Aus-Plug堵漏剂在金厂河等矿区绳索取心钻孔漏失中的应用

钻孔漏失是钻探施工中一直较难解决的难题,尤其是绳索取心钻进施工中的严重漏失,造成钻进效率低、施工成本高的后果,严重的直接威胁钻孔安全、甚至会导致钻孔报废。Aus-Plug是2006年自国外引进的高效延时膨胀钻孔堵漏剂,Aus-Plug钻孔堵漏剂的使用较好地解决了我院绳索取心钻孔漏失的问题。2003年至今,根据我院用绳索取心钻进工艺在多个矿区试验及钻进施工中遇到的不同地层、不同漏失方式特点,通过多年生产实践,摸索和总结了绳索取心钻进施工中冲洗液漏失的危害及采用的一些堵漏施工方法。同时也总结了Aus-Plug钻孔堵漏剂在不同漏失情况下比较实用有效的应对堵漏方法,较快推动了我院绳索取心钻进工艺施工的应用和发展。

温敏形变纤维胶囊堵漏剂的开发及评价

针对现有玻璃纤维、聚丙烯纤维、剑麻纤维、陶瓷纤维等纤维材料的尺寸过大及加量过大导致水泥浆混拌过程中混配困难和浆体增稠的难题,研发了具有形状记忆功能的温敏形变纤维胶囊。当温度低于形变响应温度时,纤维胶囊的粒径较小,在漏失通道内形成高密度颗粒填充;当温度达到形变响应温度后,纤维胶囊激活发生膨胀变形,高密度颗粒之间相互挤压充填,在漏失通道内高强度架桥堆积,进而封堵漏失层。该纤维胶囊可将6 mm的纤维封装在3 mm的胶囊中,从而提高纤维材料在堵漏水泥中的有效含量及尺寸,改善水泥浆封堵能力,降低工作过程中的漏失风险,保证固井质量。加入温敏形变纤维胶囊堵漏剂的水泥浆流动度均值为22 cm,初始稠度为25 Bc,与纯水泥浆相似,相比于直接添加纤维材料,水泥浆体流态明显改善,可泵性大幅度增强,同时水泥石抗压强度也大幅提高,堵漏剂加量为5%时水泥石7 d的抗压强度可达50 MPa,解决了纤维水泥浆混配困难和浆体增稠的难题,对保证固井质量具有一定的实际意义。

自降解聚合物堵漏剂的合成与应用

钻井液漏失问题是长期存在于钻井作业中并且一直未能得到较好解决的技术难题,目前常用的聚合物凝胶堵漏材料存在承压能力低、吸水膨胀量小、抗温抗盐性差、不能自降解等缺点。为此优选了合成自降解聚合物堵漏剂的单体,通过正交实验确定了最佳合成条件,合成了自降解聚合物堵漏剂。该堵漏剂刚开始遇水膨胀率较小,能够快速进入裂缝部位产生封堵,随着时间的延长,体积不断膨胀,在裂缝处形成嵌压式封堵层,提高堵漏剂在裂缝性漏失层的滞留能力和封堵层的抗剪切强度。实验结果表明,该堵漏剂饱和吸水量最大可达156.9 g/g;21 d的降解率超过90%。在聚磺钻井液体系中分别加入5%的自降解堵漏剂和其它现有的几种堵漏剂后,针对3~5 mm的锲形裂缝,自降解堵漏剂钻井液体系承压压力可达17.5 MPa,堵漏效果明显优于现有堵漏剂;利用3 mm的裂缝性岩心模拟地层条件进行动态损害实验评价,岩心渗透率恢复值达到90%,且油气层保护效果良好。现场应用表明,该钻井液堵漏体系能够对裂缝型漏失地层实现良好的封堵,具有一定的应用前景。

旋转导向仪器用随钻堵漏剂

旋转导向仪器常被部分随钻堵漏剂堵塞筛网,造成井下仪器信号传递中断、井眼轨迹偏移、钻井液循环受阻等问题,且常用随钻堵漏材料易引起钻井液黏度大幅上涨,造成内耗大、滤饼厚等系列问题。因此要求随钻堵漏剂兼顾“可通过旋导”与“强封堵”性能且对钻井液黏度影响较小。以抗温植物纤维为原料,通过粉碎、筛析及疏水改性等步骤研发了一种随钻堵漏纤维(纤维1-1),依据行业标准评价其基本性能,并建立了一种随钻堵漏剂过旋导性能的评价方法。结果表明:纤维1-1基本性能均达到行业标准,其中,表观黏度增长率为10%,封闭滤失量为26 mL;加入纤维后钻井液循环30 min,压力增幅E<5%,具有良好的过旋导能力;在150℃、6 MPa实验条件下,加入3%纤维1-1的水基和油基钻井液体系能够封堵20~40目砂床,累计漏失量分别为4 mL和8 mL。最后,利用Zeta电位测试、微观形貌观察分析了纤维过旋导和堵漏机理。

松散破碎地层钻进高吸水树脂堵漏剂合成与评价

地质钻探过程中面临着诸多挑战,其中井漏问题尤为突出,特别是在破碎地层中,井漏问题的发生频次更高。因此,研制适用于松散破碎地层的钻井液体系维持破碎地层快速钻进具有重要的实际意义。通过优化实验确定了适用于破碎地层堵漏的惰性材料及配方,采用水溶液聚合法制备了高吸水树脂(Super Absorbent Polymer,SAP),0~100℃条件下的吸水倍数在100倍以上;使用无渗透钻井液漏失仪对SAP的粒径及浓度进行了优选,0.3%的4~8目SAP为最优选择,最终优选出破碎地层堵漏钻井液体系配方:水+8%膨润土+0.1%黄原胶+0.6%HVCMC+2%核桃壳+1%云母片+2%特种纤维+0.3%的4~8目SAP。该钻井液体系能够完全封堵10~20目砂粒充填床,在0.69 MPa压力下漏失量为0 mL,在0~60℃范围内具有良好的流变稳定性,表观粘度25~48 mPa·s、动切力6~18 Pa、API滤失量为7~11 mL、润滑系数0.311,在松散破碎地层堵漏中体现出了良好的应用前景。

合成基钻井液堵漏剂BSD-II的研究

合成基钻井液漏失问是石油钻探作业过程中一直未能解决的技术难题。目前现场用堵漏材料存在形变能力差、与合成基钻井液相容性不好、在漏失层滞留时间短、不能够形成有效封堵等,在处理井漏时易造成反复漏失,严重时引起堵漏失败。室内配制了一种合成基钻井液,制备了一种合成基钻井液可酸化固结型堵漏剂BSD-II,其基本组成如下:65%~70%强度调节剂B,10%~15%活化剂S,15%~20%密度调节剂D。性能评价表明,该堵漏剂可以抗15%的合成基钻井液污染,酸溶性能好,可以与其它膨胀性聚合物复配使用。BSD-II单独使用可封堵2.0 mm × 1.0 mm裂缝和2.0 mm × 2.0 mm裂缝,承压能力为15 MPa和12 MPa;BSD-II与遇水膨胀性聚合物复配使用,可封堵3.0 mm × 2.0 mm裂缝,保证堵漏后的承压能力至15 MPa,具有一定的应用前景。

聚合物凝胶堵漏剂配方及其在高原铁路超深水平孔中的应用进展

高原铁路横穿藏东南缘,区域岩性复杂多变,岩体强度以及完整程度差异极大,致使线路勘察异常艰难。在开展的超深水平定向孔钻探勘察中,孔内漏失、掉块严重,严重影响钻探进度。分析认为,漏失通道大,水泥浆、PAM+SZ803高分子堵漏剂等传统堵漏材料径向渗透力弱、凝结性差和提下钻时的抽汲作用等多因素,共同导致掉块卡钻、坍塌埋钻、漏失、钻孔弯曲等井下复杂现象发生。为解决水平孔超深部裂缝性漏失问题,利用聚合物凝胶自由交联作用机理,合成一种新型聚合物凝胶堵漏剂。通过实验测试配方中交联剂、延缓剂(GH-8)、羧甲基纤维素的含量以及温度对成胶黏度、成胶时间影响,当聚乙烯醇3%、硼砂2%,羧甲基纤维素0.3%、GH-80.6%,交联温度30~45℃时,成胶时间74~91 min,成胶黏度247400~254400 mPa·s,符合生产需求。承压封堵模拟实验研究表明,加入3%木屑后承压能力还可提高47%,漏失量减少30%以上。生产试验表明,本凝胶堵漏剂配方可有效解决裂缝性漏失问题,护壁效果明显,具有很好的推广应用前景。

一种双性纤维复合堵漏剂研究与应用

井漏是钻井过程中的井下复杂情况之一,是一项世界性的难题,也是制约油气勘探开发速度的一项主要技术瓶颈。近年来,随着大庆油田勘探开发的不断深入,徐家围子断陷深层砾岩、火山岩气藏已成为油田稳产的重要接替资源之一,其中火山岩地层具有分布广、厚度大、岩性复杂、裂缝发育等特点。目前堵漏的方法和堵漏材料有很多,在堵漏方面已取得了不少成效,但在封堵裂缝性地层时,由于堵漏剂承压能力低和适应性差等原因,导致一次堵漏成功率低,经常发生渗漏、反复漏失甚至恶性漏失等复杂。因此,研制出一种双性纤维堵漏剂,以硬质和软质纤维材料形成空间网络骨架,同时搭配固相颗粒填充在网格中,增强钻井液对裂缝的封堵承压能力,降低堵漏时间,提高堵漏成功率,为大庆致密油气等非常规气藏开发提供技术保障。

钻井过程中新型堵漏剂的研制及应用效果评价

针对钻井过程中容易发生的井漏问题,室内通过大量实验研制出四类新型堵漏剂,即无机材料HWD、吸水膨胀型HXD、凝胶型聚合物HND、黏弹性聚合物HTD堵漏剂。通过对四种新型类型的堵漏剂的制备方法、影响因素、作用机理等方面进行深入分析,研究认为HWD是一种微孔堵剂,主要用于封堵渗透性漏失地层;HXD是一种汲水膨胀聚合堵水材料,其堵漏机理遵循“架桥-堵塞-骨架支撑-变形-填充-吸附-协同封堵”的研究思路;HND为胶态聚合物的堵水剂,在成胶后粘度较高,流动性较好,能在地层中形成较强的胶凝;HTD新型粘弹性聚合物堵剂采用交联聚合方法,在地层中形成高强度的高分子胶凝球体,对储层进行封堵,应用效果评价显示4种堵漏剂堵漏效果显著。

油基钻井液高滤失复合堵漏剂的研制及性能评价

油基钻井液漏失严重降低了钻井作业的效益,而油基钻井液常用堵漏方式单一,堵漏成功率低。针对这一问题,本文优选出改性纤维棉(吸油棉纤维与抗静电复合纤维混合物)、刚性树脂、石英砂+云母(1∶1)、硅藻土分别作为柔性纤维材料、刚性颗粒、渗滤填充颗粒、助滤剂。通过4种材料的不断复配优选,最终得到高滤失复合堵漏剂基本配方为5%改性纤维棉(0.5~3.0 mm)+40%刚性树脂(200目)+50%渗滤填充颗粒(400目)+5%助滤剂(200目)。该高滤失复合堵漏剂在油基钻井液中悬浮稳定性好,1 mm缝板承压能力为5 MPa。高滤失复合堵漏剂在封堵效果方面展现出卓越的性能,能够快速滤失形成高强度封堵塞。高滤失复合堵漏剂弥补了油基钻井液缺少高失水堵漏手段及相关堵漏材料,为油基钻井液堵漏提供了新方法。

一种聚合物交联堵漏剂的研制与评价

针对裂缝型或缝洞型失返性漏失,堵漏材料在井下被流体稀释,导致堵漏成功率低的问题,以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)单体为原料,span80为乳化剂,过硫酸钾/亚硫酸氢钠(KPS/SHS)为氧化还原引发剂,采用乳液聚合方法,制备聚合物乳液;聚合物乳液中加入4%~8%Tween80作为转相剂,1%~3%三氯化铬作为交联剂,即可制备遇水交联增稠,快速形成高强度的弹性体的聚合物交联堵漏剂。实验评价表明该聚合物交联堵漏剂在地面可以泵送至井底,井底遇水交联增稠井可驻留能力强;堵漏剂交联增稠交联时间可控,稠化时间最短可达4~5s,交联时间最短可达60min;堵漏剂交联增稠时间受井底温度、钻井液地层水的矿化度、循环的钻屑以及膨润土浆的含量等因素影响较小,形成的较高强度弹性体,可以为水泥等其他堵漏材料提供较强承托能力,减少流体对水泥稠化性能的影响,提高钻完井过程中的裂缝型或缝洞型失返性漏失的堵漏成功率。

一种堵漏剂在破碎带地层矿井钻探中的应用探讨

为更好地适应破碎带地层钻探施工的封堵要求,利用丙烯酸脂类单体、偶氮类(引发剂)和吩噻嗪(阻聚剂)制备一种兼顾护壁与堵漏双重功能的堵漏剂。该堵漏剂采用本体聚合法制备,首先在温度45℃,引发剂掺量为100 ppm制备得到预聚体,然后再在70℃反应温度和引发剂掺量300 ppm制备得到堵漏剂成品;堵漏剂的成胶时间为100 min,1 h后黏度可以达到3500 mPa·s,侯凝10 h后胶块抗压强度可以达到37.5 MPa,现场堵漏应用效果良好,可在破碎带地层钻井封堵施工中应用。

油基高滤失堵漏剂室内性能研究

油基钻井液在油气勘探开发复杂地层钻探中的应用越来越广泛,一旦油基钻井液漏失将会造成严重的经济损失和井下复杂情况。针对油基钻井液漏失,研制了一种新型油基高滤失堵漏剂,开展了室内性能研究,并探讨了油基高滤失堵漏机理。结果表明,新型油基高滤失堵漏剂与油基钻井液配伍性良好,其堵漏浆8h悬浮稳定性好,可抗150℃高温,在0.7MPa压力1min内可快速沉积、滤失形成滤饼。采用砂床封堵实验和缝板封堵实验检验了堵漏剂的堵漏效果和承压能力,可以封堵粒径12~21mm的砾石床和4mm以下的裂缝和孔洞,承压可达7MPa。该油基高滤失堵漏剂适用于失返性漏失层段的油基钻井液漏失,具有良好的现场推广应用前景。

川渝地区油基钻井液用胶结型随钻堵漏剂研究

研究了川渝地区油基钻井液用胶结型随钻堵漏剂的材料选择、制备工艺、性能测试及其在实际钻井过程中的应用。通过对胶结材料、添加剂和增强剂的选择,制备出适用于油基钻井液的胶结型堵漏剂。通过一系列性能测试,验证其在油基钻井液中的有效性。应用研究部分详细描述了施工前准备、现场应用步骤及施工过程中的监测与调整,展示了该堵漏剂在实际钻井中的封堵效果和经济效益。

新型温度响应型蠕虫状胶束堵漏剂合成与评价

针对水泥浆在封堵大尺度裂缝或溶洞出现的浆体滞留性差无法有效封堵、固化选择性差伤害储层等典型缺陷,利用表面活性剂分子缔合蠕虫状胶束理论,以N,N-二甲基环己胺(DMCHA)和山嵛酸(BA)合成堵漏剂TDL,并采用傅里叶变换红外光谱仪和核磁共振仪对合成堵漏剂进行结构表征;将TDL与煤油形成堵漏工作液,使其与水接触发生相间自组装,采用小角度X-射线散射仪(SAXS)和设计的倒置承压装置以评价堵漏体系的壁面稳定性和承压能力。结果表明:红外光谱和核磁氢谱均发现R—COO—NH^(+)(CH_(3))_(2)—R′的特征结构显示,且原料无残留;堵漏体系在地层水-封堵剂界面之间形成层间距为123.20Å的液晶层状凝胶结构,单位质量封堵剂承压压强达到78 MPa,承压下稳定时间超过30 d;堵漏体系在温度低于65℃时稳定存在,高于80℃流动性好,失去封堵效果。新型响应型蠕虫状胶束堵漏剂对中低温漏失层具有良好的封堵性能,亦可作为水泥堵漏前置段塞以应对恶性漏失。

裂缝性储层环氧树脂自降解堵漏剂的制备与评价

针对裂缝性储层承压封堵与保护储层技术难题,基于环氧树脂材料自降解机理分析,研制了一种新型环氧树脂自降解堵漏剂,并探究了固化剂及改性剂加量对新型环氧树脂自降解堵漏剂性能的影响。借助承压强度实验、长裂缝封堵模拟实验装置、储层保护实验仪等,开展了抗压强度、裂缝封堵及储层保护性能测试。实验结果表明,新研制的环氧树脂自降解堵漏剂具有良好的降解性能,在不同温度下最终降解率均能达到90%以上,120℃下96 h降解率大于95%,且通过调整改性剂加量可实现降解速率可调,使其匹配施工时间窗口;同时自降解堵漏剂具有较高的弹性模量和良好的抗压破碎率,在30 MPa下抗压破碎率仅为6.2%,结合粒度级配优选,新型环氧树脂自降解堵漏剂可有效封堵0.5~4.0 mm之间的裂缝,具有较好的裂缝承压封堵效果,储层保护实验结果表明,自降解堵漏剂降解8 d后,岩心渗透率恢复率达99.1%,储层保护效果良好。

一种新型亲油纤维堵漏剂的研发

油基钻井液堵漏大多采用水基堵漏材料,亲水性堵漏材料在油基钻井液中不容易分散、易团聚,导致堵漏难度大,钻井液漏失后堵漏时效长,严重制约了钻井提速提效,并会造成相当大的经济损失。为此,针对油基钻井液堵漏剂封堵承压能力不足的问题,对天然植物纤维进行了表面亲油改性,并通过氢氧化钠对非纤维素成分的碱化和硅烷偶联剂与纤维素的羟基反应改性制得亲油植物纤维,使植物纤维具有亲油分散性能,进而研发得到了一种新型亲油纤维堵漏剂。研究结果表明:①为增强多尺度裂缝封堵效果,优选亲油聚氨酯海绵、微米刚性颗粒和亲油胶体颗粒进行复配得到亲油纤维堵漏剂,室内评价了其对0.2 mm、0.5 mm、0.8 mm和1.0 mm微裂缝的封堵性能,并测试了亲油纤维堵漏剂与其他堵漏材料对2~5 mm裂缝的协同封堵性能;②亲油纤维堵漏剂对0.2 mm和0.5 mm裂缝封堵承压强度达到8 MPa以上,0.8 mm裂缝封堵承压强度达到3 MPa,1.0 mm裂缝封堵承压强度达到2.5 MPa;③对于2 mm、3 mm和5 mm等不同宽度裂缝,亲油纤维堵漏剂的加入可显著降低漏失量。结论认为:①亲油纤维堵漏剂在页岩油气井进行了14井次现场堵漏试验,一次堵漏成功率85.7%,展示了良好的应用前景;②亲油纤维堵漏剂更适合油基钻井液的堵漏,该新型堵漏剂为页岩油气的高效开发提供了技术保障。

高温延迟交联聚合物堵漏剂的制备与性能

针对目前凝胶堵漏材料注入性差、高温成胶时间短等问题,以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为单体,偶氮二异丁脒盐酸盐为引发剂,聚乙烯亚胺和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,以自由基聚合与聚合物交联相结合的方法,研发了一种具有成胶强度高、高温成胶时间可控等优点的高温延迟交联聚合物堵漏剂PM-1,并通过正交实验和单因素实验得到了PM-1的最优制备条件,评价了PM-1的注入性、成胶性和堵漏性,并分析了PM-1的高温延迟交联机理。结果表明,堵漏剂PM-1的最佳制备条件为:单体质量分数为10%(AM、AMPS物质的量比为4∶1),聚乙烯亚胺加量为0.4%,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺加量为0.2%,偶氮二异丁脒盐酸盐加量为0.1%,自制聚合物BRZ加量为1.2%;该堵漏剂具有良好的注入性能;堵漏剂在130℃下老化96 h后仍可封堵粒度1.7~4 mm的砂层,与惰性材料所形成的复合凝胶对5 mm的裂缝漏层承压能力达6 MPa;添加0.4%聚乙烯亚胺能够使堵漏剂的交联时间延长3~5 h,可保证地下交联凝胶堵漏施工的顺利进行。

新型抗高温凝胶堵漏剂的制备与评价

针对常规凝胶堵漏剂的抗温性能较差、凝胶强度不足等问题,以抗高温聚合物作为成胶剂,添加适量的凝胶增强剂和纤维类增韧剂,构成抗高温凝胶基液,再与复合有机交联剂反应,开发了一种新型抗高温凝胶堵漏剂。测试结果表明,该凝胶堵漏剂的剪切稀释特性较好,在0.1~100 Pa的剪切应力条件下,其储能模量数倍于耗能模量,表现出良好的黏弹特性。同时该凝胶堵漏剂的抗温能力达140℃,渗透性模拟堵漏承压能力达7 MPa,裂缝性模拟堵漏承压能力达4.0 MPa。

抗返吐堵漏剂的研制及现场应用

针对川渝区块页岩气堵漏高承压、易返吐的特点,以高软化点树脂为主体,研制了抗返吐堵漏剂(ARP)。室内评价了ARP堵剂在现场油基钻井液中的分散性、与现场堵漏剂的胶结强度,并测试了其胶结固化后的承压能力和抗返吐能力。结果表明,ARP堵剂的最优配方为环氧树脂(软化点90℃)、铁矿粉、20%二乙基甲苯二胺。当堵剂密度为1.8 g/cm^(3)、粒径为0.5~2.0 mm时,其在现场油基钻井液中的分散性较好。ARP堵剂具有变形和胶结固化能力,与桥堵颗粒复配使用时,可在地层裂缝中与其他普通堵漏颗粒胶结固化,从而提高整体封堵段塞的承压能力和抗返吐能力。将ARP堵剂与现场堵漏剂复配使用时,ARP适宜的占比为15%~25%,复合堵剂的胶结强度可达2.7~7.8 MPa。将ARP配制的堵漏浆用于封堵2~3 mm裂缝,正向承压可达8 MPa,抗返吐承压能力可达3.3 MPa。根据材料特点,在四川长宁某井设计现场施工该工艺并应用,取得了较好的堵漏效果。