CN117431040A - 一种油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂，包括：30～60重量份热塑性亲油聚合物、30～60重量份刚性颗粒、10～30重量份柔性纤维等；所述热塑性亲油聚合物是由非晶态亲油材料、晶态亲油材料以及增强剂混炼而成。本发明提供的油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂中所含的亲油聚合物泵入漏层后，在地层温度和油基钻井液的作用下可形成黏滞力强的段塞，复配的刚性颗粒、柔性纤维一方面可封堵地层孔缝，另一方面与亲油聚合物协同作用提高凝胶段塞的承压能力；所形成的段塞堵漏剂既可有效封堵油基钻井液漏层又可隔离油基钻井液与地层流体，从而实现溢漏同存地层的有效封堵。本发明还提供了一种油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂的制备方法。

Description

一种油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂及其应用
技术领域
本发明属于油田化学技术领域，尤其涉及一种油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂及其应用。
背景技术
油基钻井液钻遇复杂地层时，如裂缝孔隙发育地层，容易发生漏失，现有油基钻井液堵漏材料较少，且封堵效果较差，堵漏成功率低；尤其钻遇溢漏同存地层，堵漏难度加剧。当钻遇同一裸眼段出现多压力系统时，由于井身结构的限制，很难将高、低压带分隔开，易发生漏失和溢流同存的井下复杂情况，特别是裂缝性地层多压力系统井段的钻井中，由于裂缝具有良好导流能力，地层压力平衡难度大，漏失、溢流很难避免。例如我国川西地区构造陡、地层破碎、断层多、裂缝发育，同一裸眼井段上、下地层压力系数相差悬殊，多套压力系统共存，在油基钻井液钻进过程中易发生溢漏同存复杂情况。为此，需研制一种油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂既可封堵地层孔隙裂缝，又可以隔离地层气体，同时满足封堵油基钻井液漏失和溢漏同存漏层堵漏的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂及其应用，本发明提供的油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂能够较好的解决油基钻井液漏失问题，尤其是溢漏同存地层的封堵难题。
本发明提供了一种油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂，以重量份计，包括：
30～60重量份的热塑性亲油聚合物；
30～60重量份的刚性颗粒；
10～30重量份的柔性纤维。
优选的，所述热塑性亲油聚合物由包括非晶态亲油材料、晶态亲油材料和增强剂的物料制备得到。
优选的，所述热塑性亲油聚合物的粒径为0.1～3mm。
优选的，所述的非晶态亲油材料选自聚乙烯-乙酸乙烯酯、聚乙烯-丙烯酸丁酯、聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、饱和型SBS、三元乙丙橡胶、丁苯橡胶中的一种或几种。
优选的，所述晶态亲油材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺中的一种或几种。
优选的，所述增强剂选自重质碳酸钙、滑石粉中的一种或几种。
优选的，所述刚性颗粒选自碳酸钙、二氧化硅、石英砂、贝壳类材料中的一种或几种。
优选的，所述刚性颗粒的粒径为0.1～5mm。
优选的，所述柔性纤维选自硅酸盐纤维、海泡石纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维中的一种或几种。
本发明提供了一种油基钻井液的堵漏方法，包括：
将油基钻井液和油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂混合；
所述油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂的质量为油基钻井液质量的20～40％；
所述油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂为上述技术方案所述的油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂。
本发明提供的油基钻井液凝胶段塞堵漏剂由热塑性亲油聚合物、刚性颗粒、柔性纤维在一定比例下复合而成。热塑性亲油聚合物在常温下吸油能力较低，对油基钻井液的黏度影响较小，满足堵漏浆配制及泵送的需求；进入漏层后，在地层温度的作用下，吸油能力显著升高，可形成具有一定黏滞力的聚合物段塞，复配刚性颗粒及柔性纤维材料进一步提高凝胶段塞的承压性能。形成的凝胶段塞能够有效封堵孔隙或裂缝，防止油基钻井液漏失；在钻遇漏失伴随地层出气等复杂时，可在高压出气层上部形成隔油、隔气段塞，阻止地层流体涌溢，从而保证起下钻等后续作业施工安全。本发明提供的堵漏剂原料来源广泛，制备工艺简单、安全，利于大规模生产应用。
附图说明
图1为本发明中热塑性亲油聚合物制备的示意图；
图2为本发明实施例检测过程中可视砂床结构示意图；
图3为本发明实施例检测过程中可视砂床实验模拟图；
图4为本发明实施例检测过程中得到的封堵层图片。
具体实施方式
下面将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。
本发明提供了一种油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂，以重量份计，包括：
30～60重量份的热塑性亲油聚合物；
30～60重量份的刚性颗粒；
10～30重量份的柔性纤维。
本发明提供的油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂能够解决现有油基钻井液漏失封堵效果不佳，特别是钻遇溢漏同存地层时难封堵的问题，本发明提供的油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂，既可封堵地层孔隙裂缝，又可以隔离油与地层流体，满足溢漏同存地层封堵需求。
在本发明中，所述热塑性亲油聚合物的重量份数优选为40～50份，更优选为45份。
在本发明中，所述热塑性亲油聚合物优选由包括非晶态亲油材料、晶态亲油材料和增强剂的物料制备得到。
在本发明中，所述热塑性亲油聚合物的制备方法优选包括：
将非晶态亲油材料、晶态亲油材料和增强剂混炼后造粒，得到热塑性亲油聚合物。
在本发明中，所述非晶态亲油材料优选选自聚乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、饱和型SBS(SEBS)等中的一种或几种。
在本发明中，所述晶态亲油材料优选选自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等中的一种或几种。
在本发明中，所述的增强剂优选选自碳酸钙、青石粉、矿物油等中的一种或几种。
在本发明中，所述非晶态亲油材料、晶态亲油材料和增强剂的质量比优选为(45～50)：(30～40)：(10～15)，更优选为(46～49)：(32～38)：(11～14)，最优选为(47～48)：(34～36)：(12～13)。
在本发明中，所述混炼的温度优选为150～180℃，更优选为160～170℃，最优选为165℃。
在本发明中，热塑性亲油聚合物的制备如图1所示，正方体代表晶格结构，规则排列；线条代表无规则的非晶态部分。在本发明中，所述热塑性亲油聚合物的制备方法优选包括：
将非晶态亲油材料、晶态亲油材料以及增强剂按比例加入容器中；充分搅拌；在150℃～180℃条件下混炼；
混炼均匀后，造粒，得到油基钻井液凝胶段塞用热塑性亲油聚合物。
在本发明中，所述热塑性亲油聚合物的粒径优选为0.1～3mm，更优选为0.1～1mm或1～3mm，更优选为0.5～2.5mm，更优选为1～2mm，最优选为1.5mm。
在本发明中，所述刚性颗粒的重量份数优选为35～50份，更优选为40～45份。
在本发明中，所述刚性颗粒可起到刚性架桥及填充等作用，一般划痕影都优选为2～3，密度优选为1.7～2.7g/cm3。
在本发明中，所述刚性颗粒优选选自矿物颗粒或贝壳类材料，如碳酸钙颗粒、二氧化硅、石英砂颗粒、贝壳类材料等的一种或几种，更优选为贝壳渣和/或牡蛎壳。
在本发明中，所述刚性颗粒的粒径优选为0.1～5mm，更优选为0.5～3mm，更优选为1～3mm，最优选为2mm。
在本发明中，所述柔性纤维的重量份数优选为15～25份，更优选为20份。
在本发明中，所述柔性纤维优选选自矿物纤维和合成纤维中的一种或几种，如硅酸盐纤维、海泡石纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维等中的一种或几种，更优选选自海泡石纤维和硅酸盐纤维中的一种或几种。
在本发明中，优选对所述柔性纤维进行粉碎处理。在本发明中，所述柔性纤维的长度优选为0.05～5mm，更优选为0.1～4mm，更优选为0.5～3mm，更优选为1～3mm，最优选为2mm。
在本发明中，所述油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂的制备方法优选包括：
将热塑性亲油聚合物、刚性颗粒、柔性纤维混合，得到油基钻井液用聚合物凝胶段塞堵漏剂。
在本发明中，所述混合优选采用混合设备混合均匀。
本发明提供了一种油基钻井液的堵漏方法，包括：
将油基钻井液和油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂混合；
所述油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂的质量为油基钻井液质量的20～40％；
所述油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂为上述技术方案所述的油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂。
本发明提供的凝胶段塞堵漏剂加入油基钻井液中，在地层温度的作用下，可形成隔绝油基钻井液与地层流体的段塞，既可封堵漏失通道又可阻止地层流体涌溢，从而保证起下钻等后续作业施工安全。
在本发明中，所述油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂的质量优选为油基钻井液质量的25～35％，更优选为30％。
在本发明中，油基钻井液与水基钻井液相比，具有抗高温、抗盐钙侵蚀，有利于井壁稳定、润滑性好、对油气层损害小等优点。在本发明中，所述油基钻井液优选包括：
柴油、有机土、主乳化剂、辅乳化剂、CaCl2溶液、重晶石。
在本发明中，所述柴油在油基钻井液中的质量含量优选为60～80％，更优选为65～75％，最优选为70％；所述主乳化剂在油基钻井液中的质量含量优选为3～5％，更优选为3.5～4.5％，最优选为4％；所述辅乳化剂在油基钻井液中的质量含量优选为1～3％，更优选为1.5～2.5％，最优选为2％；所述CaCl2溶液在油基钻井液中的质量含量优选为4～16％，更优选为5～15％，更优选为8～12％，最优选为10％；所述CaCl2溶液的质量浓度优选为15～25％，更优选为18～22％，最优选为20％；所述重晶石的用量可根据预获得的油基钻井液的密度进行调整。在本发明中，所述油基钻井液的密度优选为1～2g/cm3，更优选为1.5g/cm3。
本发明提供的堵漏剂加入油基钻井液中，能够使油基钻井液在120℃下的养护时间为4～168h；经120℃养护168h后黏度变化不显著，其抗高温性能良好。本发明对凝胶段塞堵漏剂的封堵、气体反向突破等方面进行评价，结果表明，本发明提供的凝胶段塞堵漏剂可有效封堵孔隙，隔绝油基钻井液与地层流体，可用于封堵油基钻井液漏失，特别是处理油基钻井液钻进过程中出现的溢漏同存现象的难题。
本发明提供的油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂中所含的亲油聚合物泵入漏层后，在地层温度和油基钻井液的作用下可形成黏滞力强的段塞，复配的刚性颗粒、柔性纤维一方面可封堵地层孔缝，另一方面与亲油聚合物协同作用提高凝胶段塞的承压能力；所形成的段塞堵漏剂既可有效封堵油基钻井液漏层又可隔离油基钻井液与地层流体，从而实现溢漏同存地层的有效封堵。本发明堵漏剂形成的凝胶段塞在120℃下有效期达7d以上，且产品原料丰富、制备工艺简单，便于大规模生产及应用。
本发明以下实施例所用的晶态亲油材料为聚乙烯，上海石化生产；聚丙烯，扬子石化生产；非晶态材料为聚乙烯-乙酸乙烯酯，台塑生产；聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、饱和型SBS，巴陵石化生产；碳酸钙、滑石粉、硅酸盐纤维、贝壳渣、牡蛎壳、海泡石粉均为工业品，贝壳渣和牡蛎壳购自天津牡蛎贝壳粉厂，碳酸钙、滑石粉、硅酸盐纤维、海泡石粉购自灵寿县矿石厂。
实施例1
以重量份计，取0.1～3mm粒径的热塑性亲油聚合物制备产品45份，0.5～3mm粒径的贝壳渣40份，长度为1～3mm硅酸盐纤维15份，放在混合设备中进行均匀混合，得到油基钻井液凝胶段塞堵漏剂。
热塑性亲油聚合物制备：将600g聚乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)粉末、100g碳酸钙粉末及300g聚乙烯(PE)于80℃下真空干燥后，充分搅拌混匀后，180℃下混炼，挤出，冷却、造粒，粒径为0.1～3mm。
实施例2
以重量份计，取0.1～1mm粒径的热塑性亲油聚合物制备产品50份，0.5～3mm粒径的牡蛎壳40份，长度为1～3mm海泡石纤维10份，放在混合设备中进行均匀混合，得到油基钻井液凝胶段塞堵漏剂。
热塑性亲油聚合物制备：将600gSEBS粉末、100g滑石粉与300g聚丙烯(PP)于80℃下真空干燥后，充分搅拌混匀后，200℃下混炼，挤出，冷却、造粒，粒径为0.1～3mm。
实施例3
以重量份计，取0.1～3mm粒径的热塑性亲油聚合物制备产品45份，0.5～3mm粒径的牡蛎壳40份，长度为1～3mm硅酸盐纤维10份，放在混合设备中进行均匀混合，得到油基钻井液凝胶段塞堵漏剂。
热塑性亲油聚合物制备：将600gSBS、100g超细碳酸钙粉末及300g聚丙烯(PP)于80℃下真空干燥后，充分搅拌混匀后，200℃下混炼，冷却、造粒，粒径为0.1～3mm。
性能检测
对本发明实施例制备的得凝胶段塞堵漏剂进行相关性能评价：
(1)耐温性能评价
配制密度为1.5g/cm3油基钻井液：柴油(油水比＝8:2)+20wt％CaCl2溶液+3wt％有机土+3wt％主乳化剂+3wt％辅助乳化剂+重晶石(上述材料均为工业品，购自中国石化南化院)，以不同加量，将本发明实施例制备的凝胶段塞堵漏剂加入到油基钻井液中，经120℃养护不同时间后，得到油基钻井液凝胶段塞。
利用DV-II型布式黏度计测试所制备的油基钻井液凝胶段塞黏度，结果如表1所示，表1为本发明实施例制备的凝胶段塞堵漏剂抗高温性能评价结果。
表1抗高温性能评价
由表1可知，加入本发明实施例制备的凝胶段塞堵漏剂后，钻井液黏度大大升高，形成段塞，且经120℃养护168h后黏度变化不显著，说明本发明实施例制备的堵漏剂抗高温性能良好。
(2)封堵性能评价
采用可视砂床滤失仪测试法评价封堵性能，为在API滤失量测试法基础上新建立起来的一种评价钻井液漏失实验方法，采用有机玻璃筒作为可透视的钻井液实验容器，其优点在于：即使规定时间内测定的滤失量为零，也可以观察到整个实验的过程，并能监控流体侵入砂岩的进展情况，可视砂床结构图如图2所示，在可视砂床筒中加入300g粒径0.83～1.7mm河砂用以模拟漏层，再倒入300mL在120℃下养护24h后的上述加入堵漏剂的钻井液产品，以氮气为压力源，在进气口加压至0.69MPa(如图3所示)，观察凝胶段塞封堵在粒径0.83～1.7mm砂所模拟的漏层情况；检测结果如表2所示。
表2封堵性能评价
配方 可视砂床评价结果
油基钻井液 完全漏失
油基钻井液+25％实施例1产品 未漏失/材料侵入砂床深度7.5cm
油基钻井液+30％实施例2产品 未漏失/材料侵入砂床深度10.1cm
油基钻井液+35％实施例2产品 未漏失/材料侵入砂床深度7.3cm
油基钻井液+40％实施例2产品 未漏失/材料侵入砂床深度4.5cm
油基钻井液+35％实施例3产品 未漏失/材料侵入砂床深度7.2cm
由表2可知，实例中制备的堵漏剂能够有效封堵砂床中的孔隙，封堵效果良好并能显著提高地层承压能力，形成的封堵层如图4所示。
(3)封隔性能评价
采用可视砂床滤失仪测试法评价封隔性能，将300g粒径0.83～1.7mm河沙倒入有机玻璃筒底部，模拟地层孔隙通道，然后将经120℃/24h老化后的油基钻井液+实施例制备的堵漏剂注入有机玻璃筒内，形成段塞，在段塞上部加入100mL油基钻井液，最后用氮气源接入出气口(如图3所示)模拟地层流体，从出气口加压，气体通过砂层进入与段塞的交界面，可以观察段塞隔离油基钻井液与气体的效果，结果如表3所示。
表3封隔性能评价
配方 可视砂床评价结果
油基钻井液+25％实施例1产品 加压至0.69MPa，气体未突破段塞
油基钻井液+30％实施例2产品 加压至0.69MPa，气体未突破段塞
油基钻井液+35％实施例2产品 加压至0.69MPa，气体未突破段塞
油基钻井液+40％实施例2产品 加压至0.69MPa，气体未突破段塞
油基钻井液+35％实施例3产品 加压至0.69MPa，气体未突破段塞
可以看出，反向加压至0.69MPa，气体均未突破由各实施例制备的堵漏剂形成的段塞而进入油基钻井液，本发明提供的堵漏剂在油基钻井液中所形成致密的隔离段塞具有良好的隔离油基钻井液与地层流体的作用。
本发明提供的油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂中所含的亲油聚合物泵入漏层后，在地层温度和油基钻井液的作用下可形成黏滞力强的段塞，复配的刚性颗粒、柔性纤维一方面可封堵地层孔缝，另一方面与亲油聚合物协同作用提高凝胶段塞的承压能力；所形成的段塞堵漏剂既可有效封堵油基钻井液漏层又可隔离油基钻井液与地层流体，从而实现溢漏同存地层的有效封堵。本发明堵漏剂形成的凝胶段塞在120℃下有效期达7d以上，且产品原料丰富、制备工艺简单，便于大规模生产及应用。
虽然已参考本发明的特定实施例描述并说明本发明，但是这些描述和说明并不限制本发明。所属领域的技术人员可清晰地理解，在不脱离如由所附权利要求书定义的本发明的真实精神和范围的情况下，可进行各种改变，以使特定情形、材料、物质组成、物质、方法或过程适宜于本申请的目标、精神和范围。所有此类修改都意图在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本发明的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本申请的限制。

Claims (10)

1.一种油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂，以重量份计，包括：
30～60重量份的热塑性亲油聚合物；
30～60重量份的刚性颗粒；
10～30重量份的柔性纤维。
2.根据权利要求1所述的油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂，其特征在于，所述热塑性亲油聚合物由包括非晶态亲油材料、晶态亲油材料和增强剂的物料制备得到。
3.根据权利要求1所述的油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂，其特征在于，所述热塑性亲油聚合物的粒径为0.1～3mm。
4.根据权利要求2所述的油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂，其特征在于，所述的非晶态亲油材料选自聚乙烯-乙酸乙烯酯、聚乙烯-丙烯酸丁酯、聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、饱和型SBS、三元乙丙橡胶、丁苯橡胶中的一种或几种。
5.根据权利要求2所述的油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂，其特征在于，所述晶态亲油材料选自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等中的一种或几种。
6.根据权利要求2所述的油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂，其特征在于，所述增强剂选自重质碳酸钙、滑石粉中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂，其特征在于，所述刚性颗粒选自碳酸钙、二氧化硅、石英砂、贝壳类材料中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂，其特征在于，所述刚性颗粒的粒径为0.1～5mm。
9.根据权利要求4所述的油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂，其特征在于，所述柔性纤维选自硅酸盐纤维、海泡石纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维中的一种或几种。
10.一种油基钻井液的堵漏方法，包括：
将油基钻井液和油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂混合；
所述油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂的质量为油基钻井液质量的20～40％；
所述油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂为权利要求1所述的油基钻井液用凝胶段塞堵漏剂。
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