阅读说明：本技术 钻井液用纤维聚合物堵漏剂及其制备方法 (Fiber polymer plugging agent for drilling fluid and preparation method thereof ) 是由 张丽洋 于 2021-02-03 设计创作，主要内容包括：本发明为解决现有技术中堵漏剂与漏层裂缝尺寸匹配难度大的问题,公开了一种钻井液用纤维聚合物堵漏剂,包括以下原料,以质量份计,粉末状的聚合物40～50份；纤维10～15份；碳酸钙10～15份；降滤失剂1～5份；硅酸钠5～10份；氯化钙5～15份；分散剂0.5～1份。本发明还公开了一种钻井液用纤维聚合物堵漏剂的制备方法,聚合物、硅酸钠、氯化钙和分散剂先行混合,而后在与纤维、碳酸钙以及降滤失剂混合。本发明提供一种钻井液用纤维聚合物堵漏剂,该堵漏剂与漏层裂缝尺寸具有良好的配伍性,封堵效果良好。本发明还提供了一种钻井液用纤维聚合物堵漏剂的制备方法,先行在聚合物表面形成水化硅酸钙硬核层,改善不同裂缝尺寸下的作用效果。(The invention discloses a fiber polymer plugging agent for drilling fluid, aiming at solving the problem of large difficulty in matching the sizes of the plugging agent and a leak layer crack in the prior art, and the fiber polymer plugging agent comprises the following raw materials, by mass, 40-50 parts of powdery polymer; 10-15 parts of fibers; 10-15 parts of calcium carbonate; 1-5 parts of a filtrate reducer; 5-10 parts of sodium silicate; 5-15 parts of calcium chloride; 0.5-1 part of dispersing agent. The invention also discloses a preparation method of the fiber polymer plugging agent for the drilling fluid, wherein the polymer, sodium silicate, calcium chloride and the dispersing agent are mixed firstly and then are mixed with the fiber, calcium carbonate and the fluid loss additive. The invention provides a fiber polymer plugging agent for drilling fluid, which has good compatibility with the size of a leak layer crack and good plugging effect. The invention also provides a preparation method of the fiber polymer plugging agent for the drilling fluid, which is characterized in that a calcium silicate hydrate hard core layer is formed on the surface of the polymer in advance, so that the action effects under different crack sizes are improved.)

钻井液用纤维聚合物堵漏剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及石油钻井工程堵漏技术领域，特别涉及一种钻井液用纤维聚合物堵漏剂及其制备方法。

背景技术

井漏是影响钻井作业安全的危害最严重的复杂情况之一。若井漏控制不当，还会诱发井塌、溢流、井喷等井下复杂，引发安全事故。如何有效封堵井下漏层，保证钻井施工的正常进行，一直是科研和工程人员研究的重点。

当前应用最广泛的是桥塞堵漏技术，所使用的桥塞堵漏剂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。

然而，桥塞堵漏技术须准确掌握地层孔隙或裂缝尺寸，而实际情况是井下情况复杂多变，漏层的尺寸无法准确获取，导致常规桥塞堵漏剂与漏层裂缝尺寸匹配难度大。

发明内容

本发明为解决现有技术中堵漏剂与漏层裂缝尺寸匹配难度大的问题，提供一种钻井液用纤维聚合物堵漏剂，该堵漏剂与漏层裂缝尺寸具有良好的配伍性，封堵效果良好。

本发明还提供了一种钻井液用纤维聚合物堵漏剂的制备方法，该制备方法中先行在聚合物表面形成水化硅酸钙硬核层，以改善不同裂缝尺寸下的作用效果。

本发明采用的技术方案是：

一种钻井液用纤维聚合物堵漏剂，包括以下原料，以质量份计，

粉末状的聚合物 40~50份；

纤维 10~15份；

碳酸钙 10~15份；

降滤失剂 1~5份；

硅酸钠 5~10份；

氯化钙 5~15份；

分散剂 0.5~1份。

进一步地，所述聚合物为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酰胺、聚乙烯醋酸乙烯酯、丙烯酸酯共聚物、苯乙烯与丙烯酸酯共聚物、丙烯酰胺与丙烯酸酯共聚物中的一种或几种。

进一步地，所述聚合物粒径0.1~1mm。

进一步地，所述纤维为聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、尼龙纤维和木质素纤维中一种或多种的组合。

进一步地，所述纤维的长度3～5mm，直径为10～20μm。

进一步地，所述碳酸钙的粒径为200~300目。

进一步地，所述降滤失剂为羧甲基纤维素钠、聚阴离子纤维素中的一种或多种。

进一步地，所述硅酸钠和所述氯化钙的用量比为1：1~1.5。

进一步地，所述分散剂为萘磺酸盐甲醛缩合物、聚羧酸类共聚物、木质素磺酸盐或萘磺酸盐甲醛缩合物中的一种。

钻井液用纤维聚合物堵漏剂的制备方法，包含以下步骤，

步骤1，将粉末状的聚合物、硅酸钠、氯化钙、分散剂加入到密闭的搅拌器中，持续搅拌5~10min，搅拌速度100~200rpm，控制搅拌器内的湿度在10%以下，温度50~60℃；

步骤2，向密闭的搅拌器内通入雾化水，控制搅拌器内的湿度在20~30%，温度50~60℃，间歇搅拌，搅拌速度100~200rpm，暂停时间20~30s，每次搅拌时间30~60s；

步骤3，间歇搅拌10~15min后，停止通入雾化水，继续间歇搅拌，搅拌速度100~200rpm，间歇搅拌时间5~10min，控制搅拌器内温度50~60℃；

步骤4，重复步骤2和步骤3，重复次数2~5次，出料，干燥，粉碎；

步骤5，将碳酸钙、降滤失剂、纤维以及上一步骤中的产物加入到另一搅拌器中，搅拌速度200~300rpm，持续搅拌15~20min，出料，得到钻井液用纤维聚合物堵漏剂。

本发明的有益效果是：

1.本发明中提供了一种钻井液用纤维聚合物堵漏剂，该堵漏剂由粉末状的聚合物、纤维、碳酸钙、降滤失剂、硅酸钠、氯化钙、分散剂等组成。该堵漏剂与漏层裂缝尺寸具有良好的配伍性，承压能力强，能满足多种类型地层漏失固井的堵漏作业要求。

2. 本发明中提供了一种钻井液用纤维聚合物堵漏剂的制备方法，硅酸钠和氯化钙吸水后在聚合物表面水化硅酸钙硬壳层，该硬壳层表面非光滑。当裂缝尺寸较大时，聚合物由于硬壳层相互搭接，并由纤维、碳酸钙等补强，可以形成较为稳定桥塞结构。非光滑表面的硬壳也增加了聚合物之间以及聚合物与裂缝壁之间的摩擦力，可有效减少聚合被冲刷至地层内。当裂缝尺寸较小时，聚合物自身较软，不足以支撑硬壳层。在压力下，硬壳层压裂，聚合物变形后的被压入裂缝中，起到封堵作用。碎裂的硬壳层亦可作为分散锚固点，增加聚合物在裂缝中的稳定性。同时，充分利用硅酸钠容易吸潮的特性，控制湿度以及间歇搅拌，来调节水化硅酸钙的形成过程，可有效减少聚合物结块，影响使用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有现技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为封堵剂封堵原理示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

下面结合附图对发明的实施例进行详细说明。

钻井液用纤维聚合物堵漏剂的制备方法，包含以下步骤，

步骤1，将粉末状的聚合物、硅酸钠、氯化钙、分散剂加入到密闭的搅拌器中，持续搅拌5~10min，搅拌速度100~200rpm，控制搅拌器内的湿度在10%以下，温度50~60℃。

其中，聚合物粒径0.1~1mm，为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酰胺、聚乙烯醋酸乙烯酯、丙烯酸酯共聚物、苯乙烯与丙烯酸酯共聚物、丙烯酰胺与丙烯酸酯共聚物中的一种或几种。

纤维长度3～5mm，直径为10～20μm，为聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、尼龙纤维和木质素纤维中一种或多种的组合。

分散剂为萘磺酸盐甲醛缩合物、聚羧酸类共聚物、木质素磺酸盐或萘磺酸盐甲醛缩合物中的一种。

步骤2，向密闭的搅拌器内通入雾化水，控制搅拌器内的湿度在20~30%，温度50~60℃，间歇搅拌，搅拌速度100~200rpm，暂停时间20~30s，每次搅拌时间30~60s。

步骤3，间歇搅拌10~15min后，停止通入雾化水，继续间歇搅拌，搅拌速度100~200rpm，间歇搅拌时间5~10min，控制搅拌器内温度50~60℃。

步骤4，重复步骤2和步骤3，重复次数2~5次，出料，干燥，粉碎。

步骤5，将碳酸钙、降滤失剂、纤维以及上一步骤中的产物加入到另一搅拌器中，搅拌速度200~300rpm，持续搅拌15~20min，出料，得到钻井液用纤维聚合物堵漏剂。

其中，碳酸钙的粒径为200~300目。

降滤失剂为羧甲基纤维素钠、聚阴离子纤维素中的一种或多种。

实施例1~4中的堵漏剂参照上述制备方式实施，各个实施例中原料组成如下表所述。

按照每100ml水基钻井液加入3g堵漏剂，取等量的实施例1~4中的堵漏剂加入到某现场取回的水基钻井液中。测试钻井液的性能变化，测试结果如下表所示。

从实施例1~4以及空白组的对比测试结果可以看出，加入实施例中的封堵剂后，表观粘度、动切力等略有增加，表明封堵剂的加入对水基钻井液性能的影响较小，与其他添加剂之间具有良好的配伍性，能够满足钻井作业要求。

配置六份基浆，其中三份基浆分别加入等量的实施例3中的堵漏剂，搅拌20min，制成堵漏浆备用。

取400mL堵漏浆倒入FA无渗透滤失仪20~40目砂床中，缓慢加压至0.7MPa，稳压30min后，滤液浸入深度为5.0cm。

取400mL基浆倒入FA无渗透滤失仪20~40目砂床中，缓慢加压至0.7MPa，稳压30min后，完全滤失。

取2000mL堵漏浆加入堵漏模拟装置中，堵漏模块用1mm裂缝模板，用氮气缓慢加压，加压至7MPa，稳压30min，压降1MPa。

取2000mL堵漏浆加入堵漏模拟装置中，堵漏模块用0.5mm裂缝模板，用氮气缓慢加压，加压至7MPa，稳压30min，压降0.3MPa。

取2000mL基浆加入堵漏模拟装置中，堵漏模块用1mm裂缝模板，用氮气缓慢加压，加压至7MPa，不能稳压，并降至0MPa。

取2000mL基浆加入堵漏模拟装置中，堵漏模块用0.5mm裂缝模板，用氮气缓慢加压，加压至7MPa，不能稳压，并降至0MPa。

从上述检测结果可知，本实施例中的封堵剂针对不同尺寸裂缝的均匀具有较好的封堵效果，其封堵原理如附图1所示。硅酸钠和氯化钙吸水后在聚合物表面水化硅酸钙硬壳层，该硬壳层表面非光滑。当裂缝尺寸较大时，聚合物由于硬壳层相互搭接，并由纤维、碳酸钙等补强，可以形成较为稳定桥塞结构。非光滑表面的硬壳也增加了聚合物之间以及聚合物与裂缝壁之间的摩擦力，可有效减少聚合被冲刷至地层内。当裂缝尺寸较小时，聚合物自身较软，不足以支撑硬壳层。在压力下，硬壳层压裂，聚合物变形后的被压入裂缝中，起到封堵作用。碎裂的硬壳层亦可作为分散锚固点，增加聚合物在裂缝中的稳定性。