阅读说明：本技术 一种钻井用新型复合堵漏剂及其应用 (Novel composite plugging agent for well drilling and application thereof ) 是由 乐明 赵正国 郭建华 田军 吕跃滨 于 2018-09-04 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种钻井用新型复合堵漏剂及其应用,该堵漏剂包括如下质量份的组分：20～40份的颗粒架桥材料；30～60份的颗粒填充材料；5～20份的柔性纤维；4～12份的软质泡沫材料,所述软质泡沫材料为聚乙烯发泡棉颗粒或发泡聚苯乙烯颗粒；各组分的质量份数之和为100。试验证明,本发明所述的复合堵漏剂可以封堵不同尺寸缝宽(2mm-8mm)的裂缝或者孔洞,且驻留效果好,封堵漏层后承压能力高。在裂缝、缝洞性复杂地质条件下,本发明堵漏施工安全、操作简单,封堵效果明显。(The invention provides a novel composite plugging agent for well drilling and application thereof, wherein the plugging agent comprises the following components in parts by mass: 20-40 parts of a particle bridging material; 30-60 parts of a particle filling material; 5-20 parts of flexible fibers; 4-12 parts of a soft foam material, wherein the soft foam material is polyethylene foam cotton particles or expanded polystyrene particles; the sum of the mass parts of the components is 100. Experiments prove that the composite plugging agent can be used for plugging cracks or holes with different sizes and seam widths (2mm-8mm), has a good retention effect, and has high pressure bearing capacity after plugging a leaking layer. Under the geological conditions of cracks and fissures, the invention has safe leaking stoppage construction, simple operation and obvious plugging effect.)

一种钻井用新型复合堵漏剂及其应用

技术领域

本发明属于油田钻井堵漏技术领域，特别涉及一种钻井用新型复合堵漏剂及其应用。

背景技术

钻井液漏入地层(简称井漏)是钻井过程中一种常见的井下复杂情况，在钻遇裂缝、孔洞发育地层时井漏问题尤其突出。井漏一旦发生，不仅影响钻井时效，而且损失钻井液、损害油气层。针对以上问题，通常的做法是在钻井液中加入封堵剂(或称堵漏剂)改善性能。

目前，常用的堵漏剂主要包括桥堵类、化学凝胶类、无机胶凝堵漏剂等。其中，化学凝胶堵漏主要根据材料之间相互反应形成凝胶体来封堵地层，但化学堵漏材料价格高，施工复杂，耐温性差。无机胶凝体系堵漏以水泥浆体系堵漏为主，虽形成的封堵层强度大，但水泥浆不容易在漏失通道驻留，如遇地层水后被稀释，堵漏效果会被大大减弱；并且候凝时间长，常常随着地层流体波动流失，从而导致堵漏失败。

堵漏反复或者不成功严重制约了安全、快速、高效钻井，成为油气勘探开发的瓶颈。当前应用最广泛的是桥塞堵漏技术，所使用的桥塞堵漏材料主要为各种不同尺寸的矿物颗粒、果壳、云母片、纤维等混合而成。桥塞堵漏技术具有材料来源广、成本低、施工工艺简单的特点，受到现场人员的青睐。桥接堵漏主要依据粒径级配原理堵漏，但前提是清楚掌握漏失特性，充分了解漏层的性质，才能选择合理级配的复合堵漏材料，否则堵漏材料无法在漏失通道中架桥驻留或者在缝口处形成封门现象，从而导致堵漏失败。因此，研发一种能够在漏层中有效驻留，与颗粒复配后形成高压封堵层的堵漏剂，改善堵漏剂对漏层的适应性，是钻井堵漏工作中亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种钻井用新型复合堵漏剂及其应用，本发明提供的堵漏剂对漏层尺寸的依赖性低，适用不同宽度尺寸的裂缝和孔洞，在漏失通道能够形成有效驻留，与颗粒复配后形成有效封堵，封堵层承压能力高。

本发明提供一种钻井用新型复合堵漏剂，包括如下质量份的组分：

20～40份的颗粒架桥材料；

30～60份的颗粒填充材料；

5～20份的柔性纤维；

4～12份的软质泡沫材料，所述软质泡沫材料为聚乙烯发泡棉颗粒或发泡聚苯乙烯颗粒；

各组分的质量份数之和为100。

优选地，所述软质泡沫材料的尺寸范围为标准分样筛2～4目。

优选地，所述柔性纤维选自石棉绒、海泡石纤维和聚合物纤维中的一种或几种。

优选地，所述柔性纤维的长度为1～2mm，直径为0.001～0.1mm。

优选地，所述颗粒架桥材料选自聚丙烯及PPS塑料中的一种或几种，尺寸为标准分样筛20～40目。

优选地，所述颗粒填充材料选自碳酸钙和石英砂中的一种或几种，尺寸为标准分样筛60～180目。

本发明提供如上文所述的钻井用新型复合堵漏剂在钻井堵漏中的应用。

优选地，所述钻井用新型复合堵漏剂适合封堵2～8mm宽度尺寸的裂缝和/或孔洞。

与现有技术相比，本发明提供的堵漏剂主要由一定配比的软质泡沫材料、颗粒架桥材料、颗粒填充材料和柔性纤维组成，所述软质泡沫材料为聚乙烯发泡棉颗粒或发泡聚苯乙烯颗粒，其具有空间网状结构。在本发明中，通过软质泡沫材料的驻留作用，加之柔性纤维充填拉筋作用和颗粒填充加固作用，该堵漏剂在不同宽度尺寸的裂缝或者孔洞内形成长段封堵层。试验证明，本发明所述的复合堵漏剂可以封堵不同尺寸缝宽(2mm-8mm)的裂缝或者孔洞，且驻留效果好，封堵漏层后承压能力高。在裂缝、缝洞性复杂地质条件下，本发明堵漏施工安全、操作简单，封堵效果明显。

具体实施方式

下面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。

本发明提供了一种钻井用新型复合堵漏剂，包括如下质量份的组分：

20～40份的颗粒架桥材料；

30～60份的颗粒填充材料；

5～20份的柔性纤维；

4～12份的软质泡沫材料，所述软质泡沫材料为聚乙烯发泡棉颗粒或发泡聚苯乙烯颗粒；

各组分的质量份数之和为100。

为了克服常规堵漏剂对漏层尺寸依赖性高、在漏层中难驻留、承压能力低等缺点，本发明提供了一种钻井用新型复合堵漏剂，其能够在漏层中有效驻留，与颗粒复配后形成高承压封堵层，对漏层尺寸的依赖性低，可适用不同缝宽尺寸的裂缝或者孔洞。

按照质量份数计，本发明所述的复合堵漏剂的原料组成主要包括：20～40份的颗粒架桥材料和30～60份的颗粒填充材料。其中，颗粒架桥材料起加固作用，颗粒填充材料起充填拉筋作用；两者都是颗粒形态，但粒径不同，作用不同。

在本发明的实施例中，所述颗粒架桥材料优选为聚丙烯及PPS塑料中的一种或几种；尺寸为标准分样筛20～40目。所述颗粒填充材料优选为碳酸钙和石英砂中的一种或两种复合而成；尺寸为标准分样筛60～180目。

其中，PPS塑料(聚苯硫醚)是一种综合性能优异的热塑性特种工程塑料，其突出的特点是耐高温、耐腐蚀和优越的机械性能。本发明一些实施例采用颗粒架桥材料聚丙烯塑料颗粒及PPS塑料颗粒，粒径为20-40目，耐高温，强度高，密度低(如1.36g/cm³左右)。

本发明实施例所述的复合堵漏剂中，大颗粒架桥材料为标准分样筛20～40目，小颗粒填充材料为标准分样筛60～180目，合理级配，形成的封堵层致密且承压。粒径级配相差太大都无法保证承压效果；聚丙烯塑料颗粒及PPS塑料颗粒在保证粒度大小、承压强度的前提下大大降低了堵漏浆的密度，保证井下安全。

本发明实施例主要采用碳酸钙粉末、石英砂粉末，尺寸为标准分样筛60～180目，起到充填作用。所述的石英砂是石英石经破碎加工而成的石英颗粒；石英石是一种非金属矿物质，是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要矿物成分是SiO₂。本发明可采用本领域熟知的普通石英砂粉末，即SiO₂≥90-99％，Fe₂O₃≤0.06-0.02％。

除了上述颗粒状材料，本发明所述复合堵漏剂包括5～20质量份的柔性纤维，其主要起充填拉筋作用。所述柔性纤维质地柔软，易变形，可选自石棉绒、海泡石纤维和聚合物纤维中的一种或几种。所述柔性纤维为短纤维状的材料，长度可为1mm～2mm，直径为0.001～0.1mm。

其中，所述的石棉绒是天然纤维状的硅质矿物的泛称，是一种被广泛应用于建材防火板的硅酸盐类矿物纤维，它具有良好的抗拉强度和良好的隔热性与防腐蚀性，不易燃烧；本发明实施例可采用用途最广的温石棉。所述的海泡石纤维是一种天然矿物纤维，是海泡石矿物的纤维状变种，海泡石是一种层链状的硅酸盐矿物，具有较好的耐热性，良好的离子交换、耐腐蚀等特点。所述聚合物纤维包括但不限于聚酯纤维、聚酰胺纤维；采用市售产品即可。

本发明实施例所述的复合堵漏剂中，石棉绒、海泡石等柔性纤维材料质地柔软，易变形，受力后结构不受影响。所谓柔性就是受外力后变形且结构不受到破坏，除去外力后能恢复原状。刚性纤维比如木质纤维受力后，超过一定数值，除去外力后就无法恢复原状，就起不到悬浮拉筋作用了；而纸纤维等形成封堵层后期容易腐蚀、导致复漏。

在本发明中，所述复合堵漏剂包括4～12质量份的软质泡沫材料，所述软质泡沫材料为聚乙烯发泡棉(EPE，珍珠棉)颗粒或发泡聚苯乙烯(EPS)颗粒。在本发明的实施例中，所述软质泡沫材料的尺寸范围为标准分样筛2～4目，可通过高速粉碎机粉碎网状纤维聚乙烯发泡棉或发泡聚苯乙烯获得。本发明实施例中所述软质泡沫材料的密度范围为0.03-0.05g/cm³，抗拉强度是3.4-3.8kg/cm²，克服了普通发泡胶易碎、恢复性差的缺点。

平时用的聚氨酯之类的材料质地坚硬，空间结构强，不易被压缩变形；本发明中所述软质泡沫材料具有空间网状结构，具有易受压变形，浸泡溶液后微膨胀等特点。针对缝宽较小的裂缝，通过挤压变形进入漏层形成封堵层；针对缝宽较大的裂缝，由于泡沫中微孔间互相连通，吸收液体后微膨胀(与海绵吸水道理类似)，相互堆积挂阻在裂缝或孔洞中驻留形成封堵层。在本发明中，柔性纤维通过悬浮拉筋作用吸附在网状泡沫上使封堵层加固，此时还不能承压，随之加入大颗粒起架桥，小颗粒填充，最终堆积压实形成高承压封堵层。

本发明该堵漏剂为复合堵漏剂，其组成包括具有空间网状结构的软质泡沫、颗粒架桥材料、填充材料和纤维材料组成，上述各组分的质量份数之和为100。本发明实施例将上述组分按照其含量配比，在常温常压下混合均匀，即获得该复合堵漏剂。所述堵漏剂生产工艺流程简单，成本低廉。

本发明材料间相互作用，在不同缝宽尺寸的裂缝或者孔洞内形成长段封堵层，试验证明封堵层承压能力效果明显。

本发明涉及钻井堵漏用新型复合堵漏剂，具体可将上文所述的钻井用新型复合堵漏剂应用于钻井液堵漏。

本发明可应用于水基钻井液，还适用于油基钻井液；本发明对钻井液基浆的组成没有特殊限制，采用本领域常用的钻井液原料组分即可，如增粘剂一般为黄原胶或羧甲基纤维素。本发明的复合堵漏剂中各种材料在油基钻井液中理化性质稳定，能够在油层裂缝中形成有效驻留且承压，因此也适用于油基钻井液堵漏。

本发明一些实施例开展该复合堵漏剂在水基钻井液条件下的堵漏，具体地，按配方4％膨润土+3％～3.5％无水碳酸钠+0.2％增粘剂配制堵漏基浆，量取8份、300mL堵漏基浆，分别加入不同量的本发明产品，在不同缝宽尺寸的裂缝块或孔洞床上开展堵漏实验。其中，所述堵漏剂的用量按质量体积百分比添加，加量可为5％～15％。

本发明另一些开展该复合堵漏剂在油基钻井液条件下的堵漏，具体地，按配方：400mL柴油+100mL(20％氯化钙)溶液+2％主乳+2％辅乳+4％有机土+2％氧化钙+350g重晶石，配制油基堵漏基浆，分别加入不同浓度的本发明产品，在不同缝宽尺寸的裂缝块上开展堵漏实验。其中，所述堵漏剂的用量按质量体积百分比添加，加量可为8％～20％。

实验结果表明，本发明所述的复合堵漏剂可以封堵不同尺寸缝宽(2mm-8mm)的裂缝或者孔洞，且驻留效果好，封堵漏层后承压能力高。在裂缝、缝洞性复杂地质条件下，本发明堵漏施工安全、操作简单，封堵效果明显。

为了进一步理解本申请，下面结合实施例对本申请提供的钻井用新型复合堵漏剂及其应用进行具体地描述。

以下实施例中，所用的具有空间网状结构的软质泡沫来源新乡市新天包装材料有限公司，密度范围为0.03-0.05g/cm³，抗拉强度是3.4-3.8kg/cm²，通过粉碎网状纤维获得，尺寸范围为标准分样筛2～4目。所用的碳酸钙、石英砂均为市售，无特殊要求，所选大小粒径为60-180目。所用柔性纤维来自灵寿县华川矿产品加工厂，物理性质要求：纤维长度为1-2mm，直径为0.001-0.1mm，关键性质质地柔软，不易卡缝隙而影响驻留长度；柔性纤维的直径较大容易封门，柔性纤维直径太小起不到悬浮拉筋作用。所用的颗粒架桥材料聚丙烯塑料颗粒及PPS塑料颗粒，粒径为20-40目，耐高温，强度高，密度为1.36g/cm³。

实施例1

取标准分样筛2～4目EPE泡沫9份、标准分样筛20-40目聚丙烯塑料颗粒40份，标准分样筛60-180目碳酸钙粉末42份，直径为0.001-0.1mm范围内石棉绒(温石棉，以下实施例相同)9份，混合搅拌均匀，即得该钻井堵漏用新型复合堵漏剂。

实施例2

取标准分样筛2～4目EPE泡沫12份、标准分样筛20-40目PPS塑料38份，标准分样筛60-180目石英砂粉末35份，直径为0.001-0.1mm范围内海泡石纤维15份，混合搅拌均匀，即得该钻井堵漏用新型复合堵漏剂。

实施例3

取标准分样筛2～4目EPE泡沫5份、标准分样筛20-40目PPS塑料30份，标准分样筛60-180目碳酸钙粉末50份，直径为0.001-0.1mm范围内聚酯纤维15份，混合搅拌均匀，即得该钻井堵漏用新型复合堵漏剂。

实施例4

取标准分样筛2～4目EPE泡沫4份、标准分样筛20-40目聚丙烯塑料颗粒36份，标准分样筛60-180目石英砂粉末40份，直径为0.001-0.1mm范围内石棉绒20份，混合搅拌均匀，即得该钻井堵漏用新型复合堵漏剂。

实施例5

取标准分样筛2～4目EPS泡沫8份、标准分样筛20-40目PPS塑料颗粒36份，标准分样筛60-180目碳酸钙粉末36份，直径为0.001-0.1mm范围内聚酯纤维20份，混合搅拌均匀，即得该钻井堵漏用新型复合堵漏剂。

实施例6

取标准分样筛2～4目EPS泡沫10份、标准分样筛20-40目聚丙烯塑料颗粒30份，标准分样筛60-180目石英砂粉末50份，直径为0.001-0.1mm范围内海泡石纤维10份，混合搅拌均匀，即得该钻井堵漏用新型复合堵漏剂。

实施例7

取标准分样筛2～4目EPS泡沫4份、标准分样筛20-40目PPS塑料40份，标准分样筛60-180目石英砂粉末45份，直径为0.001-0.1mm范围内石棉绒11份，混合搅拌均匀，即得该钻井堵漏用新型复合堵漏剂。

实施例8

取标准分样筛2～4目EPS泡沫5份、标准分样筛20-40目聚丙烯塑料颗粒30份，标准分样筛60-180目碳酸钙粉末45份，直径为0.001-0.1mm范围内海泡石纤维20份，混合搅拌均匀，即得该钻井堵漏用新型复合堵漏剂。

实施例9性能评价

1.本发明实施例1所述复合堵漏剂的粒度分布如下：

表1粒度分布测试

粒度mm	<0.2	0.2-0.5	0.5-0.9	1-2	2-3	3-4
							质量百分比％	24.58	18.56	15.06	28.26	12.2	1.34

测试结果说明，本发明堵漏剂的粒度分布合理，能够进入不同尺寸的裂缝或者孔道，形成有效封堵。

2.对本发明产品进行性能评价，实验内容如下。

(1)孔洞堵漏模拟评价试验

按配方4％膨润土(来源于灵寿县华硕矿产品加工厂，为钻井行业通用的造浆土)+3.5％无水碳酸钠+0.2％增粘剂(增粘剂为黄原胶，为常规钻井液用化学助剂，来源于任丘市天润化工有限公司，以下实施例相同)配制堵漏基浆，量取8份、300mL堵漏基浆。试验时，先将准备好的弹子床(两种不同规格φ5mm，φ15mm)放入砂床实验装置中，再加入配制好的堵漏配方，密封后打开氮气瓶进行加压，在压力作用下堵漏浆被压入漏失通道内，试验结束后拆卸装置，观察封堵情况。结果如下：

表2对φ5mm弹子床堵漏试验结果

堵漏配方	侵入深度cm	漏失量mL	承压能力MPa
				基浆+5％实施例1	9.5	250	4.1
基浆+7％实施例2	8.4	210	5.4
				基浆+9％实施例3	7.7	190	6.6
基浆+11％实施例4	6.5	150	7.6

表3对φ15mm弹子床堵漏试验结果

堵漏配方	侵入深度cm	漏失量mL	承压能力MPa
				基浆+5％实施例5	10.2	300	3.5
基浆+7％实施例6	9.8	280	4.6
				基浆+9％实施例7	8.5	240	5.9
基浆+11％实施例8	7.1	180	6.4

另外，将复合堵漏剂实施例5中的柔性纤维替换为木质纤维，记为样1。

将复合堵漏剂实施例6中的架桥颗粒粒度替换为0.8mm-1mm，记为样2。

实验操作步骤同上。

表4对φ5mm弹子床堵漏对比试验结果

实验结果表明，本发明复合堵漏剂对于不同尺寸的孔洞具有良好的封堵效果，侵入深度长，承压能力强。而样1、样2对比实验说明，由于木纤维材质坚硬(颗粒架桥粒径大)，易在孔洞口相互架桥，阻碍了网状泡沫进入孔洞，有效驻留长度短，虽能承压但只是“封门”现象。

(2)裂缝堵漏模拟评价试验

a)水基钻井液堵漏效果评价

使用实验室自研的裂缝堵漏模拟装置，开展该复合堵漏剂在水基钻井液条件下的堵漏效果评价。按配方4％膨润土+3％无水碳酸钠(土量)+0.2％增粘剂配制堵漏基浆，量取8份、300mL堵漏基浆，分别加入不同量的本发明产品，在不同缝宽尺寸的裂缝块上模拟堵漏实验，实验结果如下:

表5水基钻井液条件下复合堵漏剂堵漏效果

表6水基钻井液条件下对比堵漏剂堵漏效果

实验结果表明，本发明复合堵漏剂在水基钻井液条件下能够在不同缝宽尺寸的裂缝内能够有效驻留，形成大段、高强度的封堵层。样1和样2对比实验表明，其驻留效果差，虽然封堵承压能力没变化，但是有效驻留长度大大减小，易在循环井眼或者扫塞后复漏。

b)油基钻井液堵漏效果评价

使用实验室的裂缝堵漏模拟装置，开展该复合堵漏剂在油基钻井液条件下的堵漏效果评价。按配方：400mL柴油+100mL(20％氯化钙)溶液+2％主乳+2％辅乳+4％有机土+2％氧化钙+350g重晶石，配制油基堵漏基浆(主乳和辅乳为脂肪酸酰胺类乳化剂，来源于任丘市城亿化工有限公司，密度均为0.8～1.0g/cm³，乳化率≥95％，重晶石来源于灵寿县华硕矿产品加工厂，细度325目，密度4.2g/cm³)。分别加入不同浓度的本发明产品，在不同缝宽尺寸的裂缝块上开展堵漏实验，实验结果如下：

表7油基钻井液条件下复合堵漏剂堵漏效果

实验结果表明，本发明也适合在油基钻井液条件下的堵漏，堵漏效果明显，形成的封堵层承压能力均超过6MPa。

从砂床实验和裂缝块模拟实验数据看出，本发明复合堵漏剂易进入漏失通道，有效驻留长度长(3cm-10cm)，封堵层承压能力高，满足现场作业要求。本发明提供的堵漏剂对漏层尺寸的依赖性低，适用不同宽度尺寸的裂缝和孔洞。在裂缝、缝洞性复杂地质条件下，本发明堵漏施工安全、操作简单，封堵效果明显。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于使本技术领域的专业技术人员，在不脱离本发明技术原理的前提下，是能够实现对这些实施例的多种修改的，而这些修改也应视为本发明应该保护的范围。