一种油基钻井液堵漏剂及其应用的制作方法

1.本发明涉及油基钻井液堵漏领域，尤其涉及一种油基钻井液堵漏剂及其应用。


背景技术：

2.钻井井漏是指在钻井过程中，钻井液部分或全部漏入地层的一种井下复杂工况。通过对井漏问题的研究发现，不同类型的钻井液对漏失的影响具有明显差异，油基钻井液较水基钻井液更容易发生漏失。当前随着复杂地层勘探开发的深入，国内非常规油气领域油基钻井液的使用量越来越大，油基钻井液的井漏问题也越来越多，严重影响了油气勘探开发进程。
3.目前国内油基钻井液堵漏剂配套还不够完善，相关研发和应用成果相对较少。cn105441044a公开了一种油基钻井液用堵漏剂，由纤维、核桃壳、吸油聚合物颗粒、油基核壳膨胀封堵剂组成。cn105505337a公开了一种可变形油基钻井液用堵漏剂及其制备方法，以正硅酸酯为原料采用乳液聚合的方法制备了可变形堵漏剂。cn104448136a公开了一种油基钻井液用随钻堵漏剂的制备方法，该堵漏剂采用丙烯类水溶性单体和无机粉末材料，通过乳液悬浮聚合制得。cn106634898a公开了一种油基钻井液用随钻堵漏剂，该堵漏剂由片状材料、颗粒材料和纤维材料组合而成。cn105368409a公开了一种油基钻井液用复合型堵漏剂，该堵漏剂由堵漏材料、纤维材料、油溶胀材料、亲油性超细颗粒材料、亲油性片状材料组成。
4.桥接堵漏材料是一类目前较为常见的堵漏剂，其粒度分布相对固定，难以有效封堵不同孔径尺寸分布的漏失通道。
5.交联固结类堵漏剂材料也是一类较为常见的堵漏剂。在堵漏施工中，这一类堵漏剂中的各组分在井下发生化学反应，形成固结体，将井下漏失通道、包括其中的钻井液和堵漏材料，凝固为一个整体，对漏失通道进行封堵。但是交联固结类堵漏剂一般需要专业人员和专用设备，作业准备时间长、要求高。同时，为避免固结类堵漏剂入井后凝固过快发生固结井下钻具等复杂事故，该类堵漏剂需要相对较长的候凝时间，其堵漏效果要待固结完全后才能充分体现。该类堵漏剂的使用要求较高，耗时较长，且具有相对较高的施工风险。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种油基钻井液堵漏剂及其应用。该油基钻井液堵漏剂通过添加温控膨胀材料和溶胀封堵材料，形成以温度刺激响应和溶剂刺激响应联动的协同增效机制，提高了桥接堵漏材料对不同孔径尺寸分布漏失通道的封堵能力。
7.为了达到上述目的，本发明提供了一种油基钻井液堵漏剂，其中，以质量百分比计，该油基钻井液堵漏剂包括：桥接封堵材料30-90％，温控膨胀材料1-40％，溶胀封堵材料1-40％，各组成成分的百分比之和为100％。
8.在上述油基钻井液堵漏剂中，优选地，以质量百分比计，所述油基钻井液堵漏剂包
括：桥接封堵材料40-80％，温控膨胀材料2-30％，溶胀封堵材料2-30％，各组成成分的百分比之和为100％。
9.在上述油基钻井液堵漏剂中，优选地，所述桥接封堵材料包括碳酸钙、弹性石墨、粉状沥青、云母、蛭石、海泡石、石英、玻璃纤维、玄武岩纤维和竹纤维中的一种或两种以上的组合。
10.在上述油基钻井液堵漏剂中，优选地，所述温控膨胀材料是由基体材料和固化剂通过热固化反应制得的。
11.在具体实施方案中，所述温控膨胀材料是一种含有固定相(即固化剂形成的固化交联点)和可逆相结构(即基体材料)的、具备温度响应形变能力的材料。该温控膨胀材料具有受热膨胀的能力，其在室温下具备相对较小的尺寸；而温控膨胀材料进入漏失地层后，随着地层温度的升高，其可逆相结构能够在60℃-100℃条件下发生软化并引发膨胀形变，形变率可达30％-90％。该温控膨胀材料自身即具有封堵能力，将其添加到油基钻井液堵漏剂中后，能够进一步提升堵漏材料对不同尺寸漏失通道的适应能力和封堵能力。
12.在上述油基钻井液堵漏剂中，优选地，所述基体材料与所述固化剂的质量比为100：(5-40)。
13.在上述油基钻井液堵漏剂中，优选地，所述温控膨胀材料的制备过程(即热固化反应)包括：将基体材料加热熔融后加入固化剂，于60℃-180℃固化2-8小时，将固化的产物热压成型，保压冷却(一般冷却至室温)，制得所述温控膨胀材料。
14.在上述温控膨胀材料的制备过程中，热压过程能够使可逆相的分子链的柔性随着温度升高而逐渐增强，并受压力作用产生形变。保压冷却过程中，保持压力和形变、降低温度使可逆相的分子链的刚性增强，使分子链的应力和形变被冻结。当温控膨胀材料进入地层后，随着地层温度升高，材料受热，其可逆相分子链柔性增强，应力释放，材料发生温控膨胀形变。
15.在上述温控膨胀材料的制备中，固化过程可以分为两个温度梯度进行，即温控膨胀材料的制备包括将基体材料加热熔融后加入固化剂，于80-100℃固化2-4小时，升温至100-150℃固化2-4小时，将固化的产物热压成型，保压冷却，制得所述温控膨胀材料。在固化过程中，固化速度受温度的影响较大，温度过低导致固化缓慢，温度过高，导致固化反应加快、但固化物性能下降。采用分梯度固化，能够获得较快的固化速度，同时保证固化物性能。
16.根据本发明的具体实施方案，所述温控膨胀材料的制备过程还可以包括将固化的产物热压成型，保压冷却后进行造粒粉碎的操作，粉碎所得的颗粒大小可以根据实际堵漏需要进行调整。
17.在上述油基钻井液堵漏剂中，优选地，所述基体材料包括双酚a环氧树脂、双(2,3-环氧基环戊基)醚、聚氨酯、聚乙烯、聚异戊二烯、聚降冰片烯和丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或两种以上的组合。
18.在上述油基钻井液堵漏剂中，优选地，所述固化剂包括4,4’二氨基二苯甲烷、4,4'-二氨基二苯砜、间苯二胺、酚醛胺、邻苯二酸酐、偏苯三甲酸酐甘油酯和二苯醚四酸二酐中的一种或两种以上的组合。
19.在具体实施方案中，所述溶胀封堵材料在油基钻井液中浸泡后，由于相似相容原
理吸油后会发生1％-30％的体积膨胀。该溶胀封堵材料自身即可起到封堵作用，当添加到油基钻井液堵漏剂中时，能进一步提高封堵层的致密程度，强化充填封堵效果。
20.在上述油基钻井液堵漏剂中，优选地，所述溶胀封堵材料包括丁苯橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、甲基丙烯酸酯-苯乙烯共聚物、丙烯酸酯共聚物和氯磺化聚乙烯中的一种或两种以上的组合。
21.根据本发明的具体实施方案，所述油基钻井液堵漏剂可通过将所述桥接封堵材料、温控膨胀材料、溶胀封堵材料直接混合得到。
22.本发明还提供了上述油基钻井液堵漏剂的随钻应用，其中，所述油基钻井液堵漏剂在油基钻井液中的添加量为10-80g/l。在钻井过程中，可将该堵漏剂分散在钻井液中使用，能够有效预防油基钻井液的井漏发生、提高对渗漏、小漏的堵漏效果。
23.本发明还提供了上述油基钻井液堵漏剂在配制堵漏浆中的应用，在发生井漏后能够用于对漏层的封堵，其中，所述油基钻井液堵漏剂在基础油中的添加量为100-250g/l。
24.本发明的有益效果在于：
25.1、本发明提供的油基钻井液堵漏剂具有良好的配伍性和较强的封堵能力。
26.2、本发明提供的油基钻井液堵漏剂具有溶胀特性和温度调控形变能力，可以在多种条件刺激下对封堵材料的骨架空间进行填充，提高堵漏材料对不同孔径尺寸漏失通道的封堵能力，预防和遏制井漏的发生。
27.3、本发明提供的油基钻井液堵漏剂可应用于油基钻井液的井漏预防，或在发生井漏后用于对漏层的封堵。该油基钻井液堵漏剂不发生化学凝固反应、无需候凝，使用风险低，能够节约作业时间，提高效率。
附图说明
28.图1为实施例4的溶胀封堵材料在油基钻井液中的浸泡实验结果。
29.图2为实施例2的温控膨胀材料的形变测试结果。
具体实施方式
30.为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明可实施范围的限定。
31.对比例1
32.本对比例提供了一种未添加堵漏剂的油基钻井液，具体制备方法为：
33.将400ml 5#白油、16g有机土、18g乳化剂、12g降滤失剂、100mlcacl2水溶液搅拌混合，采用重晶石加重钻井液至密度1.5g/cm3，得到油基钻井液。其中，乳化剂是采用妥尔油酸、顺丁烯二酸酐、羟乙基乙二胺制备的。
34.对比例2
35.本对比例提供了一种仅添加桥接封堵材料的油基钻井液，具体制备方法为：
36.1、将60份弹性石墨、20份粉状沥青、20份竹纤维均匀混合后得到桥接封堵材料。
37.2、以对比例1相同的方法制得油基钻井液，将桥接封堵材料按照50g/l的添加比例缓慢加入油基钻井液中，搅拌均匀，得到用于测试的油基钻井液样品。
38.对比例3
39.本对比例提供了一种仅添加桥接封堵材料和溶胀封堵材料的油基钻井液，具体制备方法为：
40.1、将60份弹性石墨、20份粉状沥青、10份竹纤维，10份丁腈橡胶粉混合后得到油基钻井液堵漏剂。
41.2、以对比例1相同的方法制得油基钻井液，将油基钻井液堵漏剂按照50g/l的添加比例缓慢加入油基钻井液中，搅拌均匀，得到用于测试的油基钻井液样品。
42.对比例4
43.本对比例提供了一种仅添加桥接封堵材料和温控膨胀材料的油基钻井液，具体制备方法为：
44.1、将100份双酚a环氧树脂加热熔融后，逐次加入15份4,4’二氨基二苯甲烷并搅拌均匀，于80℃固化4小时，随后热压成型，保压冷却至室温，粉碎造粒制得温控膨胀材料。
45.2、将60份弹性石墨、20份粉状沥青、10份竹纤维，10份步骤1制得的温控膨胀材料混合后得到油基钻井液堵漏剂。
46.3、以对比例1相同的方法制得油基钻井液，将油基钻井液堵漏剂按照50g/l的添加比例缓慢加入油基钻井液中，搅拌均匀，得到用于测试的油基钻井液样品。
47.实施例1
48.本实施例提供了一种油基钻井液堵漏剂。该油基钻井液堵漏剂的制备过程如下：
49.1、将100份双酚a环氧树脂加热熔融后，逐次加入15份4,4’二氨基二苯甲烷并搅拌均匀，于80℃固化6小时，随后热压成型，保压冷却至室温，粉碎造粒制得温控膨胀材料。
50.2、将60份弹性石墨、10份粉状沥青、10份竹纤维，10份步骤1中得到的温控膨胀材料、10份丁腈橡胶粉混合后得到油基钻井液堵漏剂。
51.3、以对比例1相同的方法制得油基钻井液，将油基钻井液堵漏剂按照50g/l的添加比例缓慢加入油基钻井液中，搅拌均匀，得到用于测试的油基钻井液样品。
52.实施例2
53.本实施例提供了一种油基钻井液堵漏剂。该油基钻井液堵漏剂的制备过程如下：
54.1、将100份双酚a环氧树脂加热熔融后，逐次加入8份4,4’二氨基二苯甲烷和5份间苯二胺并搅拌均匀，于80℃固化2小时，升温至150℃固化4小时，随后热压成型，保压冷却至室温，粉碎造粒制得温控膨胀材料。
55.2、将60份碳酸钙、10份粉状沥青、10份竹纤维，10份步骤1中得到的温控膨胀材料、10份丁腈橡胶粉混合后得到油基钻井液堵漏剂。
56.3、以对比例1相同的方法制得油基钻井液，将油基钻井液堵漏剂按照50g/l的添加比例缓慢加入油基钻井液中，搅拌均匀，得到用于测试的油基钻井液样品。
57.实施例3
58.本实施例提供了一种油基钻井液堵漏剂。该油基钻井液堵漏剂的制备过程如下：
59.1、将100份双酚a环氧树脂加热熔融后，逐次加入8份间苯二胺并搅拌均匀，于100℃固化6小时，随后热压成型，保压冷却至室温粉碎造粒制得温控膨胀材料。
60.2、将60份碳酸钙、10份粉状沥青、10份竹纤维，10份步骤1中得到的温控膨胀材料、10份丁腈橡胶粉混合后得到油基钻井液堵漏剂。
61.3、以对比例1相同的方法制得油基钻井液，将油基钻井液堵漏剂按照50g/l的添加
比例缓慢加入油基钻井液中，搅拌均匀，得到用于测试的油基钻井液样品。
62.实施例4
63.本实施例提供了一种油基钻井液堵漏剂。该油基钻井液堵漏剂的制备过程如下：
64.1、将50份双酚a环氧树脂和50份双(2,3-环氧基环戊基)醚加热熔融后，逐次加入18份4,4’二氨基二苯甲烷并搅拌均匀，于100℃固化2小时，升温至150℃固化4小时，随后热压成型，保压冷却至室温粉碎造粒制得温控膨胀材料。
65.2、将50份碳酸钙、20份粉状沥青、15份竹纤维，10份步骤1中得到的温控膨胀材料、5份氢化丁腈橡胶粉混合后得到油基钻井液堵漏剂。
66.3、以对比例1相同的方法制得油基钻井液，将油基钻井液堵漏剂按照50g/l的添加比例缓慢加入油基钻井液中，搅拌均匀，得到用于测试的油基钻井液样品。
67.实施例5
68.本实施例提供了一种油基钻井液堵漏剂。该油基钻井液堵漏剂的制备过程如下：
69.1、将70份双酚a环氧树脂和30份双(2,3-环氧基环戊基)醚加热熔融后，逐次加入15份4,4’二氨基二苯甲烷并搅拌均匀，于80℃固化4小时，升温至100℃固化4小时，随后热压成型，保压冷却至室温粉碎造粒制得温控膨胀材料。
70.2、将50份碳酸钙、10份粉状沥青、15份竹纤维，15份步骤1中得到的温控膨胀材料、10份氢化丁腈橡胶粉混合后得到油基钻井液堵漏剂。
71.3、以对比例1相同的方法制得油基钻井液，将油基钻井液堵漏剂按照50g/l的添加比例缓慢加入油基钻井液中，搅拌均匀，得到用于测试的油基钻井液样品。
72.实施例6
73.本实施例提供了一种油基钻井液堵漏剂。该油基钻井液堵漏剂的制备过程如下：
74.1、将80份双酚a环氧树脂和20份双(2,3-环氧基环戊基)醚加热熔融后，逐次加入13份4,4’二氨基二苯甲烷并搅拌均匀，于80℃固化2小时，升温至150℃固化4小时，随后热压成型，保压冷却至室温粉碎造粒制得温控膨胀材料。
75.2、将50份碳酸钙、10份粉状沥青、10份竹纤维，15份步骤1中得到的温控膨胀材料、15份氢化丁腈橡胶粉混合后得到油基钻井液堵漏剂。
76.3、以对比例1相同的方法制得油基钻井液，将油基钻井液堵漏剂按照50g/l的添加比例缓慢加入油基钻井液中，搅拌均匀，得到用于测试的油基钻井液样品。
77.测试例1
78.对实施例1-6制得的油基钻井液样品与对比例1提供的油基钻井液进行测试，以评价本发明提供的堵漏剂与油基钻井液的配伍性。
79.配伍性测试过程为：实验温度为100℃，采用直读式粘度计测定各样品的粘度和切力，测试过程和计算方法参照gbt 16783.2-2012《石油天然气工业钻井液现场测试第2部分油基钻井液第6节》。配伍性测试结果总结在表1中。
80.如表1所示，加入本发明提供的油基钻井液堵漏剂后，油基钻井液的流变性能(表观粘度、塑性粘度、动切力、初切力、终切力)没有发生明显变化，高温高压滤失量有所降低，破乳电压稳定，表明该堵漏剂与油基钻井液具有良好的配伍性性能。
81.表1
[0082][0083][0084]
测试例2挤注封堵测试
[0085]
采用强化砂床堵漏评价装置对实施例1-6和对比例1-4的油基钻井液样品进行挤注封堵测试，以评价堵漏剂的封堵能力。测试采用石英砂模拟漏层，石英砂尺寸20-40目，砂床厚度20厘米，测试温度为80℃。通过加压系统将测试样注入砂床套筒，随着挤注量的增大，油基钻井液中的堵漏剂在砂床中形成封堵层，挤注压力逐渐增大。记录不同测试样的挤注压力，通过对比挤注压力的大小表征堵漏剂的封堵能力，封堵性能评价测试结果如表2所示。
[0086]
从表2中可以看出，桥接堵漏材料具有提高油基钻井液封堵能力的作用，在此基础上分别加入溶胀堵漏材料或温控膨胀材料能够进一步提高封堵能力，但在单一作用机制下增效不够明显。从实施例1-6样品的测试结果可以看出，挤注压力可从2.2mpa大幅提升至15.2mpa，表明在溶胀封堵材料和温控膨胀材料的双重刺激响应机制下，产生了明显的协同增效作用，进一步提高了封堵层的致密性，显示了良好的封堵能力。
[0087]
表2
[0088]
测试样名称最大挤注压力(mpa)对比例12.2对比例27对比例38.6对比例49.2实施例113实施例213.5实施例312实施例411.4实施例514实施例615.2
[0089]
测试例3溶胀测试
[0090]
本测试例为对实施例4中的溶胀封堵材料(即氢化丁腈橡胶粉)在油基钻井液中的浸泡实验。测试参照gb/t 528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》和gb/t 1690-2010《硫化橡胶或热塑性橡胶耐液体试验方法标准》进行。在拉伸强度测试中，试样为2型哑铃形，拉伸速率为500mm/min；在体积变化测试中，试样为ⅰ型长方形。
[0091]
图1总结了溶胀封堵材料在油基钻井液中的浸泡实验结果。从图1可以看出，溶胀封堵材料在油基钻井液中浸泡后体积发生膨胀，且随着时间延长逐渐增大，与此同时还具有较好的拉伸强度保持率，具备良好的物理性能。
[0092]
测试例4形变测试
[0093]
本测试例是在不同温度下对实施例2制备的温控膨胀材料进行形变测试，具体过程为：先测量片状的温控膨胀材料的厚度，再将其加入油基钻井液中，分别在不同温度下热滚1小时，冷却后测量形变后材料厚度，对比形变前后的试样厚度。
[0094]
图2为温控膨胀材料的形变测试结果。从图2中可以看出，随着温度的升高，试样形变率逐渐增大，在60℃-100℃范围内具有较高的形变能力。