并起出工具→完成靶向堵漏作业，之后下入正常打钻的钻具组合，扫掉井筒中残留的聚氨酯反应物，恢复钻进，直至一开完钻，未发生漏失。
实施例16：
40649队华H48-4井，二开钻进至洛河组636米，循环泵压由8MPa下降至3MPa，发生失返性漏失，钻井液密度1.01g/cm3，粘度34s，采用桥塞堵漏和水泥浆堵漏均无效果。采用发明实施例4的快凝高膨胀聚氨酯材料+无固相堵漏剂井下送入工具，进行靶向堵漏，一次将洛河组大裂缝漏层封堵成功，后期未复发。
采用实施例13的无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料+无固相堵漏剂井下送入工具，进行靶向堵漏，一次将3个大裂缝漏层封堵成功，后期未复发。
施工步骤：将750kg无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料在装入井下送入工具的药剂腔→迅速密闭药剂腔→上方连接配套的裸眼堵漏封隔器→将含有药剂的工具送入井下632米的位置→井口投球→蹩压至4MPa打开封隔器→环空坐封→继续蹩压至8MPa打开药剂腔→利用管内胶塞将药剂一次性挤入井筒→聚氨酯材料遇水后迅速膨胀反应→自主寻找井下裂缝层→持续等待20min→上提钻具15吨→封隔器解封→起钻并起出工具→完成靶向堵漏作业。
下入正常打钻的钻具组合，扫掉井筒中残留的聚氨酯反应物，恢复钻进，直至一开完钻，未发生漏失。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (16)

1.一种无固相堵漏剂井下送入工具，其特征在于：包括堵漏封隔器及药剂投加装置，所述药剂投加装置包括药剂腔上部机构、药剂腔(22)及药剂腔下部机构，
所述药剂腔上部机构包括下接头(16)、药剂腔连接接头(21)，下接头(16)的上端与堵漏封隔器连接，下接头(16)本体内从上到下分别设置有拦截器(17)和平衡活塞(20)，且拦截器(17)和平衡活塞(20)之间存在间隙，下接头的下端与药剂腔连接接头(21)的上端连接，药剂腔连接接头(21)的下端连接药剂腔(22)，药剂腔(22)内有用于存放药剂的空腔，药剂腔(22)的末端连接药剂腔下部机构，所述药剂腔下部机构包括提篮(24)及设置于提篮(24)内的释放活塞(25)，释放活塞(25)由释放销钉(27)固定在提篮(24)上，所述提篮(24)的底部开设有释放孔(26)，药剂从该释放孔(26)中释放入井筒漏层内。
2.如权利要求1所述的无固相堵漏剂井下送入工具，其特征在于：所述拦截器(17)由剪切销钉(18)固定在下接头(16)本体上。
3.如权利要求2所述的无固相堵漏剂井下送入工具，其特征在于：所述下接头(16)本体上沿径向设有一贯通的呼吸孔(19)，该呼吸孔(19)与拦截器(17)和平衡活塞(20)之间的间隙相连通。
4.如权利要求1所述的无固相堵漏剂井下送入工具，其特征在于：所述药剂腔连接接头(21)本体上设有用于注入药剂的注入孔，该注入孔上连接有注入堵丝(28)；药剂腔(22)内药剂液面上方浮有药剂活塞(23)。
5.如权利要求1所述的无固相堵漏剂井下送入工具，其特征在于：
所述堵漏封隔器包括上接头(1)、中心杆及连接组件，
所述中心杆包括上下间隔设置地上中心杆(3)、下中心杆(11)，上中心杆(3)的上端连接上接头(1)、下中心杆(11)的下端连接下接头(16)，所述连接组件设置在所述中心杆的周向外侧，并将所述上中心杆(3)和下中心杆(11)密封地连接在一起，所述连接组件包括上连接组件、下连接组件及胶筒机构，所述胶筒机构套设于上中心杆(3)下端，并可沿轴向被压缩，产生径向膨胀；胶筒机构的两端分别与所述上连接组件和所述下连接组件连接。
6.如权利要求5所述的无固相堵漏剂井下送入工具，其特征在于：所述上连接组件包括复位弹簧(2)、擒纵机构及上外筒(29)，所述复位弹簧(2)的上端套在上接头(1)小端外圆上，复位弹簧(2)下端抵接在擒纵机构上，所述擒纵机构套设于上中心杆(3)上，所述上外筒(29)套在上接头(1)、复位弹簧(2)、擒纵机构的外部，且上外筒(29)的上端内壁密封地连接于上接头(1)的下端外壁上，上外筒(29)的下端内壁密封连接于所述胶筒机构上。
7.如权利要求6所述的无固相堵漏剂井下送入工具，其特征在于：所述胶筒机构包括滑筒(32)，所述滑筒(32)套设于上中心杆(3)下端，且滑筒(32)的上端与所述擒纵机构连接，滑筒(32)的外部自上而下依次套设有上胶筒固定块(7)、胶筒(8)、下胶筒固定块(15)，所述上胶筒固定块(7)通过悬挂销钉(33)固定在滑筒(32)上。
8.如权利要求7所述的无固相堵漏剂井下送入工具，其特征在于：所述擒纵机构包括棘爪(4)、复位爪(5)、捕捉器(6)，所述棘爪(4)套在上中心杆(3)上，棘爪(4)的上端抵接复位弹簧(2)，且棘爪(4)上端面的外圆卡在上外筒(29)的内径台阶上，复位爪(5)连接在上中心杆(3)中部，捕捉器(6)套在复位爪(5)外，且捕捉器(6)的下端连接于滑筒(32)上。
9.如权利要求5所述的无固相堵漏剂井下送入工具，其特征在于：所述下连接组件包括活塞总成及套设于活塞总成外部的中外筒(30)和下外筒(31)，所述活塞总成包括上活塞(10)、环塞(12)、下活塞(14)，所述上中心杆(3)、下中心杆(11)通过上活塞(10)连接，环塞(12)、下活塞(14)分别套在下中心杆(11)上，且环塞(12)的下端面顶在下活塞(14)上，所述中外筒(30)的上端内壁密封地围设在胶筒机构下端外壁上，中外筒(30)的下端内壁与环塞(12)的上端外壁密封连接；下外筒(31)的上端内壁密封地围设在环塞(12)的下端外壁上。
10.如权利要求9所述的无固相堵漏剂井下送入工具，其特征在于：所述胶筒机构下端面与上活塞(10)上端面之间形成有第一推力间隙，上中心杆(3)下端具有与所述第一推力间隙连通的上中心杆流道(9)；所述环塞(12)下端面与下活塞(14)上端面之间形成有第二推力间隙，下中心杆(11)中部具有与所述第二推力间隙连通的下中心杆流道(13)。
11.如权利要求1所述的无固相堵漏剂井下送入工具，其特征在于：所述提篮(24)为长子弹头结构，提篮(24)顶部开设有与药剂腔(22)内腔连通的通孔；所述药剂腔(22)由多根中空长管串联组成，中空长管的长度及根数由药剂量确定。
12.一种靶向堵漏施工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1，计算堵漏剂用量，并根据堵漏剂用量计算出所需药剂腔根数；
S2，送入工具安装
将药剂腔下部机构、药剂腔及药剂腔上部机构按从下到上的顺序依次连接，连接完成后，向药剂腔注入无固相堵漏剂，无固相堵漏剂注满后，由注入堵丝封堵；然后再将堵漏封隔器与下接头(16)连接，堵漏封隔器上部连接钻杆；
S3，堵漏封隔器坐封及堵漏作业
钻具下入到准备堵漏的预定井深后，在井口投入铝合金球，待铝合金球落入拦截器(17)内，第一次加压，使悬挂销钉(33)剪断，然后进行二次加压，胶筒(8)沿轴向被压缩发生径向膨胀后，堵漏封隔器开始坐封，在此过程中，擒纵机构也发生运动，形成自锁，使胶筒(8)膨胀与井壁形成的密封稳固；堵漏封隔器坐封牢靠后持续升压，剪切销钉(18)剪断，平衡活塞(20)与药剂活塞(23)下移推压药剂腔(22)；持续升压，释放销钉(27)剪断，药剂活塞(23)推动药剂腔内无固相堵漏剂从提篮(24)的释放孔中释放入井筒漏层内；
S4，堵漏完起钻
堵漏作业结束后，上提钻杆，擒纵机构脱开锁紧，胶筒(8)因自身弹性，恢复原外形，解封堵漏封隔器后起钻，起钻至安全井段后，采用大排量循环泥浆测试漏失量验证堵漏是否成功。
13.如权利要求12所述的靶向堵漏施工工艺，其特征在于，所述步骤S4中，起钻时，上起到无固相堵漏剂送入工具时，先拆卸堵漏封隔器，再依次拆卸药剂腔上部结构、药剂腔、药剂腔下部结构；
当起钻过程中，无固相堵漏剂送入工具被凝固在井筒内时，先将将堵漏封隔器起出井口后，下入钻头继续打钻。
14.如权利要求12所述的靶向堵漏施工工艺，其特征在于：所述无固相堵漏剂为无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料，由如下制备方法制得：
步骤1：将70～100重量份的聚醚多元醇、0～30重量份的聚酯多元醇与45～50重量份的多异氰酸酯进行聚合反应，得到聚氨酯预聚体；
步骤2：将步骤1得到的聚氨酯预聚体与催化剂、表面活性剂、增塑剂、增韧剂、纳米增强剂搅拌混合，即得到无溶剂型单组份纳米增强聚氨酯灌浆材料。
15.如权利要求14所述的靶向堵漏施工工艺，其特征在于，所述步骤1采用以下步骤：在60℃～100℃下，将聚醚多元醇、聚酯多元醇抽真空脱水脱气处理2～3小时后，然后降温至48～52℃加入多异氰酸酯，进行聚合反应得到聚氨酯预聚体。
16.如权利要求14所述的靶向堵漏施工工艺，其特征在于：
所述催化剂的用量为所述聚氨酯预聚体质量的1％～5％；
所述表面活性剂的用量为聚氨酯预聚体质量的0.5％～2％；
所述增塑剂的用量为所述聚氨酯预聚体质量的6％～12％；
所述增韧剂的用量为所述聚氨酯预聚体质量的1％～5％；
所述纳米增强剂的用量为聚氨酯预聚体质量的0.3％～1％。
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