CN102061151B

CN102061151B - 一种石油钻井用堵漏承压剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN102061151B
Application number: CN 200910222302
Authority: CN
Inventors: 蔡利山; 刘金华; 金军斌; 苏长明; 石秉忠; 王治法; 刘贵传
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Exploration and Production Research Institute
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Exploration and Production Research Institute
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2009-11-13
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2029-11-13
Also published as: CN102061151A

Abstract

本发明提供了一种石油钻井用堵漏承压剂及其制备方法和应用。所述堵漏承压剂包含以下组分：膨润土900～1300Kg，氧化镁100～220Kg，粉煤灰90～160Kg，硬度调节剂0～80Kg，抗压剂90～210Kg，亲水型表面活性剂0.15～5.8Kg，憎水型表面活性剂8.3～13.9Kg，水溶性有机高分子材料3～8Kg。采用本发明所述的堵漏剂承压剂形成的封堵物具有很好的裂缝封堵能力，并且形成的封堵带对破碎岩石具有一定的稳定作用，适合于处理各种形式的地层漏失。

Description

一种石油钻井用堵漏承压剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及石油钻井领域，进一步地说，是涉及一种石油钻井用堵漏承压剂及其制备方法和应用。

背景技术

在石油与天然气的勘探开发过程中，井漏是一种普遍发生的现象，特别是在石灰岩地层、山前构造带、因地应力集中所导致的破碎、裂缝地层，钻进时发生漏失在所难免，并且程度往往十分严重。根据统计数据，全球井漏发生率大约可以占到钻井总数的20～25％，并且井漏特别是复杂井漏的处理又是石油钻井作业中的难点技术问题。堵漏实践表明，裂缝、洞穴地层和大孔隙高渗透地层发生钻井液失返性漏失后处理难度很大。例如以山地地质形态为主的川东地区其恶性井漏约占钻井总数的10～20％，但恶性漏失所导致的经济损失要占到因井漏造成损失的50％以上，且堵漏很难成功，因此在类似川东这种地层破碎率高、井漏频繁、漏失强度大的地区，井漏已经成为制约勘探开发进度的瓶颈技术问题。

就国内目前用于处理漏失的材料情况看，不外为具有以下所列各种性质的材料：①桥堵材料。这类材料以惰性物质为主(水不溶，与强酸强碱等不发生化学反应)，常用的如核桃壳、橡胶粒、硅藻土、沥青、锯末、石棉纤维、亚麻纤维、云母片、谷壳以及人工合成树脂类堵漏片等，这类材料又分颗粒状、鳞片状和纤维状，可以根据需要单独或复合使用。②高失水堵漏剂。以这种材料配制成的堵漏液具有很高的渗滤量，在压差的作用下，体系中的液相(水)在短时间内即可大量滤失，固相部分同时在岩石表面堆积、填充，继而压实，最终堵塞漏失通道。代表性材料有渗滤性材料、纤维状材料、硅藻土、多孔惰性材料、助滤剂和聚凝剂等。③软、硬塞堵漏材料。软塞堵漏材料的特点是所形成的封堵塞不固化，只靠不流动类膏状粘稠物质封堵漏层，软塞在进入裂缝以后由于其巨大的流动阻力，可有效限制诱导裂缝的发展，并且当裂缝尺寸变化时，软塞的形状和压缩率也随之发生改变，从而对漏失通道始终保持良好的填充状态，适合于各种尺寸裂缝的封堵，代表性材料有柴油膨润土浆、剪切稠化液、重晶石塞等。硬塞主要是指以各种水泥为主的可固化材料，形成的堵塞具有一定的抗压强度。④无机胶凝堵剂。这类材料以水泥为主，包括特种水泥堵剂、钻井液-水泥复合体系、高缓凝胶质水泥、触变性水泥等。这种方法主要用于处理裂缝宽度为8～300mm的自然裂缝、破碎石灰岩及砾石层的漏失。⑤化学堵漏材料。利用有机高分子的粘结、涂敷和包裹作用，在交联剂存在条件下控制化学反应过程，使封堵液在进入漏层一定深度以后形成堵塞，适用于部分漏失和失返性漏失的高渗透性砂岩层、裂缝发育的砂岩及灰岩地层。常用的化学堵漏材料大致可分为凝胶、树脂和膨胀聚合物三大类。⑥复合堵漏材料。这类材料主要用于处理复杂地层漏失如含水层漏失、气层漏失、长段裸眼井段漏层不明的漏失以及大裂缝、大溶洞漏失，其主要特点是将上述各种材料(化学堵漏材料除外)根据实际情况进行合理配伍形成一种新的复合堵漏体系，如高失水堵剂～桥接剂复合堵漏法、单向项压力封闭剂～桥接剂混配复合堵漏法、单向压力封闭剂～高失水堵剂混配复合堵漏法、高失水堵剂～桥接材料～水泥复合堵漏法、柴油膨润土浆～屏蔽暂堵剂复合堵漏法等。此外以保护油气储层为主的暂堵材料、地层屏蔽材料也可以列入堵漏材料中，但主要用于临时性封堵渗透性地层，以降低渗透率，保护储层，循环状态下的消耗量不高于2m³/h时使用效果较好，一般不单独作为堵漏剂使用。

相比之下，在堵漏剂的研制、开发与使用方面，国外各大石油公司比较具有优势，但就基本材料的组成及复合工艺上，差别不是很大，某种程度上国内可能要做得更好一些。国外石油公司的优势在于充分利用了材料的精加工、再处理技术，使得经过某种物理、化学过程处理后的材料更加适合于钻井堵漏作业。

《堵漏型聚合物凝胶材料研究与评价》(《钻井液与完井液》2006年2期·罗兴树)介绍了一种以聚丙烯酰胺作为成胶剂，三价铬和酚醛作为交联剂配制凝胶型堵漏材料的技术方法该方法属于有机成胶固结堵漏技术范畴。其主要技术特点是采用无机化学胶联剂使聚丙烯酰胺高分子溶液发生胶联形成冻胶体，从而有效增大流动阻力，实现封堵或建立初步的止流屏障，从本质上讲，该技术与采油专业中的调剖堵水是同一种技术。而本专利产品则是可以通过调节封堵物的塑性变形能力(塑性变形强度)来实现对不同尺寸裂缝的封堵，以物理型封堵为主，化学粘结为辅，形成的封堵物封堵效果可靠，封堵后承压能力强，并且适用的地层温度范围较宽。二者的作用机理有本质不同。

《聚合物凝胶堵漏技术研究进展》(《钻井液与完井液》2007年第1期·聂勋勇)介绍了一种具有软-硬塞功能的凝胶型堵漏剂PCP(Polymer based crosslinked Pills)。PCP可以酸溶或随时间降解，这种材料主要以高分子聚合物为主，使用时加入少量交联剂和添加合适尺寸的纤维及不同粒径的颗粒堵漏材料，主要技术特点是操作时将聚合物和交联剂分别用淡水配制，交联剂以小排量喷射泵于立管处与聚合物液混合，经过钻头水眼剪切或在地层温度作用下进行交联，交联后生成一种类似橡胶的可变形固体物，对漏失层段起到封堵作用。但不能根据漏失程度调节配方，并且不易操作。

《JPD吸水膨胀型聚合物堵漏剂的研究》(《石油钻探技术》2004年第1期·王正良)介绍了一种用于快速封堵严重漏失层的堵漏液SSPF，该技术由斯伦贝谢公司研发。SSPF堵漏液在高剪切速率下，其中的交联剂与聚合物很快产生交联作用，形成类似塑性固体的胶凝堵塞物。这种堵漏剂适用于封堵大裂缝、大溶洞或灰岩地层的漏失。该堵漏液的主要技术特点是由油相中的交联剂和水相中的高浓度多糖聚合物组成反相乳化液，进而形成交联凝胶封堵漏层。

但此技术①对剪切速率比较敏感，配制时因局部瞬时剪切速率较高而容易导致提前稠化，施工安全性较差；②缺乏抗压材料和硬度调节材料，也没有可提供封喉效应的颗粒状架桥材料，对于较大裂缝引起的漏失缺乏承压能力，适用范围有限；③缺乏温度参数，对于地温梯度较高地层的漏失，其安全使用性能未知。

从目前堵漏技术的应用情况看，化学浆液堵漏技术的使用率呈增长趋势，但就总的应用效果看，包括特种水泥在内的几种化学浆液堵漏工艺均不能对裸眼井段实现有效封堵，特别是封堵以后的承压能力无法达到期望的水平，复钻以后发生重复性漏失的机率较高，因此必须寻找更加有效的技术方法。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种新的堵漏剂，稳定性好，堵漏层具有较好的反向承压能力，堵漏效果好，应用广泛。

本发明的目的之一是提供一种石油钻井用堵漏承压剂。

本发明所述的石油钻井用堵漏承压剂，以矿物油为载体，每立方米矿物油中包含以下组分：

膨润土 900～1300Kg

氧化镁 100～220Kg

粉煤灰 90～160Kg

硬度调节剂 0～80Kg

抗压剂 90～210Kg

亲水型表面活性剂 0.15～5.8Kg

憎水型表面活性剂 8.3～13.9Kg

水溶性有机高分子材料 3～8Kg

以上所述矿物油采用现有技术中的柴油、煤油、重质柴油，优选柴油。

以上所述的膨润土、氧化镁及粉煤灰作为水化膨胀剂，其作用主要是提高堵漏剂的可变形特性，增强封堵效果。

以上所述硬度调节剂为硅酸盐类水泥，其作用主要是调节堵漏剂硬度，以整体提高堵漏剂承压能力。

以上所述抗压剂为石灰石粉(CaCO₃)、硅粉、矿渣中的一种或几种。其作用是为了提高堵漏剂单位面积抗压能力，增大封堵层的抗破裂能力。

以上所述的组分为本发明堵漏剂中的粉体材料。针对不同的地层温度T(℃)及井漏裂缝宽度b(mm)，堵漏剂中各粉体材料的一些优选配方如表1所示，堵漏剂配制时粉体材料优选总含量见表2。表中各组分用量均以载体矿物油为1立方米所含的重量计(kg/m³)。

表1

注：表中所指的“硬度调节剂”为各种硅酸盐类水泥。

表2

注：表2中粉体材料总含量不包括惰性材料和纤维材料。

表面活性剂是一类在很低浓度时能显著降低液体的表面张力的化学物质，其分子都是由非极性且亲油的碳氢链部分和极性的亲水基团两部分组成(亦即通常所讲的“双亲结构”)，这两部分形成不对称结构，具有既亲油又亲水的两亲性质，因此确切的讲表面活性剂是一种两亲结构的物质。本发明在配制时以矿物油作为主连续相，水作为辅助连续相与其它水活性材料结合后共同起到高剪增稠作用，因此必须添加合适的表面活性剂使二者结合成为具有特殊流变性质的稳定乳状液，为此首先寻找低HLB值的表面活性剂作为主乳化剂(低HLB值的表面活性含有亲油基团数量较多，易与油类物质结合)，在查阅相关资料后，认为以失水山梨醇油酸脂型表面活性剂比较合适。失水山梨醇油酸脂型表面活性剂HLB值大约在1.8～4.7，具有良好的亲油能力，容易形成稳定的W/O型乳状液，这主要得益于失水山梨醇油酸脂型表面活性剂对于油滴的增溶作用，当体系中添加失水山梨醇油酸脂型表面活性剂后，可以显著增大油滴在水相中的分散程度，并降低整个油-水界面的化学势，所以采用该种表面活性剂得到的W-O型乳状液是一种热力学稳定体系。为了进一步增大油在水相中的分散数量，还可以采用将两种或两种以上的表面活性剂混合后形成增溶能力更强的复合型表面活性剂，如将SP-65(非离子憎水型表面活性剂失水山梨醇三油酸酯65型)和SP-40(非离子憎水型表面活性剂失水山梨醇三油酸酯40型)复合或将SP-85(非离子憎水型表面活性剂失水山梨醇三油酸酯85型)与G-263(阴离子型表面活性剂N-十六烷基-N-乙基吗啉基乙基硫酸钠)复合后可以形成乳化能力更加稳定的复合型表面活性剂，用于配制含有烃类物质的乳状液效果更好。

本发明将表面特性截然相反的两类表面活性剂：憎水性表面活性剂(HLB＜5、亲水性表面活性剂(HLB≥18)进行配伍，获得具有适宜亲油亲水特性的分散液，保证了堵漏液的配制和泵送。

由此本发明的堵漏剂中所述亲水型表面活性剂的HLB≥18，为阴离子型和/或非离子型表面活性剂中的一种或几种，优选油酸钾、油酸钠、月桂基硫酸钠、N-十六烷基-N-乙基吗啉基乙基硫酸钠中的一种或几种；

本发明的堵漏剂中所述憎水型表面活性剂的HLB＜5，以非离子型为主，优选油酸、失水山梨醇三油酸酯、乙二醇脂肪酸酯中的一种或几种。

本发明中表面活性剂体系的一些优选配伍如表3所示。表中表面活性剂用量以矿物油为1立方米计。

表3

注^*：OA-油酸；SO-油酸钠；SP-85-失水山梨醇三油酸酯；EO-50-乙二醇脂肪酸酯；G-917-丙二醇单月桂酸酯；PO-油酸钾；K-12-月桂基硫酸钠。

以上所述水溶性有机高分子材料的分子量≥1000万，优选分子量为1000～1300万的水溶性有机高分子材料，如聚丙烯酰胺类产品，优选非离子型聚丙烯酰胺(PAM)。一般所述水溶性有机高分子材料是可以通过加入适量水形成高分子材料水溶液(即高分子胶联液)后加入到本发明的堵漏剂中的。水溶性有机高分子材料在形成堵漏剂的过程中，与各种粉体材料分散体系作用后对固相颗粒起胶联、缠绕和橡胶化作用，强化封堵效果。

本发明所述的石油钻井用堵漏承压剂还可包含现有技术中常用的架桥材料等。架桥材料可包含惰性材料和纤维材料，颗粒状惰性材料起架桥封喉作用，纤维材料起强化封堵层作用，提高封堵层的机械韧性，增大其承压能力，二者可以单独使用，也可以配合使用，配合使用时效果更好。惰性材料可选粒径范围为0.1～5mm的颗粒状惰性材料如核桃壳、橡胶粒、蚌壳等。其用量可根据漏失情况调整，通常以矿物油为1立方米计，为2～59Kg。纤维材料可选如聚丙烯纤维(MP-II)、聚酯纤维(PET)、聚乙烯纤维中的一种。其用量可根据漏失情况调整，通常以矿物油为1m³计，为4～9Kg。添加粒状架桥材料主要是为了改善堵漏剂的封喉效果，以便在用于封堵较大裂缝的漏失时，可以尽快形成封堵层，减少堵漏剂消耗量。

通常上述所述架桥材料是通过加入到高分子胶联液中后再加入到本发明所述堵漏剂中的。表4为本发明堵漏剂中一些优选的水溶性有机高分子材料的高分子胶联液配方，其中PAM浓度，及架桥材料的量均以矿物油为1m³计。b表示被封堵裂缝宽度。

表4

注：粒径为粒径范围。惰性材料和纤维材料均为非必加物，具体应根据实际情况的需要确定，表中所示为推荐加量范围。架桥材料优选核桃壳。

本发明所述的堵漏承压剂还可以包含阳离子表面活性剂。

在进行表面活性剂的复配使用时，通常不把阳离子型表面活性剂与阴离子型表面活性剂直接复配在一起，原因主要是两者在水溶液中相互作用后会产生沉淀或絮状络合物，从而降低甚至使表面活性剂失去表面活性。但经研究发现，在一定条件***-阳离子表面活性剂的复配体系具有很高的表面活性，并显示出极大的增效作用。由于阴-阳离子表面活性剂复配后，相互之间必然要产生强烈的电性中和作用，从而使得复合体系的表面活性发生很大变化，实践表明，在合理的复合条件下，二者复合后会使表面活性大大提高。有学者认为阳离子型与阴离子型两种不同类型的表面活性剂混合之后会形成“新的络合物”，并表现出优异的表面活性和各方面的增效效应，例如能够显著降低表面张力、增强表面吸附效应、提高润湿能力和改善乳化效果等。基于这种研究结果，本发明采用了季铵盐型阳离子表面活性剂加入到堵漏剂中。这种类型的表面活性剂应用比较广泛，且效果稳定，水溶性好，对于PH值的变化不敏感，优选十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵等。以上所述本发明堵漏剂的组分中所述阴离子表面活性剂和所述阳离子表面活性剂的摩尔比为(18～43)∶1，优选为(26～35)∶1。

本发明的目的之二是提供所述石油钻井用堵漏承压剂的制备方法。

当本发明的堵漏剂中不含阳离子型表面活性剂时，本发明所述的制备方法，包含以下步骤：

(1)按量取所述憎水型表面活性剂加入矿物油中溶解，形成以矿物油为主的连续相；

(2)按量取所述亲水型表面活性剂加入少量水溶解，然后加入到步骤(1)得到的以矿物油为主的连续相中搅拌形成均匀稳定的分散体系；

(3)将所述组分中粉体材料按所述用量加入到步骤(2)所述的分散体系中；

(4)边搅拌边缓慢加入水溶性有机高分子材料水溶液。

具体操作时：

1.表面活性剂的加入与分散

当确定了表面活性剂配伍方案以后，可以按照设计加量加入各种表面活性剂。由于本专利配方中所使用的表面活性剂HLB值相差很大，憎水型表面活性剂在水中分散程度很低，而憎油型表面活性剂在油中基本不分散，因此为了尽可能减少分散时间，增强表面活性剂的分散程度，根据表面活性剂性质不同采取如下分散方式：

①HLB＜5的憎水型表面活性剂：直接将表面活性剂加入到矿物油中溶解，溶解结束以后进行下一步操作；

②HLB≥18的亲水型表面活性剂：这类表面活性剂含有大量亲水基团，在水中溶解度很高，因此可以采取预先转换为水溶液的方式增大分散程度，方法是以少量水溶解欲加入数量的憎水型表面活性剂，使用水的量越少越好(操作前可以根据小型溶解实验数据确定用水量)，只要能够将固体粉末型的表面活性剂转换为流体即可(原本即为流体状的表面活性剂不需要这一步骤)；

③将步骤②中得到的憎水型表面活性剂流体加入到步骤①中得到的以矿物油为主的连续相中搅拌，直到形成均匀而稳定的分散体系后，方可继续转入下步工作。

2.水溶性有机高分子材料溶液的配制

按所述配方用量将水溶性有机高分子材料溶于水，如需要加入适量架桥材料制得有机高分子胶联液。

3.堵漏液的配制

①按照配方设计加入各种粉体材料于上述矿物油和表面活性剂形成的分散体系中；

②各种材料全部加入完毕后继续搅拌分散1h左右，使体系进一步稳定，之后可以缓慢加入上述有机高分子材料水溶液，在进行该步骤的操作时要避免剧烈搅拌，以免因局部的剪切稠化现象影响分散效果。建议在加入有机高分子胶联液时使用额定排量20～30m³/h的小型离心泵，以提高分散程度。

④完成上述各步骤后继续保持搅拌状态约30min，制得本发明所述的堵漏承压剂。

当本发明的堵漏剂中含有阳离子型表面活性剂时，通常不把阳离子型表面活性剂与阴离子型表面活性剂直接复配。本发明采用固相混合包裹法引入阳离子表面活性剂，具体方法是以粉体材料中的惰性材料作为包裹剂，按照配方所述的摩尔比加入阳离子表面活性剂，经过烘干、再粉碎(主要起混合均匀作用)的过程，使阳离子表面活性剂均匀的分散吸附于粉体材料颗粒上，用其配制堵漏液时可以达到阳离子表面活性剂的缓释效果。该制备方法包括以下步骤：

(1)按量取所述阳离子表面活性剂，以适量水配制为溶液，将此溶液与所述抗压剂充分混合后，干燥；所配制阳离子表面活性剂溶液总量以被处理抗压剂能够比较完全的被润湿为准；

(2)按量取所述憎水型表面活性剂加入矿物油中溶解，形成以矿物油为主的连续相；

(3)按量取所述亲水型表面活性剂加入少量水溶解，然后加入到步骤(2)中得到的以矿物油为主的连续相中搅拌形成均匀而稳定的分散体系；

(4)将所述组分中除所述抗压剂之外的粉体材料按所述用量加入到步骤(3)所述的分散体系中，最后加入步骤(1)所得的经阳离子表面活性剂处理后的抗压剂；

(5)边搅拌边缓慢加入水溶性有机高分子材料水溶液。

具体操作中需要说明的是：

1.分别将抗压剂中的惰性材料与所选用的阳离子表面活性剂混合，注意所使用的惰性材料要求细度要达到300目以细，混合时建议在粉碎机上进行，这样可以保证阳离子表面活性剂与粉体材料充分混合并被包裹。

2.阳离子表面活性剂的混合量要视阴离子表面活性剂的用量而定，一般阴离子表面活性剂与阳离子表面活性剂二者的摩尔比为(18～43)∶1，优选(26～35)∶1。

3.将混合均匀以后的粉体材料于110～120℃范围干燥2h，回复原细度后储存于干燥环境中备用(由于阳离子表面活性剂混合量很少，一般不会造成粉体材料结块现象，干燥后直接包装即可)。

4.注意采用粉体材料包裹阳离子表面活性剂时，可以按照设计用量预先将惰性材料进行混合，之后与阳离子表面活性剂进行混合分散。

被阳离子表面活性剂包裹的惰性材料在堵漏液配制的步骤①中最后加入，以免因瞬间增稠而影响粉体材料分散效果。

按照上述操作程序配制的本发明所述的石油钻井用堵漏承压剂的主要技术参数和适用范围如下：

①封堵能力：可以封堵裂缝尺寸1～10mm的漏失地层；

②承压能力：完成封堵后可以提高地层承压能力Δρ(以当量密度差计)0.3～0.8kg/l；

③表观粘度：常温下堵漏流体表观粘度AV≤145mPa·s(300rpm条件下)；

④稳定时间：常温下堵漏流体稳定时间大于6h；

⑤适用温度：待封堵地层的温度不高于120℃；

⑥地层流体：适合于含任何类型流体的漏失地层。

本发明的目的之三是提供所述石油钻井用堵漏承压剂的应用。

本发明所述钻井用堵漏承压剂在石油钻井中的应用如下：

在钻井工程中，井漏是一种比较复杂的技术状态，堵漏剂(封堵材料)的技术性能固然对漏失处理能否成功具有决定性的影响，但施工工艺亦非常重要，因为无论多么先进的堵漏剂，都必须要凭借一定的手段准确而顺利的投送至预定深度，否则一切都无从谈起。鉴于本专利产品在技术上与常规堵漏材料具有很多不同之处，因此对现场施工工艺的要求也比较严格，而且由于漏失程度的不同，对堵漏剂的封堵能力也有不同的要求，为了确保堵漏作业的成功率，此处就使用本专利产品时的现场操作工艺进行如下规范。

(1)用于封堵漏速低于60m³/h的漏失(表1、表2中b＜3mm的情况)：

①按照配伍方案完成堵漏流体的配制，架桥材料按照表3所列出的情况进行配伍；

②确定主要漏失井段，下钻至漏失井段底部，注意牙轮钻头应去掉水眼，防止发生堵塞；

③泵注堵漏流体，注入完毕后上提钻具至安全井段关井挤注；

④完成设计的挤注量后继续保持关井状态2～3h，避免堵漏流体在地层孔隙压力作用下反吐；

⑤开井试漏，如果能够恢复正常循环则转入承压操作，否则继续堵漏操作程序。

注意事项：①根据漏失井段长度确定堵漏流体的注入量，一般规定堵漏流体对裸眼井段的封闭长度应不小于漏失长度的2倍，为了确保堵漏成功，建议采用本专利产品封闭全部裸眼井段；②挤注量以将全部的堵漏流体挤入地层为基准；③泵注堵漏流体时的泵排量建议不低于25l/s，以便堵漏剂可以在漏失井段产生一定的剪切稠化效应，提高封堵效率。

(2)用于封堵漏速高于90m³/h的漏失(表1、表2中3mm≤b＜10mm的情况)：

①按照设计配伍方案完成憎水型堵漏流体基液的配制(亦即以柴油作为连续相完成各种粉体材料的分散作业)；

②参考表3完成高分子胶联液的配制；

③下钻至漏失井段底部准备泵注堵漏流体(钻头去掉水眼)；

④首先向钻杆水眼中注入约50l柴油作为隔离液，之后开始分别注入憎水型堵漏流体基液和高分子胶联液；

⑤同时开动分别连接到盛放高分子胶联液和憎水型堵漏流体基液罐的泵，二者的泵注速度要求高分子胶联液∶憎水型堵漏流体基液＝2∶1，泵注高分子胶联液的泵量以13～15l/s为宜，建议最高不要高于18l/s；

⑥根据计算当堵漏流体到达钻头附近时，增大高分子胶联液的泵注速度至25l/s，当两种堵漏材料全部泵注完毕时进一步增大泵量至30l/s，直至将钻杆水眼中的所有堵漏流体全部替出；

⑦注入完毕后上提钻具至安全井段关井挤注；

⑧完成设计的挤注量后继续保持关井状态2h，避免堵漏流体反吐；

⑨开井试漏，如果能够恢复正常循环则转入承压操作，否则继续堵漏操作程序。

注意事项：①为了确保堵漏成功，建议采用本专利产品封闭全部裸眼井段，并在上层套管中预留20～25m³的堵漏流体以备挤注；②挤注量以将全部的堵漏流体挤入地层为基准；③根据漏失程度可以将纤维类堵漏材料用量加大至20kg/m³。

(3)失返性漏失

操作方法①：完成作业流体的配制后参照“用于封堵漏速高于90m³/h的漏失”作业方案。

操作方法②：在地面直接完成两种作业流体的混合，然后向井内泵注，如果因漏失导致的上部井眼掏空段足以盛下设计的堵漏流体，则泵注完毕后关井直接挤注，否则提前关井将剩余的堵漏流体泵注完毕，之后进行挤注。

③参照“用于封堵漏速高于90m³/h的漏失”作业方案中的⑦、⑧、⑨。

注意事项：挤注时的泵量应不低于25l/s，以便于进入地层裂缝的堵漏剂能够产生有效的剪切稠化效应，增强封堵效果。与前述提示相同，挤注时应将井筒中的堵漏流体全部挤入地层。

从室内模拟实验结果看，本发明具有以下技术优势：

1.堵漏物质与地层接触后仍保持一定的流动特性，但流动阻力很大(确切的讲本堵漏剂具有很大的塑性变形能力)，在压力作用下以“先封堵大裂缝，后封堵小裂缝，最后弥合井壁”的方式实现漏失层的封堵。

2.可以根据漏失程度的大小调节封堵配方，使堵漏剂具有一定的架桥能力，最终使得堵漏剂既能够深入地层一定深度，又不至于因过度流动而导致堵漏作业失败。

3.本堵漏剂与岩石具有很强的粘结能力，无论形成封堵带的厚度如何，在均不会发生自动脱落现象，并且这种粘结能力在较高温度(低于120℃)下可以保持较长时间。

4.堵漏剂具有憎水特性，在各种矿化度水条件下仍具有很好的稳定性，适合于封堵含水层的漏失。

5.堵漏剂的塑性变形能力可调，可根据裂缝张开程度的大小调节具有适宜变形能力的堵漏剂，能够有效增强封堵层的抗压能力。

6.封堵层具有较好的反向承压能力，亦即当地层孔隙压力(P_孔隙)大于井筒液柱压力(P_液柱)时，封堵层仍能够保持完整。室内实验结果表明，P_孔隙-P_液柱≤3MPa时，封堵层是安全的。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

实施例中的原料信息如表4：

表4

材料名称	商品代号	生产厂家或经销商
			柴油		各地加油站有售
膨润土		河北宣化膨润土有限公司
			氧化镁	MgO	辽宁省大石桥市金华宇耐火材料有限公司
粉煤灰		各地火电厂副产品
			水泥		各地水泥厂销售
石灰石粉		各地建材市场有售
			矿渣粉		山西闻喜县彤阳炉料有限公司
硅灰		山东淄博明蓝硅粉材料有限公司
			聚丙烯酰胺	PAM	江苏聚成精细化工有限公司
核桃壳		河南巩义市宇星水处理材料厂
			雷特纤维	聚丙烯纤维	北京德林伟业工程技术有限公司
油酸	OA	上海金山经纬化工有限公司
			乙二醇脂肪酸酯	EO-50	郑州金峰达化工产品有限公司
N-十六烷基-N-乙基吗啉基乙基硫酸钠	G-263	南京旋光科技有限公司
			丙二醇单月桂酸酯	G-917	大连广汇科技有限公司
失水山梨醇三油酸酯	SP-85	大连广汇科技有限公司
			月桂醇硫酸钠	K-12	上海九邦化工有限公司
油酸钠	SO	北京金龙化学试剂有限公司
			十二烷基三甲基氯化铵	CTAC1231	大连广汇科技有限公司

实施例1

物料配伍方案：粉体材料(水化膨胀剂+抗压剂)+矿物油+表面活性剂复合剂+高分子溶液，具体配伍情况如下：

(1)量取100ml柴油，加入OA 0.95g、SP-85 0.15g溶解；

(2)取少量水加入K-12 0.28g溶解，然后加入到步骤(1)得到的溶液中；

(3)在步骤(2)得到的溶液中依次加入110g膨润土、12g MgO、10g粉煤灰、7g石灰石粉、3g矿渣，搅拌1小时。

(4)量取100ml水，加入聚丙烯酰胺0.5g，完全溶解后加入粒径范围0.1～5mm的核桃壳3g，形成稳定的分散体。将高分子分散体采用额定排量20～30m³/h的小型离心泵均匀而缓慢的加入到步骤(3)得到的溶液中，继续搅拌30分钟，直到形成稳定的混合流体。

室温下该混合流体的表观粘度(AV)＜110mPa·s。

上述实施例于110℃下水浴24h后呈软橡胶状，变形性很好。

实施例2

物料配伍方案：粉体材料(水化膨胀剂+硬度调节剂+抗压剂)+矿物油+表面活性剂复合剂+高分子胶联液(也即高分子水溶液)，具体配伍情况如下：

(1)量取100ml柴油，加入OA 1g、EO-50 0.13g溶解；

(2)少量水加入G-263 0.35g溶解，然后加入到步骤(1)得到的溶液中；

(3)在步骤(2)得到的溶液中依次加入117g膨润土、15g MgO、13g粉煤灰、5g水泥、8g石灰石粉、4g矿渣、2g硅灰，搅拌1小时；

(4)量取100ml水，加入聚丙烯酰胺0.6g，完全溶解后加入粒径范围0.1～5mm核桃壳3.5g，形成稳定的分散体。将高分子分散体采用额定排量20～30m³/h的小型离心泵均匀而缓慢的加入到步骤(3)得到的溶液中，继续搅拌30分钟，直到形成稳定的混合流体。

室温下该混合流体的表观粘度(AV)＜135mPa·s。

上述实施例于110℃下水浴24h后呈硬橡胶状，可变形。

实施例3

物料配伍方案：粉体材料(水化膨胀剂+抗压剂)+矿物油+表面活性剂复合剂+高分子胶联液，具体配伍情况如下：

(1)量取100ml柴油，加入OA 0.15g、SP-85 0.8g、EO-50 0.3g溶解；

(2)少量水加入G-263 0.15g溶解，然后加入到步骤(1)得到的溶液中；

(3)在步骤(2)得到的溶液中依次加入100g膨润土、13g MgO、12g粉煤灰、3g水泥、7g石灰石、4.5g矿渣、1g硅灰，搅拌1小时；

(4)量取100ml水，加入聚丙烯酰胺0.65g，完全溶解后加入粒径范围0.1～5mm核桃壳3.5g、雷特纤维材料0.5g，形成稳定的分散体。将高分子分散体采用额定排量20～30m³/h的小型离心泵均匀而缓慢的加入到步骤(3)得到的溶液中，继续搅拌30分钟，直到形成稳定的混合流体。

室温下该混合流体的表观粘度(AV)大约为130～140mPa·s。

上述实施例于120℃下水浴24h后呈软橡胶状，弹性高于实施例1。

实施例4

物料配伍方案：粉体材料(水化膨胀剂+硬度调节剂+抗压剂)+矿物油+表面活性剂复合剂+高分子胶联液，具体配伍情况如下：

(1)量取100ml柴油，加入OA 0.7g、SP-85 0.4g、G-917 0.06g溶解；

(2)少量水加入G-263 0.45g、K-12 0.03g溶解，然后加入到步骤(1)得到的溶液中；

(3)在步骤(2)得到的溶液中依次加入110g膨润土、12g MgO、9g粉煤灰、3g水泥、9g石灰石、6g矿渣、3g硅灰，搅拌1小时；

(4)量取100ml水，加入聚丙烯酰胺0.75g，完全溶解后加入粒径范围0.1～5mm核桃壳4g形成稳定的分散体。将高分子分散体采用额定排量20～30m³/h的小型离心泵均匀而缓慢的加入到步骤(3)得到的溶液中，继续搅拌30分钟，直到形成稳定的混合流体。

室温下该混合流体的表观粘度(AV)140～150mPa·s。

上述实施例于120℃下水浴24h后呈橡胶状，稍具硬度。

实施例5

(1)量取100ml柴油，加入OA 0.8g、EO-50 0.18g溶解；

(2)少量水加入SO 0.5g溶解，然后加入到步骤(1)得到的溶液中；

(3)在步骤(2)得到的溶液中依次加入90g膨润土、20g MgO、15g粉煤灰、5g水泥、11g石灰石、6g矿渣、4g硅灰，搅拌1小时；

(4)量取100ml水，加入聚丙烯酰胺0.6g，完全溶解后加入粒径范围0.1～5mm核桃壳4.5g，形成稳定的分散体。将高分子分散体采用额定排量20～30m³/h的小型离心泵均匀而缓慢的加入到步骤(3)得到的溶液中，继续搅拌30分钟，直到形成稳定的混合流体。

室温下该混合流体的表观粘度(AV)130～145mPa·s。

上述实施例于115℃下水浴24h后呈软橡胶状，变形能力高于实施例1。

实施例6

(1)量取100ml柴油，加入SP-85 0.8g、G-917 0.15g溶解；

(2)少量水加入SO 0.25g、K-12 0.3g溶解，然后加入到步骤(1)得到的溶液中；

(3)在步骤(2)得到的溶液中依次加入130g膨润土、10g MgO、9g粉煤灰、2g水泥、11g石灰石、8g矿渣、1g硅灰搅拌1小时；

(4)量取100ml水，加入聚丙烯酰胺0.65g，完全溶解后加入粒径范围0.1～5mm核桃壳5g，形成稳定的分散体。将高分子分散体采用额定排量20～30m³/h的小型离心泵均匀而缓慢的加入到步骤(3)得到的溶液中，继续搅拌30分钟，直到形成稳定的混合流体。

室温下该混合流体的表观粘度(AV)135～145mPa·s。

上述实施例于120℃下水浴24h后具有较好的塑性变形性，具有一定硬度。

实施例7

物料配伍方案：粉体材料(水化膨胀剂+硬度调节剂+改性抗压剂)+矿物油+表面活性剂复合剂+高分子胶联液，具体配伍情况如下：

(1)分别称取9g石灰石、6g矿渣(石灰石、矿渣的细度达300目以细)和0.012g十二烷基三甲基氯化铵在粉碎机上充分混合；混合均匀后于110℃干燥2小时，制得经阳离子表面活性剂处理的抗压剂；

(2)量取100ml柴油，加入OA 0.7g、EO-50 0.5g溶解；

(3)少量水加入G-263 0.3g、K-12 0.15g溶解，然后加入到步骤(2)得到的溶液中，阴离子型表面活性剂G-263和K-12与阳离子型表面活性剂十二烷基三甲基氯化铵的摩尔比为25∶1；

(4)在步骤(3)得到的溶液中依次加入120g膨润土、11g MgO、9.5g粉煤灰、5g水泥和步骤(1)制得的经阳离子表面活性剂处理的抗压剂，搅拌1小时；

(5)量取100ml水，加入聚丙烯酰胺0.6g，完全溶解后加入粒径范围0.1～5mm核桃壳3g，形成稳定的分散体。将高分子分散体采用额定排量20～30m³/h的小型离心泵均匀而缓慢的加入到步骤(4)得到的溶液中，继续搅拌30分钟，直到形成稳定的混合流体。

室温下该混合流体的表观粘度(AV)120～140mPa·s。

上述实施例于120℃下水浴24h后硬塑性固体，挤压变形能力相对较低。

表5 表观粘度AV(mPa·s)

注：以上各实施例的表观粘度AV值均指在不添加架桥材料情况下，于室温下测定出的的堵漏流体小样的数据。

由流变性能实验数据可以看出，采用本发明所述的堵漏承压剂在环境温度下具有比较好的安全性，较低转速下随着搅拌时间的延长，堵漏液稠度基本不发生变化，因此在现场条件下，本发明所述的堵漏承压剂具有足够的安全性。

复合有阳离子表面活性剂的配方(实施例7)其较高剪率下的流变性能明显好于实施例1～6，并能提高封堵物的最终强度，证明合理使用阳离子表面活性剂能够有效改善堵漏液的可操作性，提高封堵效率。

室内实验效果：选择当量直径15～35mm的碎石，置于可视釜中(可视釜内径48mm，总长800mm)形成砂床，控制砂床高度400～450mm，以模拟漏失地层。将实施例7制得的堵漏承压剂倒入到砂床顶部，封闭并连接压力源，缓慢加压，可以观察到堵漏剂在压力作用下沿砂床缝隙不断下行，由于架桥材料的封喉作用，使得堵漏剂在下行至距离砂床底部约150～200mm处停止，继续升高压力时，堵漏剂不再下移，表明裂缝已被彻底封堵，并且封堵层具有较好的密封能力。

对比例

(1)物料配伍方案：柴油+膨润土+硅酸盐水泥，具体配伍数量如下：

按照45kg膨润土+86kg硅酸盐水泥+0.1m³柴油+0.96kg十二烷基苯磺酸钠(商业代号ABS)的物料组合，将四种材料配制为可流动浆液；

(2)施工方案：确定漏失层是否完全钻穿及其位置、类型以及漏失严重度；

(3)起钻将钻头换为混合短节(如果现场确认能够做到安全施工，可以直接使用原钻头混合)，并下钻至混合短节(或钻头)距漏失层15～30m处；

(4)向钻柱内注入1～1.5m³柴油作为前置液；

(5)将地面配制好的柴油-膨润土-水泥浆液泵入钻柱，按照计算量当柴油前置液被替出混合短节0.5m³时，降低泵量至原泵量的40～50％继续泵注；

(6)关井口并同时采用另一台泵(或水泥车)自环空泵注钻井液(可以是任何水基类钻井液)，泵注量与柴油-膨润土-水泥浆液相同，亦即按照(钻井液∶柴油-膨润土-水泥浆液＝1∶1)的比例在漏失层位混合，当柴油-膨润土-水泥浆液达到注入总量的40％时，逐渐增大柴油-膨润土-水泥浆液的泵入量，最终使(钻井液∶柴油-膨润土-水泥浆液)达到1∶2；

(7)观察立管压力和套管压力，当二者压力值达到漏失层处可以承受的当量密度值时，放慢挤注速度，直到将钻柱中所有的柴油-膨润土-水泥浆液替出；

(8)静止憋压2～5h(现场可以根据情况自行掌握)，观察立管压力和套管压力基本不降低，堵漏成功，起钻至安全井段候凝。

注意：①上述各例中的膨润土必须使用符合行业标准的产品；②配制的柴油-膨润土-水泥浆液数量要恰当，过多会导致“灌香肠”事故，过少又无法达到堵漏效果，经验做法是柴油-膨润土-水泥浆液数量为漏失井段容积的3～5倍。

与本专利产品比较，对比例所具有的缺陷：①必须较精确的掌握漏失层的各种参数，现场做到这一点比较困难；②必须采用井下混合法，并且对混合比例的要求比较精确，现场操作难度高；③柴油-膨润土-水泥浆液与水基钻井液混合以后即刻失去流动性，地面无法采用一次注入法施工。

Claims

1.一种石油钻井用堵漏承压剂，以矿物油为载体，每立方米矿物油中包含以下组分：

膨润土 900～1300Kg

氧化镁 100～220Kg

粉煤灰 90～160Kg

硬度调节剂 0～80Kg

抗压剂 90～210Kg

亲水型表面活性剂 0.15～5.8Kg

憎水型表面活性剂 8.3～13.9Kg

水溶性有机高分子材料 3～8Kg

所述硬度调节剂为硅酸盐类水泥；

所述抗压剂为石灰石粉、硅粉、矿渣中的一种或几种；

所述亲水型表面活性剂的HLB≥18，为阴离子型和/或非离子型表面活性剂中的一种或几种；

所述憎水型表面活性剂的HLB＜5，为非离子型表面活性剂中的一种或几种；

所述水溶性有机高分子材料的分子量≥1000万。

2.如权利要求1所述的石油钻井用堵漏承压剂，其特征在于：

所述憎水型表面活性剂为油酸、失水山梨醇油酸酯类、乙二醇脂肪酸酯、丙二醇单月桂酸酯中的一种或几种；

所述亲水型表面活性剂为油酸钠、油酸钾、月桂基硫酸钠、N-十六烷基-N-乙基吗啉基乙基硫酸钠中的一种或几种。

3.如权利要求2所述的石油钻井用堵漏承压剂，其特征在于：

所述失水山梨醇油酸酯类为失水山梨醇三油酸酯。

4.如权利要求1所述的石油钻井用堵漏承压剂，其特征在于：

以矿物油为载体，每立方米矿物油中包含惰性材料2～59Kg；所述惰性材料为粒径范围0.1～5mm的颗粒状惰性材料。

5.如权利要求4所述的石油钻井用堵漏承压剂，其特征在于：

所述惰性材料为核桃壳。

6.如权利要求1所述的石油钻井用堵漏承压剂，其特征在于：

以矿物油为载体，每立方米矿物油中包含纤维材料4～9Kg；所述纤维材料为聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚乙烯纤维中的一种。

7.如权利要求1所述的石油钻井用堵漏承压剂，其特征在于：

所述水溶性有机高分子材料的分子量为1000～1300万。

8.如权利要求7所述的石油钻井用堵漏承压剂，其特征在于：

所述水溶性有机高分子材料为聚丙烯酰胺。

9.如权利要求1～8之任一项所述的石油钻井用堵漏承压剂，其特征在于：

包含阳离子型表面活性剂，所述阳离子表面活性剂为季铵盐型阳离子表面活性剂；所述组分中的阴离子表面活性剂和所述阳离子表面活性剂的摩尔比为(18～43)∶1。

10.如权利要求9所述的石油钻井用堵漏承压剂，其特征在于：

所述阳离子型表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种。

11.一种制备如权利要求1～8之任一项所述的石油钻井用堵漏承压剂的方法，包含以下步骤：

(4)边搅拌边缓慢加入水溶性有机高分子材料水溶液。

12.一种制备如权利要求9～10中任一项所述的石油钻井用堵漏承压剂的方法，包含以下步骤：

(1)按量取所述阳离子表面活性剂，以适量水溶解为溶液，将此溶液与所述抗压剂充分混合后，干燥；

(5)边搅拌边缓慢加入水溶性有机高分子材料水溶液。

13.如权利要求12所述的制备石油钻井用堵漏承压剂的方法，其特征在于：

在与阳离子型表面活性剂混合前将所述抗压剂粉碎至的细度达到300目以细。

14.如权利要求1～10之一所述的堵漏承压剂在石油钻井中的应用。