一种适用于缝洞型恶性井漏地层的堵漏剂及制备方法

本发明涉及一种适用于缝洞型恶性井漏地层的堵漏剂及制备方法，属于石油钻井工程堵漏。

背景技术：

1、安全、经济、高效的钻井是加快深部和超深部油气勘探开发进程，提高油气产量的关键前提。然而，深层和超深层地层环境复杂，所钻地层可能存在自然的漏失通道，如高渗透地层、裂缝性地层和溶洞性地层，因此在钻进、固井、测试或修井等井下作业施工中，各种工作液（包括钻井液、水泥浆、完井液以及其他流体等）在压差作用下会大量涌入裂缝和溶洞，形成恶性漏失。按漏失通道可将漏失分为孔隙性漏失、裂缝性漏失和溶洞型漏失等，全球有接近四分之一的油气井在钻井期间发生恶性漏失的问题，严重影响勘探开发进程。钻井液恶性漏失会延长钻井周期，处理不当还可能引发井塌、井喷、卡钻等复杂情况，甚至导致井眼报废，造成重大经济损失。

2、碳酸盐岩储层是恶性漏失高发储层之一。由于其埋藏深（大于6000m）、 温度高（大于130℃），且裂缝及溶洞广泛发育等特点，该类储层发生井漏后，一次封堵成功率较低，且容易复漏，导致难以钻达地质靶点。堵漏材料和钻井液技术的不完善造成这些工程难题的基本原因。目前国内外所研制的堵漏材料种类较多，但对于碳酸盐岩缝洞型储层的漏失问题，仍难以提高一次封堵率并实现有效封堵，缝洞型储层井漏的问题已经成为制约油气钻井工程质量和效率的第一大技术难题。而开发新的堵漏理论、新材料和新工艺是降低漏失经济损失的关键，因此亟需研发出可应用于缝洞型恶性漏失储层的新的堵漏材料。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种适用于缝洞型恶性井漏地层的堵漏剂及制备方法。本发明提供的堵漏剂对不同尺寸的缝洞有较好的适应性，且具有耐高温、强驻留、高承压的特点，能显著提高缝洞型地层恶性漏失一次封堵成功率。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种适用于缝洞型恶性井漏地层的堵漏剂，包括以下质量份的组分：固结型刚性颗粒100份、高分子悬浮剂0.2~0.4份、vae共聚物乳液2~3份、缓凝剂0.2~0.5份、降滤失剂3~6份、纤维0.5~1份、水100份。

4、根据本发明优选的，所述固结型刚性颗粒为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、硫酸钙的混合物，所述固结型刚性颗粒中硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、硫酸钙的质量比为40~60:15~30:10~20:5~15；所述固结型刚性颗粒的目数为600~800目。

5、根据本发明优选的，所述高分子悬浮剂为聚丙烯酰胺，所述聚丙烯酰胺的相对分子量为500~1000万。

6、根据本发明优选的，所述vae共聚物乳液的固含量为55~60wt%，粘度为200~500mpa·s（25℃下），ph为4.0~6.5，热分解温度＞230℃；所述vae共聚物为醋酸乙烯与乙烯的共聚物，共聚物中醋酸乙烯的含量为12wt%。

7、根据本发明优选的，所述缓凝剂为木质素磺酸钠和/或酒石酸钾钠；本发明对木质素磺酸钠的分子量没有具体限定，优选为相对分子量为1000~30000的木质素磺酸钠。

8、根据本发明优选的，所述降滤失剂为羧甲基纤维素钠和/或2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸；所述羧甲基纤维素钠的分子量没有具体限定，石油钻井液领域常用羧甲基纤维素钠均可。

9、根据本发明优选的，所述纤维为碳纤维，所述碳纤维的长度为5~6mm，直径为5~10μm。

10、根据本发明，上述适用于缝洞型恶性井漏地层的堵漏剂的制备方法，包括以下步骤：

11、（1）将高分子悬浮剂加入水中，搅拌均匀，得到混合液a；

12、（2）将vae共聚物乳液加入混合液a中，搅拌均匀，得到混合液b；

13、（3）将缓凝剂和降滤失剂加入混合液b中，搅拌均匀，得到混合液c；

14、（4）将固结型刚性颗粒加入混合液c中，搅拌均匀，得到混合液d；

15、（5）将纤维加入混合液d中，搅拌均匀，得到适用于缝洞型恶性井漏地层的堵漏剂。

16、根据本发明优选的，步骤（1）中所述搅拌的时间为40~60min，搅拌速度为800~1000rpm。

17、根据本发明优选的，步骤（2）中所述搅拌的时间为5~10min，搅拌速度为800~1000rpm。

18、根据本发明优选的，步骤（3）中所述搅拌的时间为3~5min，搅拌速度为800~1000rpm。

19、根据本发明优选的，步骤（4）中所述搅拌的时间为5~10min，搅拌速度为1000~1500rpm。

20、根据本发明优选的，步骤（5）中所述搅拌的时间为5~10min，搅拌速度为1500~2000rpm。

21、本发明的技术特点及有益效果如下：

22、1、本发明所提供的堵漏剂组分中添加了高分子聚合物材料作为高分子悬浮剂，固结后保留了其一定的粘弹特性，使得堵漏剂具有一定的弹性形变能力，可以较好的自适应缝洞尺寸并形成封堵。

23、2、本发明所提供的堵漏剂中添加了vae乳液及碳纤维，vae乳液中富含极性基团，可与水分子形成含有氢键的三维网络结构，并形成薄膜紧紧吸附在颗粒表面，这种薄膜能大幅度提高颗粒的耐温耐压性能；此外，vae乳液的化学结构使其具有较强的吸附作用，可将颗粒紧紧黏合并增加颗粒间的胶结程度，从而增强堵漏剂的承压强度。碳纤维具有较好的韧性，当堵漏剂受到应力破坏时，充填在堵漏剂中碳纤维能够吸收一部分应力，从而增强堵漏剂的承压强度。因此本发明所提供的堵漏剂具有高承压、耐高温的特性，能够较好的满足超深层恶性漏失储层的封堵作业要求。

24、3、本发明所提供的堵漏剂采用高水灰比，大大降低了成本，并且具有低粘度特性，有良好的泵注性；本发明的堵漏剂中优选了特定比例和特定组成的固结型刚性颗粒，其与高分子悬浮剂、vae共聚物、缓凝剂、降滤失剂、纤维协同作用，纤维与刚性颗粒互穿形成空间网络结构实现堵漏剂强承压以及在裂缝中的强驻留；同时引入高分子材料的粘弹特性，使堵漏剂具备一定的形变能力可自适应不同尺寸裂缝，材料间相互协同作用并在裂缝内形成稳固的封堵层，使得本发明的堵漏剂对不同的缝洞尺寸有较好的适应性，且具有耐高温、强驻留、高承压的特点，能显著提高缝洞型地层恶性漏失一次封堵成功率。

25、4、本发明所用原料均可在市场购得，且来源广泛、充足；制备方法的各步骤操作简单，且反应中各步骤条件温和，安全性高，不产生有毒有害物质，绿色环保。

技术特征：

1.一种适用于缝洞型恶性井漏地层的堵漏剂，其特征在于，包括以下质量份的组分：固结型刚性颗粒100份、高分子悬浮剂0.2~0.4份、vae共聚物乳液2~3份、缓凝剂0.2~0.5份、降滤失剂3~6份、纤维0.5~1份、水100份；

2.根据权利要求1所述适用于缝洞型恶性井漏地层的堵漏剂，其特征在于，固结型刚性颗粒中硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、硫酸钙的质量比为40~60:15~30:10~20:5~15；所述固结型刚性颗粒的目数为600~800目。

3.根据权利要求1所述适用于缝洞型恶性井漏地层的堵漏剂，其特征在于，所述聚丙烯酰胺的相对分子量为500~1000万。

4.根据权利要求1所述适用于缝洞型恶性井漏地层的堵漏剂，其特征在于，所述vae共聚物乳液的固含量为55~60wt%，粘度为200~500mpa·s，ph为4.0~6.5；所述vae共聚物中醋酸乙烯的含量为12wt%。

5.根据权利要求1所述适用于缝洞型恶性井漏地层的堵漏剂，其特征在于，所述碳纤维的长度为5~6mm，直径为5~10μm。

6.权利要求1所述适用于缝洞型恶性井漏地层的堵漏剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述适用于缝洞型恶性井漏地层的堵漏剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述搅拌的时间为40~60min，搅拌速度为800~1000rpm；

8.根据权利要求6所述适用于缝洞型恶性井漏地层的堵漏剂的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述搅拌的时间为5~10min，搅拌速度为1000~1500rpm；

技术总结
本发明提供了一种适用于缝洞型恶性井漏地层的堵漏剂及制备方法，属于石油钻井工程堵漏技术领域。该堵漏剂包括以下质量份的组分：固结型刚性颗粒100份、高分子悬浮剂0.2~0.4份、VAE共聚物乳液2~3份、缓凝剂0.2~0.5份、降滤失剂3~6份、纤维0.5~1份、水100份。本发明通过纤维与刚性颗粒互穿形成空间网络结构实现堵漏剂强承压以及在裂缝中的强驻留；同时引入高分子材料的粘弹特性，使堵漏剂可自适应不同尺寸裂缝，材料间相互协同作用并在裂缝内形成稳固的封堵层。本发明的堵漏剂可适用于130℃以上的高温储层，固结时间可控，承压强度高，对于碳酸盐岩缝洞型储层恶性漏失具有强适应特性。

技术研发人员：齐宁,周顺明,刘泽宇,路依鑫,蒋平
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31