钻井液用桥接堵漏剂及其制备方法以及钻井液用封堵剂论文和设计

全文摘要

本发明公开了一种钻井液用桥接堵漏剂及其制备方法以及钻井液用封堵剂，属于油田堵漏技术领域。本发明的钻井液用桥接堵漏剂，包括：按重量百分比计，沙粒40‑60％和填充材料40‑60％；其中，沙粒的粒径为0.1‑0.25mm，填充材料包括质量比为1：(0.8‑1.2)的刚性材料和可变形材料。本发明的桥接堵漏剂能在沙漠地区钻井过程中钻遇裂缝时快速形成稳定的封堵层，且形成的封堵层结构致密，性质稳定，不但解决了井筒漏失问题，同时封堵剂中主要颗粒架桥材料可以就地取材，也可以有效降低运输成本和保证施工人员的安全。

主设计要求

1.一种钻井液用桥接堵漏剂，其特征在于，包括：按重量百分比计，沙粒40-60％和填充材料40-60％；其中，沙粒的粒径为0.1-0.25mm，所述填充材料包括质量比为1：(0.8-1.2)的刚性材料和可变形材料；所述沙粒为沙漠沙，所述沙粒包括一级沙粒和二级沙粒，所述一级沙粒和所述二级沙粒的质量比为1：(0.8-1.2)，所述一级沙粒的粒径为0.2-0.25mm，所述二级沙粒的粒径为0.1-0.2mm；所述刚性材料包括超细碳酸钙粉和二氧化硅粉中的一种或两种组合；所述可变形材料包括石墨粉和沥青粉中的一种或两种组合。

设计方案

1.一种钻井液用桥接堵漏剂，其特征在于，包括：按重量百分比计，沙粒40-60％和填充材料40-60％；其中，沙粒的粒径为0.1-0.25mm，所述填充材料包括质量比为1：(0.8-1.2)的刚性材料和可变形材料；

所述沙粒为沙漠沙，所述沙粒包括一级沙粒和二级沙粒，所述一级沙粒和所述二级沙粒的质量比为1：(0.8-1.2)，所述一级沙粒的粒径为0.2-0.25mm，所述二级沙粒的粒径为0.1-0.2mm；

所述刚性材料包括超细碳酸钙粉和二氧化硅粉中的一种或两种组合；

所述可变形材料包括石墨粉和沥青粉中的一种或两种组合。

2.根据权利要求1所述的钻井液用桥接堵漏剂，其特征在于，所述刚性材料的粒径为0.02-0.08mm。

3.根据权利要求1所述的钻井液用桥接堵漏剂，其特征在于，所述石墨粉为普通石墨粉和\/或弹性石墨粉。

4.根据权利要求1所述的钻井液用桥接堵漏剂，其特征在于，所述可变形材料的粒径为0.01-0.06mm。

5.根据权利要求1所述的钻井液用桥接堵漏剂，其特征在于，所述沙粒为沙漠沙，所述刚性材料为粒径为0.02-0.08mm的超细碳酸钙粉和二氧化硅粉中的一种或两种组合，所述可变形材料为粒径为0.01-0.06mm的石墨粉和沥青粉中的一种或两种组合。

6.权利要求1-5任一项所述的钻井液用桥接堵漏剂的制备方法，其特征在于，将沙粒和填充材料混合并搅拌制得，在混合时，先将沙粒与刚性材料混合并以40-60r\/min的转速搅拌至少10min，然后再加入可变形材料继续搅拌至少10min。

7.一种钻井液用封堵剂，其特征在于，包括基浆以及权利要求1-5任一项所述的桥接堵漏剂，所述桥接堵漏剂占所述基浆质量的20-30％，所述基浆包括：按重量百分比计，预水化膨润土浆2-6％，碳酸钠0.1-0.3％，两性离子聚合物包被剂0.2-0.5％，褐煤树脂1-5％，氯化钾1-5％，黄原胶0.02-0.15％，余量为水。

设计说明书

技术领域

本发明涉及油田堵漏技术领域，具体涉及一种钻井液用桥接堵漏剂及其制备方法以及钻井液用封堵剂。

背景技术

井漏问题是油气钻井工程中常见且难以解决的井下复杂情况之一，它不仅会导致钻井成本增加，延长施工时间，而且容易形成井喷、井塌等其它井下复杂事故，甚至会造成油气井的报废，给工程施工以及人员安全带来巨大的威胁。

现有常见的专用堵漏材料大致可以分为水泥堵漏材料，化学凝胶类堵漏材料以及桥接堵漏材料。其中，桥接堵漏材料的应用范围最广。桥接堵漏剂一般是由架桥材料和填充材料组成。但是专门封堵剂的制备需要专门的设备及专门的运输，增加了生产成本。

我国沙漠覆盖面积广阔，而且大多数的沙漠地区均有油气田分布。由于沙漠地区地理位置偏远、自然气候恶劣等因素，使得交通不便利，都严重影响了专用封堵剂的运输，增加专用封堵材料的附加成本，严重阻碍沙漠地区油气资源的勘探开发进程，因此，有必要能够开发一种就地取材、随配随用的适用沙漠地区的桥接堵漏剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻井液用桥接堵漏剂及其制备方法以及钻井液用封堵剂，以解决现有桥接堵漏剂造价高的问题，尤其针对解决沙漠地区运输成本高以及因沙漠地区环境恶劣而对工作人员在运输过程中的安全隐患问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种钻井液用桥接堵漏剂，包括：按重量百分比计，沙粒40-60％和填充材料40-60％；其中，沙粒的粒径为0.1-0.25mm，填充材料包括质量比为1：(0.8-1.2)的刚性材料和可变形材料。

本发明以沙粒作为颗粒架桥材料，并且通过控制其粒径范围在0.1-0.25mm与填充材料配比使用，得到桥接堵漏剂能够适应形状复杂的封堵层裂缝，同时本申请采用的填充材料包括刚性材料和可变形材料，既可以起到填充的作用，使封堵层均匀而致密、漏失量小、对流变性影响小，同时由于添加了可变形材料，还利于对后期获得封堵剂在地层温度升高时能够变形变软，增加了封堵剂对地层的适应性。

优选地，按重量百分比计，沙粒45-55％和填充材料45-55％。更优选地，刚性材料20-30％，可变形材料为20-30％。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述沙粒为沙漠沙。

本发明采用沙漠沙作为颗粒架桥材料不仅取材方便、成本低，能够有效缩短工期，而且由于是就地取材，其能够更好与沙漠沙地区钻井的裂缝相适应，进一步提高封堵效果，经济效益好。

沙漠沙优选为我国塔里木盆地塔可拉干沙漠、内蒙古鄂尔多斯高原库布齐沙漠和内蒙古东北部呼伦贝尔沙地。其获得方法较为容易且经济，可就地取材制备封堵剂，加之，沙漠沙具有良好的封堵性能，配制成封堵剂之后可以很好地适应地层裂缝。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述沙粒包括一级沙粒和二级沙粒，一级沙粒和二级沙粒的质量比为1：(0.8-1.2)，一级沙粒的粒径为0.2-0.25mm，二级沙粒的粒径为0.1-0.2mm。

本发明在选取沙粒时采用两级复配，这样使得颗粒架桥材料内部优先进行自我填充，用粒径为0.1-0.2mm的二级沙粒填充粒径为0.2-0.25mm的一级沙粒之间的空隙，预先形成较为致密的堵漏材料，减少后续填充材料的使用，节约成本。

优选地，一级沙粒的粒径为0.22-0.24mm，二级沙粒的粒径为0.12-0.18mm。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述刚性材料包括超细碳酸钙粉和二氧化硅粉中的一种或两种组合。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述刚性材料的粒径为0.02-0.08mm。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述可变形材料包括石墨粉和沥青粉中的一种或两种组合。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述石墨粉为普通石墨粉和\/或弹性石墨粉。

普通石墨粉与弹性石墨粉为两个相对的概念，普通石墨粉是相对于弹性石墨粉而言，其不具有弹性。普通石墨粉力学性质稳定，受到外力作用时发生的形变量很小，而弹性石墨粉受到外力作用时发生的形变量较大，可以较好地适应复杂的受力环境。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述可变形材料的粒径为0.01-0.06mm。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述沙粒为沙漠沙，刚性材料为粒径为0.02-0.08mm的超细碳酸钙粉和二氧化硅粉中的一种或两种组合，可变形材料为粒径为0.01-0.06mm的石墨粉和沥青粉中的一种或两种组合。

本发明通过对特定粒径大小的颗粒架桥材料沙漠沙与特定粒径的填充材料复配使用，可以适应封堵层位裂缝的复杂形状，在粒径与所在沙漠地区地层裂缝匹配时，可以很好地与裂缝契合，达到高效封堵的目的。且沙漠沙具有快速失水的特性，可以让封堵材料在裂缝内快速形成封堵层，同时又由于添加了可变形材料石墨粉和沥青粉，使得该封堵剂在地层温度升高时能够变形变软，增添了对地层的适应性。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述钻井液用桥接堵漏剂包括：按重量百分比计，沙粒40-60％和填充材料40-60％；其中，沙粒包括粒径为0.2-0.25mm的一级沙粒，粒径为0.1-0.2mm的二级沙粒，填充材料包括质量比为1：(0.8-1.2)的刚性材料和可变形材料，刚性材料为粒径为0.02-0.08mm的超细碳酸钙粉和二氧化硅粉中的一种或两种组合，可变形材料为粒径为0.01-0.06mm的石墨粉和沥青粉中的一种或两种组合。

一种钻井液用桥接堵漏剂的制备方法，将沙粒和填充材料混合并搅拌制得，在混合时，先将沙粒与刚性材料混合并以40-60r\/min的转速搅拌至少10min，然后再加入可变形材料继续搅拌至少10min。

一种钻井液用封堵剂，包括基浆以及权利要求1-8任一项的桥接堵漏剂，桥接堵漏剂占基浆质量的20-30％，基浆包括：按重量百分比计，预水化膨润土浆2-6％，碳酸钠0.1-0.3％，两性离子聚合物包被剂0.2-0.5％，褐煤树脂1-5％，氯化钾1-5％，黄原胶0.02-0.15％，余量为水。

本发明具有以下有益效果：

本发明的桥接堵漏剂能在沙漠地区钻井过程中钻遇裂缝时快速形成稳定的封堵层，且形成的封堵层结构致密，性质稳定，不但解决了井筒漏失问题，同时封堵剂中主要颗粒架桥材料可以就地取材，也可以有效降低运输成本和保证施工人员的安全。

本发明的封堵剂的流动性好，颗粒架桥材料沙粒能够进入沙漠地区地层裂缝中进行桥接，填充材料也能在裂缝中与颗粒架桥材料进行辅助封堵，同时也能阻挡颗粒架桥材料和钻井液流失到地层，防止形成地层污染和损害，随后由于颗粒架桥材料的快速失水性形成致密封堵层，达到封堵地层裂缝的目的，封堵效果好。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在未特别说明的情况下，本发明的下列实施例采用的沙粒为塔克拉玛干沙漠沙。

实施例1

本实施例的钻井液用桥接堵漏剂，包括：按重量百分比计，沙粒40％和填充材料60％；其中，沙粒包括粒径为0.2mm的一级沙粒，粒径为0.1mm的二级沙粒，一级沙粒与二级沙粒的质量比为1:0.8，所述填充材料包括质量比为1：0.8的刚性材料和可变形材料，所述刚性材料为粒径为0.02mm的超细碳酸钙粉，所述可变形材料为粒径为0.01mm的石墨粉。

实施例2

本实施例的钻井液用桥接堵漏剂，包括：按重量百分比计，沙粒60％和填充材料40％；其中，沙粒包括粒径为0.25mm的一级沙粒，粒径为0.2mm的二级沙粒，一级沙粒与二级沙粒的质量比为1:1，所述填充材料包括质量比为1：1.2的刚性材料和可变形材料，所述刚性材料为粒径为0.08mm的二氧化硅粉，所述可变形材料为粒径为0.06mm的沥青粉。

实施例3

本实施例的钻井液用桥接堵漏剂，包括：按重量百分比计，沙粒55％和填充材料45％；其中，沙粒包括粒径为0.24mm的一级沙粒，粒径为0.12mm的二级沙粒，一级沙粒与二级沙粒的质量比为1:1.2，所述填充材料包括质量比为1：1的刚性材料和可变形材料，所述刚性材料为粒径为0.06mm的超细碳酸钙粉，所述可变形材料为粒径为0.03mm的弹性石墨粉。

实施例4

本实施例的钻井液用桥接堵漏剂，包括：按重量百分比计，沙粒50％和填充材料50％；其中，沙粒包括粒径为0.22mm的一级沙粒，粒径为0.12mm的二级沙粒，所述填充材料包括质量比为1：1的刚性材料和可变形材料，所述刚性材料为粒径为0.05mm的超细碳酸钙粉和二氧化硅粉，所述可变形材料为粒径为0.02mm的石墨粉和沥青粉。

实施例5

本实施例的钻井液用桥接堵漏剂，包括：按重量百分比计，沙粒45％和填充材料55％；其中，沙粒包括粒径为0.23mm的一级沙粒，粒径为0.15mm的二级沙粒，所述填充材料包括质量比为1：1刚性材料和可变形材料，所述刚性材料为粒径为0.04mm的超细碳酸钙粉和二氧化硅粉，所述可变形材料为粒径为0.03mm的石墨粉和沥青粉中。

实施例6

本实施例的钻井液用桥接堵漏剂的制备方法：

以100重量份封堵剂总重量为基准，取40重量份的塔克拉玛干沙漠沙，30重量份的刚性填充材料超细碳酸钙粉末，其中，架桥材料沙漠沙又分为两级，粒径0.25mm的沙漠沙作为一级架桥材料，粒径为0.1mm的作为二级架桥材料，二者比例为1:1，超细碳酸钙粉末的粒径为0.05mm，依次放入搅拌器中混合，转速为50r\/min，搅拌时间为10min以上，再加入30重量份粒径为0.02mm的沥青粉末，继续搅拌10min以上，得到桥接堵漏剂Q1。

实施例7

本实施例用于说明本发明的封堵剂及其制备方法：

基浆组成：4％预水化膨润土浆+0.2％碳酸钠(Na_{2<\/sub>CO_{3<\/sub>)+0.3％两性离子聚合物包被剂(FA-367)+3％褐煤树脂(SPNH)+3％氯化钾(KCl)+0.1％黄原胶(XG)。}}

取100重量份基浆，开动搅拌器使其匀速搅拌，取25重量份桥接堵漏剂Q1加入基浆，以1000r\/min转速搅拌30min以上，测试其流变性、滤失量及其对天然裂缝的封堵效果，其性能及效果如表1所示。

实施例8

本实施例用于说明本发明的封堵剂及其制备方法：

按照实施例7的方法制得封堵剂Q2，与实施例7不同之处在于，以100重量份封堵剂总重量为基准，Q2中的沙漠沙加量为50重量份，超细碳酸钙粉末的加量为25重量份，沥青粉末加量为25重量份。

实施例9

本实施例用于说明本发明的封堵剂及其制备方法：

按照实施例7的方法制得封堵剂Q3，与实施例7不同之处在于，Q3中的架桥材料沙漠沙分为两级，一级架桥材料粒径为0.2mm，二级架桥材料粒径为0.15mm。

实施例10

本实施例用于说明本发明的封堵剂及其制备方法：

按照实施例7的方法制得封堵剂Q4，与实施例7不同之处在于，Q4中的沙漠沙取自库布奇沙漠。

实施例11

本实施例用于说明本发明的封堵剂及其制备方法：

按照实施例7的方法制得封堵剂Q5，与实施例7不同之处在于，Q5中的沙漠沙取自库布奇沙漠，且以100重量份封堵剂总重量为基准，沙漠沙的加量为50重量份，超细碳酸钙粉末的加量为25重量份，沥青粉末加量为25重量份。

实施例12

本实施例用于说明本发明的封堵剂及其制备方法：

按照实施例7的方法制得封堵剂Q6，与实施例7不同之处在于，Q6中的沙漠沙取自库布奇沙漠，且沙漠沙分为两级，一级架桥材料粒径为0.2mm，二级架桥材料粒径为0.15mm。

实施例13

本实施例用于说明本发明的封堵剂及其制备方法：

按照实施例7的方法制得封堵剂Q7，与实施例7不同之处在于，Q7中的沙漠沙取呼伦贝尔沙地。

实施例14

本实施例用于说明本发明的封堵剂及其制备方法：

按照实施例7的方法制得封堵剂Q8，与实施例7不同之处在于，Q8中的沙漠沙取自呼伦贝尔沙地，且以100重量份封堵剂总重量为基准，沙漠沙的加量为50重量份，超细碳酸钙粉末的加量为25重量份，沥青粉末加量为25重量份。

实施例15

本实施例用于说明本发明的封堵剂及其制备方法：

按照实施例7的方法制得封堵剂Q9，与实施例7不同之处在于，Q9中的沙漠沙取自呼伦贝尔沙地，且沙漠沙分为两级，一级架桥材料粒径为0.2mm，二级架桥材料粒径为0.15mm。

对比例1

按照实施例7的方法制得封堵剂D1，与实施例7不同之处在于，D1中不含沙漠沙。

对比例2

按照实施例7的方法制得封堵剂D2，与实施例7不同之处在于，D2中不含刚性填充材料超细碳酸钙粉末。

对比例3

按照实施例7的方法制得封堵剂D3，与实施例3不同之处在于，D3中不含可变形材料沥青粉末。

对比例4

按照实施例7的方法制得封堵剂D4，与实施例7不同之处在于，D4中将沙漠沙的粒径换为0.08mm。

对比例5

按照实施例7的方法制得封堵剂D5，与实施例7不同之处在于，D5中将可变形材料沥青粉末换为橡胶粉末。

对比例6

按照实施例7的方法制得封堵剂D6，与实施例7不同之处在于，以100重量份封堵剂总重量为基准，D6中的沙漠沙加量为90重量份，超细碳酸钙粉末加量为5重量份，沥青粉末加量为5重量份。

对比例7

按照实施例7的方法制得封堵剂D7，与实施例7不同之处在于，以100重量份封堵剂总重量为基准，D7中的沙漠沙加量为20重量份，超细碳酸钙粉末加量为40重量份，沥青粉末加量为40重量份。

试验例

采用六速旋转粘度计对该桥接堵漏剂的流变性进行测量；用API滤失仪对该桥接堵漏剂的滤失量进行测量；采用高温高压动静态堵漏仪对堵漏剂的封堵效果进行测量，实验采用长度为300mm，入口宽度为0.3mm，出口宽度为0.1mm的钢质楔形组合裂缝板。

具体测试方法：

流变性测试方法：用烧杯取待测封堵剂，然后倒入六速旋转粘度计的样品杯内至刻线处，立即置于托盘上，上升托盘使内杯液面达到外转筒刻线处，接通电源，打开开关，迅速从高速调整到低速进行测量，待刻度盘的读数稳定后，分别记录各转速下的读数，即可得到3r\/min、6r\/min、100r\/min、200r\/min、300r\/min、600r\/min对应的读数。

API滤失量测试方法：取出钻井液杯组件，要确保各部件，尤其是滤网清洁干燥无损坏，然后用手堵住钻井液杯输气接头小孔处，注入一定量的钻井液至杯内刻线处，依次放入“O”型密封圈、滤纸、杯盖、压紧丝杠，拧紧压紧旋钮，组装钻井液杯组件；检查放气阀体内“O”形密封圈是否完好，并确保放气孔无堵塞；将注入钻井液并安装完后的钻井液杯倒置，输气接头端向上装入放气阀体内并旋转90°，确保安装到位；将干燥的量筒对准钻井液杯滤水口接收滤液；打开气源，顺时针方向慢慢旋转减压阀，将压力调至0.69MPa；按“进气”箭头方向，推动浮动阀芯螺帽，待指针开始波动或有气流声进入钻井液杯时启动秒表记录滤失时间，实验时间为30min；时间到后将浮动阀芯螺帽向回推(此时钻井液杯内余气排出)；记录滤液的体积并作为API滤失量；在确定内部压力全部放掉的前提下，从支架上取下钻井液杯，拆开钻井液杯并洗净放置好；仪器使用完后关闭气源，按“进气”箭头方向，推动浮动阀芯螺帽，放掉系统内余气；关掉气源。

封堵效果的测试方法：将2200mL试验浆先加入滚子加热炉中加热，设定温度为120℃，时间为16小时；取加热后的试验浆2000mL，然后倒入堵漏仪罐体中，旋紧堵漏仪盖密封罐体，经过空压机加压，控制加压速度，每5分钟增加1MPa，增压至5MPa，观察并记录裂缝出口漏失液量。实验结束后，关闭空压机，泄压，拆开组合缝板观察堵漏材料对裂缝的堵塞位置及堵塞段长度。

所有的测试结果见表1。

表1

通过上述实施例7-15和对比例1-7以及表1中的数据可知：

本发明所述桥接堵漏剂Q1-Q9在压差作用下均可顺利进入裂缝内部，并且能够在裂缝内部形成致密的封堵层和较短的堵塞段，以此实现对天然裂缝进行有效封堵，从而解决钻井时遇到的井漏问题。

对比例1的D1中不含刚性架桥材料沙漠沙，填充材料相对于沙漠沙来说，粒径较小，加之无架桥材料，故只能在裂缝尾部出口处形成一小段封堵段，封堵深度较大，封堵段长度较长，漏失液量相应增加。

对比例2的D2中不含刚性填充材料超细碳酸钙粉末，导致架桥材料沙漠沙的颗粒之间的缝隙无法被充分填充，漏失液量相应增加。

对比例3的D3中不含可变形填充材料沥青粉末，加之实验模拟地层高温条件，受热后封堵剂刚性架桥颗粒和刚性填充材料之间的缝隙无可变形材料来填充，漏失液量相应增加。

对比例4的D4中沙漠沙的粒径较小，使得封堵剂形成的封堵段更长，封堵深度更大，导致漏失液量也更多。

对比例5的D5中的可变形填充材料替换成橡胶粉末，使得在地层高温条件下橡胶颗粒受热膨胀，封堵剂颗粒之间缝隙增大，导致漏失液量增加。

对比例6的D6中填充材料含量较少，颗粒架桥材料虽然进入了裂缝中，但是由于缺少填充材料，架桥材料颗粒之间的缝隙导致无法进行有效封堵，封堵剂几乎全部漏失。

对比例7的D7中架桥材料沙漠沙的含量很低，填充材料成了封堵剂的主要部分，又填充材料整体粒径很小，使得虽然能够形成封堵段，但是形成的封堵段很长，且封堵深度很大，几乎使封堵剂全部漏失。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

设计图

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