随钻防漏堵漏剂的研究与应用

随钻防漏堵漏剂的研究与应用

井泄漏是钻头过程中最常见的技术问题之一。随着油田勘探开发区域的不断扩大,钻遇地层的复杂性增加,特殊工艺井也逐年增加,对钻井液技术的要求越来越高。同时,油气层保护和环境保护的要求日益严格,使钻井液成本非常昂贵,由钻井液损耗而引起的成本增加日渐突显出来。因此,开发兼具防漏堵漏功能的钻井液处理剂是大势所趋。随钻堵漏材料一般可分为两类:一类为超低渗透处理剂,主要针对渗透性或井壁失稳易坍塌地层,是近年来新开发的堵漏材料;另一类为随钻堵漏剂,主要针对钻井液处理剂无法解决的泥浆漏失速度较小的微孔隙、微裂缝地层。1眼多压力层系底层超低渗透处理剂是人工合成的两性高分子材料,能够形成缔合胶团,在一定温度和压力下可变软变形,形成对高渗透地层的致密封堵,在钻遇压力衰竭地层、裂缝发育地层、高渗透层以及长裸眼多压力层系底层时具有显著的随钻防漏堵漏作用。谢彬强选用丙烯酰胺、十八烷基二甲基烯丙基氯化铵、丙烯酸钠等3种单体,合成出具有双亲结构的三元共聚物XG,通过红外光谱对其进行分子结构表征,分析了封堵剂分子的缔合能力和缔合方式。结果显示,XG具有较好的抗盐、抗温性及体系具有很好的剪切稀释性,且在有效加量内增稠性不明显,封堵效果好。孙东山等开发的超低渗透处理剂DLS-06可通过孔径为0.18mm的振动筛布,抗温能力达150℃,与钻井液体系配伍性好,加量为2%~3%,对孔隙型和微裂缝型地层具有较好封堵能力。2降低油气层保护的成本随钻堵漏剂在防止渗透性和裂缝性漏失方面具有独特的优点,它的投入少,方法简单,不需要停钻处理,大幅度降低了油气井漏和油气层保护的处理时间和费用,对提高漏失地层的钻井速度、降低钻井成本以及油气层保护具有重大意义。根据作用原理,现有的随钻堵漏剂组成可分为骨架材料和填充变形材料。2.1不同材料的拉伸性能骨架材料可在裂缝端口处架桥形成填塞层,实现对裂缝的稳定封堵,提高承压能力,常用的随钻堵漏剂骨架材料有刚性颗粒和植物纤维。刚性颗粒主要成分为碳酸钙,呈正方体,具有强度高、抗高温、不水化变形、在泥浆中不分散、材料易于辨认以及不影响录井等特点,且碳酸钙可酸化解堵,具有合适的粒径分布和相当强的抗压能力。李家学等研究发现,使用主要成分为碳酸钙的刚性颗粒GFD时,第一级刚性颗粒的粒径为裂缝端口开度的60%~100%;第二级为裂缝端口开度的23%~40%;第三级为裂缝端口开度10%~17%。植物纤维可通过多点吸附和缠绕作用增加封堵带吸附力和封堵强度。李辉等选用花生壳、棉籽壳、锯末、核桃壳、玉米芯等作为骨架材料,可在水溶液中相互交联形成絮凝团,从而不易被液流冲走,形成稳定的架桥;而在压力改变时,其外形会随之变化,形成较为稳定的封堵带。李银素等选用果壳粉(核桃壳、杏壳、酸枣壳和椰壳)作为骨架材料,根据储层漏失情况可进行20~100目粒径调整。李家芬等选用不含胶质和木质素的麦草、稻草和芦苇纤维等植物秸秆作为骨架材料,可在堵漏过程中搭成网状骨架。王柏文等研制的XA溶胀型随钻堵漏剂选用不同粒径的核桃壳作为架桥材料,核桃壳进入泥岩裂缝或砂岩喉道中起架桥作用,可在井内温度下遇水膨胀,增强堵漏效果。2.2油气井封材料填充材料具有变形性或膨胀性,用于填充骨架材料架桥后留下的孔隙,进一步压实填充,降低封堵环的渗透率。常用随钻堵漏剂填充变形材料一般包括天然果壳、油溶性树脂、吸水凝胶、沥青、石墨、橡胶粉或橡胶颗粒、矿渣粉、无机填料(膨润土、碳酸钙、高岭土)等。天然果壳具有亲水疏油性、柔韧性、吸水膨胀和变形性好等特点。王先兵等以杏仁壳为材料研制出一种超微颗粒新型随钻防漏堵漏剂ZTC-1,粒径为D50≤7.24μm,D97≤22.76μm。该课题组还将多种天然优质果壳经预处理和超微粉碎,制备了一种新型随钻防漏堵漏剂TFD,粒径在0.1~200μm范围内可调,可封堵低渗透地层以及纳米-微米级细微裂缝。油溶性树脂具有较大的油溶率,可有效保护油气层,其成分一般为合成树脂或经过处理的天然树脂,包括经过处理的松香树脂、石油树脂、古马龙树脂、酚醛类树脂、环氧树脂,丙烯酸树脂和其他合成油溶性树脂。改性沥青由于可软化变形,也能够较好地填充封堵微小裂缝及孔喉。王铁军等研究发现,阳离子乳化沥青颗粒可在井壁岩石表面形成一层牢固薄膜,具有较强的封堵能力和粘结能力。总体来说,改性沥青是一种比较理想的钻井防塌处理剂,但原油、改性沥青和柴油都含有π-电子结构的芳香烃化合物及其衍生物,在紫外光的照射下都能够发射荧光,钻井液中加入沥青物质使岩样受到污染而导致干扰荧光录井。虽然已经有不少消除沥青荧光的技术措施,但由于现场实施推广不便等问题,沥青的应用仍受到很大限制。橡胶颗粒因具有一定柔韧性和强度也可以作为填充材料使用。王富华等以橡胶粉为主要原料制成防漏堵漏剂LD可在油气层中部分溶解,达到保护油气层的目的,在钻井正压差作用下能迅速形成有效封堵。杜铁民利用硫化胶粉(废旧橡胶轮胎)为原料,经过机械加工制成具有一定粒度的高弹性、延伸率及耐磨性的粉末,掺入到羧甲基纤维素、丙烯酰胺或β聚合物与水配制的携砂液中经混合制备而成,该封堵剂可使高渗透地层保持长期封堵功能。吸水凝胶随钻堵漏剂作为填充材料近年来也受到了广泛关注。李辉研究了以有机单体丙烯酰胺、丙烯酸、二甲基二烯丙基氯化铵、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸等与一定量的无机填料(膨润土、碳酸钙、高岭土等)反应,制备了弱吸水凝胶,吸水倍数为10~100,吸水倍数较小但强度较大。黄友华以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、丙烯酸、丙烯酰胺为单体,经水溶液聚合制得的弹性凝胶高分子材料,进入漏层之后可继续吸水膨胀,从而增强了封堵效果,提高了漏失地层的强度。吸水凝胶随钻堵漏剂也称为聚合物随钻堵漏剂,具有加量小、封堵效果好、对钻井液流变性影响小、不增大井下摩阻、尺寸适宜、不糊筛、不造成跑浆等特点。现有随钻堵漏剂大多采用惰性粒子与聚合物材料共同作用的物理-化学双重封堵。3随钻堵漏材料存在的不足随钻堵漏材料在油田钻井提速、节约钻井液等方面发挥着重要作用,越来越多的随钻堵漏材料在现场得到应用并取得了一定的效果。随着深部油气藏的勘探和开发,深井及超深井的数量大幅度增加,中原油田自2009年以来,钻井液技术服务1900余口井,其中6000m以上的超深井114口,例如红参1井和元坝1井完钻井深达7012.8m和7170.7m。因此对随钻堵漏材料提出了越来越高的要求。现有随钻堵漏材料还存在以下不足。(1)随钻堵漏材料抗温能力有待提高。大多数惰性材料的抗温都在135℃以下,其中聚合物材料主要成分大多为聚丙烯酰胺等交联凝胶体系,其抗温一般在90℃左右,加入2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸后抗温能力有一定的提高,可达到120℃,但深井、超深井,尤其是150℃以上地层的漏失问题仍没有得到有效解决。(2)随钻堵漏剂对微米级微裂缝的封堵还未有效解决。多数随钻堵漏材料都属于毫米级以上的较粗颗粒,对