CN110776887B - 一种自膨胀堵漏剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自膨胀堵漏剂,包括以重量份计的10～15份自膨胀堵漏聚合物颗粒、10～15份锯末、5～10份玉米秸秆碎屑、5～10份石棉纤维、15～20份碳酸钙粉末、10～20份焦炭粒和5～10份蚌壳碎屑；自膨胀堵漏聚合物颗粒为由第一单体、第二单体、第三单体和第四单体共聚而成的数均分子量为800万～1400万的共聚物；第一单体为丙烯酰胺，第二单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯中至少一种，第三单体为丙烯酸钾、丙烯酸钠、丙烯酸中至少一种，第四单体为含有双键的单体；该自膨胀堵漏剂由具有不同粒径范围的多种堵漏支撑材料和自膨胀聚合物颗粒混合形成，满足填充不同类型的裂缝尺寸为1～5mm的裂缝和孔隙，且现场配浆简单、易操作且施工安全。

Description

一种自膨胀堵漏剂
技术领域
本发明涉及钻井堵漏工艺技术领域，特别涉及一种自膨胀堵漏剂。
背景技术
随着油气勘探开发的深入，当所钻遇的复杂结构井、深井、地层破碎带、断层、裂隙发育地层、高渗透砂岩地层或是砾岩地层及老油区施工中，受地层地质因素、地应力因素、长期注采因素等因素的影响，地层原始压力***遭到破坏，地层压力衰竭时，井漏问题非常突出。
由上述因素导致的钻井施工的主要区域，均存在或发生，不同形式、不同程度的漏失，包括砂岩馆陶组底部地层漏失，东营组和沙河街组地层亏空漏失，玄武岩馆陶组漏失，砂岩刘家沟组、双石组裂缝性地层漏失及砾岩地层油气藏漏失等钻遇的区域。因而当所钻遇胶结疏松地层、高渗透性地层、砾岩地层等层段时，由于地层胶结疏松、渗透率高、孔喉宽度较大、泥浆液柱压力大于地层压力等因素，造成该类地层易发生漏失。
目前，所钻遇的冀中油区、苏里格油区等地层，由于地层与堵漏材料粒径、刚性强度等因素的匹配认识还不到位；加之入井的堵漏材料种类繁多，材料刚性及韧性、材料尺寸等在地层架桥、协同封堵发挥作用未知，导致堵漏措施失败，重复堵漏，配浆施工成本升高，堵漏工艺和方案还不完善，堵漏效果差。
发明内容
本发明的目的是提供一种有效解决目前，钻至高渗透砂岩或是砾岩油气藏地层，孔隙型、裂缝型等油气藏地层时，钻井过程中发生的钻井液渗透性漏失不易被封堵问题，而发明的一种适用于自膨胀堵漏剂。
为此，本发明技术方案如下：
一种自膨胀堵漏剂，包括以重量份计的10～15份自膨胀堵漏聚合物颗粒、10～15份锯末、5～10份玉米秸秆碎屑、5～10份石棉纤维、15～20份碳酸钙粉末、10～20份焦炭粒和5～10份蚌壳碎屑；其中，
所述自膨胀堵漏聚合物颗粒为由第一单体、第二单体、第三单体和第四单体共聚而成的数均分子量为800万～1400万的共聚物；所述第一单体为丙烯酰胺，所述第二单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯中至少一种，第三单体为丙烯酸钾、丙烯酸钠、丙烯酸中至少一种，第四单体为含有双键的I型单体和/或II型单体；
其中，
I型单体的化学结构式为：
Figure BDA0002250230900000021
其中，R1为CH3、C2H5、C3H7、
Figure BDA0002250230900000022
II型单体的化学结构式为：
Figure BDA0002250230900000023
其中，R2为CH3、C2H5、C3H7、
Figure BDA0002250230900000024
Figure BDA0002250230900000025
R3为CH3、C2H5、C3H7、
Figure BDA0002250230900000026
该自膨胀聚合物成品为白色半透明状固体，当其用于配制堵漏浆时，被切割为粒径为20～40目的固体颗粒。
所述锯末由5～10重量份的粒径为20～40目的锯末、10～20重量份的粒径为60～80目的锯末、10～20重量份的粒径为100～120目的锯末混合而成；
所述玉米秸秆碎屑的粒径为5～10目；
所述石棉纤维的单根纤维直径为20～50nm；
所述碳酸钙粉末的粒径为100～400目；
所述焦炭粒的粒径为20～40目；
所述蚌壳碎屑的粒径为10～20目。
优选，第一单体、第二单体、第三单体和第四单体的重量比为30～35:15～20:5～10:10～15。
优选，所述锯末采用经过10～20wt.％氢氧化钠或氢氧化钾溶液浸泡48h并晾晒72h后得到的干燥的碱化松树锯末。
优选，所述石棉纤维的单根纤维长度为10～15mm。
优选，所述玉米秸秆碎屑采用晾晒3～6个月的玉米秸秆经粉碎后得到的碎屑。
该自膨胀堵漏剂制备方法简单，通过在常温常压下将按比例称量的各组分搅拌混合均匀即得该产品。
与现有技术相比，该自膨胀堵漏剂由具有不同粒径范围的多种堵漏支撑材料和自膨胀聚合物颗粒混合形成，各组分粒径分布范围较为广泛，可以填充不同类型的裂缝尺寸为1～5mm的裂缝和孔隙，且现场配制堵漏浆简单、易操作、施工安全。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
实施例1
将10重量份的自膨胀堵漏聚合物颗粒、10重量份的焦炭粒、5重量份的玉米秸秆碎屑、10重量份的石棉纤维、20重量份的碳酸钙粉末、5重量份的蚌壳碎屑和10重量份的锯末；其中，
自膨胀聚合物颗粒的粒径为20～40目，其由30重量份的丙烯酰胺、15重量份的丙烯酸甲酯、10重量份的丙烯酸钾和10重量份的第四单体共聚得到的共聚物(数均分子量为800万)；第四单体的结构式为：
Figure BDA0002250230900000041
R1为
Figure BDA0002250230900000042
锯末由10重量份的粒径为20～40目的锯末、20重量份的粒径为60～80目的锯末、10重量份的粒径为100～120目的锯末混合而成，具体采用经过10wt.％的氢氧化钠溶液浸泡48h并晾晒72h后得到的干燥的碱化松树锯末；玉米秸秆碎屑的粒径为5～10目；石棉纤维的单根纤维直径为20～50nm、长度为10～15mm；碳酸钙粉末的粒径为100～400目；焦炭粒的粒径为20～40目；蚌壳碎屑的粒径为10～20目。
实施例2
将15重量份的自膨胀堵漏聚合物颗粒、15重量份的焦炭粒、10重量份的玉米秸秆碎屑、5重量份的石棉纤维、20重量份的碳酸钙粉末、10重量份的蚌壳碎屑和10重量份的锯末；其中，
自膨胀聚合物颗粒的粒径为20～40目，其由35重量份的丙烯酰胺、20重量份的丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的混合物(二者摩尔比为1:3)、5重量份的丙烯酸钾和丙烯酸的混合物(二者摩尔比为1:5)以及15重量份的第四单体共聚得到的共聚物(数均分子量为1200万)；第四单体的结构式为：
Figure BDA0002250230900000043
其中，R2为
Figure BDA0002250230900000044
R3为
Figure BDA0002250230900000045
锯末由5重量份的粒径为20～40目的锯末、10重量份的粒径为60～80目的锯末、20重量份的粒径为100～120目的锯末混合而成，具体采用经过20wt.％的氢氧化钠溶液浸泡48h并晾晒72h后得到的干燥的碱化松树锯末；玉米秸秆碎屑的粒径为5～10目；石棉纤维的单根纤维直径为20～50nm、长度为10～15mm；碳酸钙粉末的粒径为100～400目；焦炭粒的粒径为20～40目；蚌壳碎屑的粒径为10～20目。
实施例3
将15重量份的自膨胀堵漏聚合物颗粒、15重量份的焦炭粒、10重量份的玉米秸秆碎屑、10重量份的石棉纤维、15重量份的碳酸钙粉末、10重量份的蚌壳碎屑和15重量份的锯末；其中，
自膨胀聚合物颗粒的粒径为20～40目，其由35重量份的丙烯酰胺、20重量份的丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的混合物(二者摩尔比为2:3)、5重量份的丙烯酸钾和丙烯酸的混合物(二者摩尔比为1:1)以及15重量份的第四单体共聚得到的共聚物(数均分子量为1400万)；第四单体的结构式为：
Figure BDA0002250230900000051
其中，R2为
Figure BDA0002250230900000052
R3为
Figure BDA0002250230900000053
锯末由10重量份的粒径为20～40目的锯末、10重量份的粒径为60～80目的锯末、20重量份的粒径为100～120目的锯末混合而成；具体地，锯末采用经过10wt.％的氢氧化钾溶液浸泡48h并晾晒72h后得到的干燥的碱化松树锯末；玉米秸秆碎屑的粒径为5～10目；石棉纤维的单根纤维直径为20～50nm、长度为10～15mm；碳酸钙粉末的粒径为100～400目；焦炭粒的粒径为20～40目；蚌壳碎屑的粒径为10～20目。
首先，对实施例1～3中分别采用的自膨胀堵漏聚合物的自膨胀性能进行测试。
具体测试方法为：称量固态的自膨胀堵漏聚合物10g，投掷于100g水中，浸泡1h后取出，擦干表面水分并称量其重量m1，然后重新投掷于水中，再浸泡1h后取出，擦干表面水分并称量其重量m2。
测试结果如下表1所示。
表1：
初始重量 m<sub>1</sub> 膨胀率1 m<sub>2</sub> 膨胀率2
实施例1 10g 16g 60％ 18g 80％
实施例2 10g 18g 80％ 26g 160％
实施例3 10g 17g 70％ 30g 200％
从表1中可以看出，实施例1～3制备的自膨胀堵漏聚合物均具有较好的吸水性，从实验结果上看三种产品投掷于水中，经过1h后的膨胀率≥60％，经过2h的膨胀率≥80％；其中，实施例2的自膨胀堵漏聚合物的吸水速度更快，而实施例3的自膨胀堵漏聚合物的吸水能力最佳；综上，上述自膨胀堵漏聚合物能够在裂缝口处，形成致密的封堵层，实现有效封堵。
此外，对实施例1～3制备的自膨胀堵漏剂进行实验室模拟堵漏实验，具体方法如下：在实验室的堵漏模拟装置中，依次置入缝隙宽度为1mm、2mm、3mm、4mm和5mm的楔板，模拟漏失段地层缝隙；然后将装置内温度升至90℃，而后将堵漏浆全部导入堵漏仪中；将装置内压力调至0.2MPa同时打开堵漏仪阀门挤出少量堵漏浆再将阀门关闭，模拟堵漏浆的泵送过程，以保证堵漏浆能够完全地被泵送至楔板的缝隙中；接着在90℃的条件下保温并静置4h，然后打开阀门开始逐步升压，观测堵漏浆的最大承压能力，即堵漏浆从楔板缝隙漏出时的压力值。其中，堵漏浆的配制方法为：在1L清水中加入50g膨润土混合均匀后再加入500g自膨胀堵漏剂，并混合搅拌均匀。承压堵漏实验的具体测试结果如下表2所示。
表2：
Figure BDA0002250230900000061
从上表2可知，实施例1的自膨胀堵漏剂能够对缝宽为1～4mm的裂缝能有效封堵，承压能力达7MPa及以上；实施例2的自膨胀堵漏剂，除了对缝宽为1～4mm的裂缝能有效封堵，同时也能够对缝宽为5mm的裂缝能有效封堵，承压能力达到7MPa及以上；实施例3的自膨胀堵漏剂与实施例2相同，能够对缝宽为1～5mm的裂缝能有效封堵，且封堵承压能力达到7MPa及以上，且相对于实施例2的堵漏剂，实施例3的堵漏剂在对缝宽为1～3mm的裂缝进行有效封堵后表现出更好的承压能力。实验过程中可见，上述三种自膨胀堵漏剂，在堵漏过程中漏失量小，裂缝口处能形成致密的封堵层。
实施例4
实际施工过程中，H9-1井在钻进至井深2357米后，开始出现漏失迹象。具体表现为在2357-2370m井段(井段温度为70～75℃)，泥浆液罐标尺显示，共漏失19.85m3，测算出以漏速4.87m3/h漏失。此时，钻井液泵送排量下降为25L/s，钻井液漏斗粘度为36s，塑性粘度17mPa·s，钻井液密度为1.12g/cm3。
基于上述问题，以30m3基浆(5wt.％的膨润土浆)为基准，按照每1m3基浆中加入500kg的实施例1的自膨胀堵漏剂，进行常规随钻堵漏作业。
降低钻井液泵送排量，以排量23L/s，继续钻进至2380m；此时，泥浆液罐标尺有所抬升；抬升后的数值显示，较漏失前升高3.5m3；提高排量至25L/s，继续钻进至2395m，泥浆液罐标尺未发生变化，继续钻进至2405m，泥浆液罐标尺未发生变化；保持排量25L/s，继续钻进至2420m，泥浆液罐标尺未发生变化；提高排量至28L/s，继续钻进至2435m，泥浆液罐标尺仍未发生变化；保持该排量直至下一地质层段，表明此次随钻堵漏作业成功。
实施例5
实际施工过程中，H9-2井在钻进至井深2265米后，开始出现漏失迹象。具体表现为在2265-2275m井段(井段温度为65～70℃)，泥浆液罐标尺显示，共漏失14.25m3，测算出以漏速4.57m3/h漏失。此时，钻井液泵送排量下降为26L/s，钻井液漏斗粘度为35s，塑性粘度19mPa·s，钻井液密度为1.10g/cm3。
基于上述问题，以30m3基浆(5wt.％的膨润土浆)为基准，按照每1m3基浆中加入500kg的实施例1的自膨胀堵漏剂，进行常规随钻堵漏作业。
降低钻井液泵送排量，以排量24L/s，继续钻进至2280m，此时，泥浆液罐标尺有所抬升；抬升后的数值显示，较漏失前升高2.8m3，提高排量至26L/s，继续钻进至2285m，泥浆液罐标尺未发生变化，继续钻进至2295m，泥浆液罐标尺未发生变化；保持排量26L/s，继续钻进至2305m，泥浆液罐标尺未发生变化；提高排量至27L/s，继续钻进至2317m，泥浆液罐标尺仍未发生变化；保持该排量直至下一地质层段，表明此次随钻堵漏作业成功。
实施例6
实际施工过程中，A2-1井在钻进至井深2762米后，开始出现漏失迹象。具体表现为在2762-2832m井段(井段温度为83～85℃)，泥浆液罐标尺显示，共漏失38.58m3，测算出以漏速15.42m3/h漏失；此时，钻井液泵送排量下降为23L/s，钻井液漏斗粘度为37s，塑性粘度15mPa·s，钻井液密度为1.15g/cm3。
基于上述问题，以50m3基浆(5wt.％的膨润土浆)为基准，按照每1m3基浆中加入500kg的实施例2的自膨胀堵漏剂，进行常规随钻堵漏作业。
降低钻井液泵送排量，以排量23L/s，继续钻进至2840m；此时，泥浆液罐标尺有所抬升；抬升后的数值显示，较漏失前升高2.6m3；提高排量至26L/s，继续钻进至2850m，泥浆液罐标尺未发生变化；继续提高排量至28L/s，钻进至2890m泥浆液罐标尺仍未发生变化；保持该排量直至完钻，说明此次随钻堵漏作业成功。
实施例7
实际施工过程中，Q7-5井在钻进至井深2855米后，开始出现漏失迹象。具体表现为在2855-2892m井段(井段温度为86～87℃)，泥浆液罐标尺显示，共漏失35.58m3，测算出以漏速16.52m3/h漏失；此时，钻井液泵送排量下降为21L/s，钻井液漏斗粘度为39s，塑性粘度19mPa·s，钻井液密度为1.23g/cm3。
基于上述问题，以50m3基浆(5wt.％的膨润土浆)为基准，按照每1m3基浆中加入500kg的实施例3的自膨胀堵漏剂，进行常规随钻堵漏作业。
降低钻井液泵送排量，以排量23L/s，继续钻进至2900m，此时，泥浆液罐标尺有所抬升，抬升后的数值显示，较漏失前升高2.2m3；提高排量至25L/s，继续钻进至2910m，泥浆液罐标尺未发生变化，继续提高排量至28L/s，钻进至2920m泥浆液罐标尺仍未发生变化，保持该排量直至完钻，说明此次随钻堵漏作业成功。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种自膨胀堵漏剂，其特征在于，包括以重量份计的10～15份自膨胀堵漏聚合物颗粒、10～15份锯末、5～10份玉米秸秆碎屑、5～10份石棉纤维、15～20份碳酸钙粉末、10～20份焦炭粒和5～10份蚌壳碎屑；其中，
所述膨胀堵漏聚合物颗粒的粒径为20～40目，其为由第一单体、第二单体、第三单体和第四单体共聚而成的数均分子量为800万～1400万的共聚物；所述第一单体为丙烯酰胺，所述第二单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯中至少一种，第三单体为丙烯酸钾、丙烯酸钠、丙烯酸中至少一种，第四单体为含有双键的I型单体或II型单体；其中，
I型单体的化学结构式为：
Figure FDA0003162386860000011
其中，R1为
Figure FDA0003162386860000012
II型单体的化学结构式为：
Figure FDA0003162386860000013
其中，R2为
Figure FDA0003162386860000014
R3为CH3、C2H5、C3H7、
Figure FDA0003162386860000015
Figure FDA0003162386860000016
所述锯末由5～10重量份的粒径为20～40目的锯末、10～20重量份的粒径为60～80目的锯末、10～20重量份的粒径为100～120目的锯末混合而成；
所述玉米秸秆碎屑的粒径为5～10目；
所述石棉纤维的单根纤维直径为20～50nm；
所述碳酸钙粉末的粒径为100～400目；
所述焦炭粒的粒径为20～40目；
所述蚌壳碎屑的粒径为10～20目。
2.根据权利要求1所述的自膨胀堵漏剂，其特征在于，所述锯末采用经过10～20wt.％氢氧化钠或氢氧化钾溶液浸泡48h并晾晒72h后得到的干燥的碱化松树锯末。
3.根据权利要求1所述的自膨胀堵漏剂，其特征在于，所述石棉纤维的单根纤维长度为10～15mm。
4.根据权利要求1所述的自膨胀堵漏剂，其特征在于，所述玉米秸秆碎屑采用晾晒3～6个月的玉米秸秆经粉碎后得到的碎屑。
5.根据权利要求1所述的自膨胀堵漏剂，其特征在于，所述第一单体、第二单体、第三单体和第四单体的重量比为30～35:15～20:5～10:10～15。
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