CN110172176A - 钻井液用聚氨酯网状泡沫堵漏增强剂及制备方法及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种钻井液用聚氨酯网状泡沫堵漏增强剂及制备方法及其用途,其制备方法包括以下步骤:第一步:将起始剂为甘油的聚氧化丙烯多元醇、起始剂为三羟甲基丙烷的聚氧化丙烯多元醇、二异氰酸酯、水和有机硅混合均匀,再加入催化剂,控制温度混合搅拌后,倒入发泡箱中自由发泡,得到开孔不完全的网状泡沫材料;第二步:将网化处理液加热至30‑35℃后,将第一步所得开孔不完全的网状泡沫材料浸入到网化处理液中,反复揉搓后经水洗、酸洗、水洗、干燥即可。本发明堵漏增强剂特殊形状和材质适应于各种天然或人工压裂条件下漏失地层,片状形状和粗糙表面更易锲入,且不易返吐,保证了堵漏剂在裂缝中的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于石油钻井技术领域,具体是一种钻井液用聚氨酯网状泡沫堵漏增强剂及其制备方法,尤其适用于高承压、抗高温、封堵层不易滞留等裂缝性漏失地层。
背景技术
裂缝性漏失是钻井过程中常遇的井下复杂情况之一,它造成的损失不仅耗费钻井时间,损耗了大量人力财力增加钻井成本,还可能造成,卡钻,井喷,井塌,储层漏失不利于产能,干扰录井工作一系列次生损害,严重甚至直接导致井眼报废。当前常用的堵漏材料有桥接堵漏材料、高失水堵漏材料、暂堵材料、化学堵漏材料、有机无机胶凝堵漏材料及软硬塞堵漏材料等,目前处理井漏最广泛的是桥接堵漏技术,通过往堵漏浆中添加具有一定粒度分布的堵漏颗粒,可以在压力作用下,使裂缝中形成具备一定承压能力的封堵层,从而阻隔钻井液的漏失。但桥塞堵漏存在堵漏材料在裂缝中难以站住脚,堵漏材料颗粒在裂缝壁面滑脱,不易形成稳定的承压封堵层从而导致堵漏失败的问题。
发明内容
针对现桥塞堵漏剂存有的不易在裂缝内滞留的缺陷,本发明的目的提供一种能在裂缝面内长时间滞留,不会被井底压力波动影响而反排,滑落,并且易快速形成封堵层的桥塞堵漏增强剂,该堵漏增强剂可明显提升漏成功率和抗压强度,减少裂缝性井漏复杂情况发生,能提高钻井勘探效率,堵漏效果好,并且具有抗老化能力强,抗温性优异。
为达到上述技术目的,本发明提供以下具体技术方案:
钻井液用聚氨酯网状泡沫堵漏增强剂的制备方法,包括以下步骤:
第一步:将起始剂为甘油的聚氧化丙烯多元醇、起始剂为三羟甲基丙烷的聚氧化丙烯多元醇、二异氰酸酯、水和有机硅混合均匀,再加入催化剂,控制反应温度为25℃,混合搅拌后,倒入发泡箱中自由发泡,得到开孔不完全的网状泡沫材料;
第二步:将网化处理液加热至30-35℃后,将第一步所得开孔不完全的网状泡沫材料浸入到网化处理液中,反复揉搓后用清水冲洗,再浸入2%的醋酸溶液中,最后用清水洗净,经干燥后即可制得开孔良好的网状泡沫。
进一步的,所述起始剂为甘油的聚氧化丙烯多元醇的2000分子量,羟值为65.9;所述起始剂为三羟甲基丙烷的聚氧化丙烯多元醇的700分子量,羟值为310。
进一步的,所述催化剂为三己烯二胺和辛酸亚锡。
进一步的,第一步中所得开孔不完全的网状泡沫材料的孔径大小由有机硅用量决定,当有机硅用量为1.1%时,所得开孔不完全的网状泡沫材料的孔径为2mm,当有机硅加量增加到2倍或3倍时,所得开孔不完全的网状泡沫材料的孔径为1mm或0.5mm。
进一步的,各原料的用量质量百分数为,起始剂为甘油的聚氧化丙烯多元醇为54.7%,起始剂为三羟甲基丙烷的聚氧化丙烯多元醇为9.7%,二异氰酸酯为31.4%,水为2.93%,有机硅为1.1%三己烯二胺为0.1%,辛酸亚锡为0.07%。
进一步的,所述网化处理液按以下方法制得:将质量百分数为10%苯甲醇、45%乙二醇和45%水配制成溶液,再加入所得溶液的质量的10%的NaOH,使其完全溶解即可制成网化处理液。
钻井液用聚氨酯网状泡沫堵漏增强剂,由上述方法制得。
钻井液用聚氨酯网状泡沫堵漏增强剂的用途,称取20%~35%的桥塞材料,再称取已制备好的钻井液用聚氨酯网状泡沫堵漏增强剂1.0%~2.5%,制成钻井液用堵漏剂。
本发明增强堵漏机理为:
网状泡沫材料极具弹性,在外界压力作用下容易压缩为扁平状,形状相当于片状堵漏材料,因此也具有片状堵漏材料的特性。被架桥颗粒压缩紧贴于裂缝壁面后,填塞于漏失通道,使漏失通道变得狭窄,同时表面粗糙,摩擦系数较大,有利于封堵层的稳定。阻滞于漏失通道的网状泡沫材料具有通透性,既可以透过钻井液又可以透过体积小于其网格尺寸的固相颗粒。而体积等于或略小于被压缩后的网格大小的固相颗粒容易滞留于网状泡沫内部。其他体积小于压缩后的网格尺寸的固相颗粒,进入网状泡沫内部后便进一步填充大颗粒间隙,形成内部架桥。网状泡沫材料相当于被包络颗粒材料的骨架结构,有效的提高了被包络颗粒材料整体的抗剪切能力。网状泡沫堵漏材料还与其他颗粒材料共同架桥,形成封堵层,堵塞漏失通道。
与现有技术相比较,本发明具有以下优势和特点:
本发明制备出高摩擦性聚氨酯网状泡沫堵漏增强剂,将本申请的堵漏增强剂按照一定比例加入桥塞堵漏体系中,形成新的网状泡沫堵漏体系,既增强其韧性,又增加其摩阻能力,使堵漏体系能在裂缝漏层站稳脚跟,为处理井下漏失复杂情况提供一种技术选择。本申请堵漏增强剂的特殊形状和材质适应于各种天然或人工压裂条件下漏失地层,片状形状和粗糙表面更易锲入,且不易返吐,保证了堵漏剂在裂缝中的稳定性;再配合其他堵漏材料,形成多级填充,使封堵层更加密实,滤失量更小,比起常规堵漏材料,堵漏效率更高更快,提高堵漏成功率明显增高。本发明能提高承压力,快且易形成封堵层,适应于各种裂缝型井漏,材料来源广泛,工艺简单,易于推广。
附图说明
图1为0.5mm孔径网状泡沫;
图2为1mm孔径网状泡沫;
图3是本堵漏增强剂常温条件与高温条件下堵漏效果对比。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例,都属于本发明的保护范围。
制备网化处理液:
将质量百分数为10%苯甲醇、45%乙二醇和45%水配制成溶液,再加入所得溶液的质量的10%的NaOH,使其完全溶解即可制成网化处理液。
实施例1
钻井液用聚氨酯网状泡沫堵漏增强剂的制备方法,包括以下步骤:
第一步:将54.7%起始剂为甘油的聚氧化丙烯多元醇(2000分子量,羟值65.9)、9.7%起始剂为三羟甲基丙烷的聚氧化丙烯多元醇(700分子量,羟值310)、31.4%的二异氰酸酯、作为发泡剂的2.93%水以及作为表面活性剂的1.1%有机硅加入集热式搅拌器混合搅拌均匀,静置片刻,再加入作为催化剂的0.1%三己烯二胺和0.07%辛酸亚锡,控制好反应温度为25℃,混合过程中的搅拌时间为10s,搅拌速度为3100rpm;之后倒入发泡箱中自由发泡,得到2mm孔径的开孔不完全的网状泡沫材料;
第二步:将网化处理液加热至30~35℃后,将切好到一定尺寸的开孔不完全的网状泡沫材料浸入到处理液中,反复揉搓约30s,取出后用清水冲洗5s,再浸入2%的醋酸溶液中约3s,最后用清水洗净,经络内的泡沫膜便可全部清除,经干燥后即可制得开孔良好的网状泡沫。
钻井液用聚氨酯网状泡沫堵漏增强剂的用途:称取20%~35%的桥塞材料,再称取已制备好的钻井液用聚氨酯网状泡沫堵漏增强剂1.0%~2.5%,制成钻井液用堵漏剂。
实施例2
在制备开孔不完全的网状泡沫材料时,将作为表面活性剂的有机硅加量增加到原来的2倍和3倍时便可以制得1mm孔径和0.5mm孔径的开孔不完全的网状泡沫材料,其他操作方法与实施例1相同。得到如图1和图2所示的网状泡沫。
本实验主要对比网状泡沫堵漏增强剂加上常规堵漏剂与常规堵漏剂的堵漏效果做对比。
选取宽度分别为2mm、3mm、4mm、5mm的裂缝块,配置堵漏基浆3.5L,其配方为6%膨润土+6%Na2CO3(土量)+1%HV-CMC,实验测试装置为高温高压动静态堵漏实验仪,该装置可以模拟不同缝宽的长裂缝,实验完毕后可以打开裂缝板,观察堵漏材料在裂缝中的形态和堵漏位置,其结果见表1。
表1:常规堵漏剂与网状泡沫+常规堵漏剂堵漏效果对比
对于2mm缝宽,结果显示表明,两种堵漏剂都能成功封堵裂缝,但堵漏增强剂承压强度高于常规堵漏剂,且漏失量明显较小。
对于3mm缝宽,结果显示表明,两种堵漏剂都能成功封堵裂缝,但堵漏增强剂承压强度高于常规堵漏剂,堵漏位置网状泡沫材料更有优势。
对于4mm缝宽,结果显示表明,常规堵漏剂封堵失败未能形成封堵层,但网状泡沫堵漏增强剂加常规堵漏材料形成稳定的封堵层,且稳压时间能达到10min以上。
对于5mm缝宽,结果显示表明,常规堵漏剂封堵失败,堵漏剂不能站住脚,几乎全部漏失,堵漏增强剂加常规堵漏剂在裂缝腰部形成稳定的封堵层,且能形成一定承压能力的封堵层,稳压时间能达到10min以上。
为了检验网状泡沫堵漏增强剂在高温高压条件下是否会***或碳化而失效,做了以下实验验证,主要操作步骤如下:准备2mm,3mm,5mm裂缝模板,高温高压动静态堵漏实验仪,堵漏仪装置最大工作温度160℃,该仪器主要由,加压***,加温***,储液筒容器,裂缝模块组成,在0~10MPa和90℃高温条件下,测定了不同缝宽对应的漏失量,承压值与常温条件对比,其结果如表2与图3,高温条件下,封堵层位置没有变化,网状泡沫堵漏增强剂+常规堵漏剂封堵喉部是最有利与裂缝阻裂的封堵形式,不管是常温还是高温条件下,本发明网状泡沫堵漏增强剂都能实现在裂缝喉部处有效滞留,整体看来,在增强堵漏效果方面有着极好的优势证明。
随着缝宽增大,漏失量随之增加,与常温比变化不大,性能始终优于常规堵漏剂,漏失量控制在300ml以下,高温条件下对网状泡沫堵漏增强剂+常规堵漏剂的承压能影响不明显,有效封堵5mm裂缝,承压强度7MPa以上。滤失量稍有增加可能是因为其他填充材料还不能在高温环境下发挥理想作用,网状泡沫堵漏增强剂对整体以及对形成稳定的封堵层有着至关重要。
表2:网状泡沫堵漏增强剂+常规堵漏剂高温与常温条件下堵漏效果对比
以上揭露的仅为本发明的较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明权利要求所作地等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (8)
1.钻井液用聚氨酯网状泡沫堵漏增强剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
第一步:将起始剂为甘油的聚氧化丙烯多元醇、起始剂为三羟甲基丙烷的聚氧化丙烯多元醇、二异氰酸酯、水和有机硅混合均匀,再加入催化剂,控制反应温度为25℃,混合搅拌后,倒入发泡箱中自由发泡,得到开孔不完全的网状泡沫材料;
第二步:将网化处理液加热至30-35℃后,将第一步所得开孔不完全的网状泡沫材料浸入到网化处理液中,反复揉搓后用清水冲洗,再浸入2%的醋酸溶液中,最后用清水洗净,经干燥后即可制得开孔良好的网状泡沫。
2.根据权利要求1所述的钻井液用聚氨酯网状泡沫堵漏增强剂的制备方法,其特征在于,所述起始剂为甘油的聚氧化丙烯多元醇的2000分子量,羟值为65.9;所述起始剂为三羟甲基丙烷的聚氧化丙烯多元醇的700分子量,羟值为310。
3.根据权利要求1所述的钻井液用聚氨酯网状泡沫堵漏增强剂的制备方法,其特征在于,所述催化剂为三己烯二胺和辛酸亚锡。
4.根据权利要求1所述的钻井液用聚氨酯网状泡沫堵漏增强剂的制备方法,其特征在于,第一步中所得开孔不完全的网状泡沫材料的孔径大小由有机硅用量决定,当有机硅用量为1.1%时,所得开孔不完全的网状泡沫材料的孔径为2mm,当有机硅加量增加到2倍或3倍时,所得开孔不完全的网状泡沫材料的孔径为1mm或0.5mm。
5.根据权利要求1所述的钻井液用聚氨酯网状泡沫堵漏增强剂的制备方法,其特征在于,各原料的用量质量百分数为,起始剂为甘油的聚氧化丙烯多元醇为54.7%,起始剂为三羟甲基丙烷的聚氧化丙烯多元醇为9.7%,二异氰酸酯为31.4%,水为2.93%,有机硅为1.1%三己烯二胺为0.1%,辛酸亚锡为0.07%。
6.根据权利要求1所述的钻井液用聚氨酯网状泡沫堵漏增强剂的制备方法,其特征在于,所述网化处理液按以下方法制得:将质量百分数为10%苯甲醇、45%乙二醇和45%水配制成溶液,再加入所得溶液的质量的10%的 NaOH,使其完全溶解即可制成网化处理液。
7.钻井液用聚氨酯网状泡沫堵漏增强剂,其特征在于,由权利要求1-6任一项所述方法制得。
8.根据权利要求7所述钻井液用聚氨酯网状泡沫堵漏增强剂的用途,其特征在于,称取20%~35%的桥塞材料,再称取已制备好的钻井液用聚氨酯网状泡沫堵漏增强剂1.0%~2.5%,制成钻井液用堵漏剂。
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