CN110776886B - 适用于微-小漏速井段封堵的弹性-刚性组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于微‑小漏速井段封堵的弹性‑刚性组合物，包括以重量份计的10～20份吸水膨胀聚合物颗粒、10～30份废旧轮胎颗粒、10～20份锯末、10～20份玉米棒碎屑、10～20份碳酸钙粉末和10～30份贝壳碎屑；吸水膨胀聚合物颗粒的粒径为20～40目，其由第一单体、第二单体和第三单体共聚而成；其中，所述第一单体为丙烯酰胺、丙烯酸钾中至少一种；所述第二单体为丙烯酸丁脂、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯中至少一种；所述第三单体的结构式为
R1为CH3、C2H5、C3H7或
Description
技术领域
本发明涉及钻井堵漏工艺技术领域，特别涉及一种适用于微-小漏速井段封堵的弹性-刚性组合物。
背景技术
现场衡量钻井液漏失量的大小以漏失速度(m3/h)为依据。根据《钻井液工艺学》记载，小于10m3/h被划分为微漏，10～20m3/h被划分为小漏，20～50m3/h被划分为中漏，大于50m3/h被划分为大漏。而现有堵漏工艺仅以刚性堵漏材料进行封堵的过程中，当所用的刚性堵漏材料，如核桃壳、贝壳、麸皮、甘蔗渣等，在受到外力挤压后，容易被挤碎、发生较大形变，导致刚性堵漏材料其本身几何形状、几何尺寸、刚性等性质发生较大改变，难于达到未受挤压前的封堵性能和状态。这也是采用这些封堵材料进行钻井液漏失封堵失败的主要因素。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够对微-小漏速井段进行有效封堵的弹性-刚性组合物。
为此，本发明技术方案如下：
一种适用于微-小漏速井段封堵的弹性-刚性组合物，包括以重量份计的10～20份吸水膨胀聚合物颗粒、10～30份废旧轮胎颗粒、10～20份锯末、10～20份玉米棒碎屑、10～20份碳酸钙粉末和10～30份贝壳碎屑；具体地，
所述吸水膨胀聚合物颗粒的粒径为20～40目，其为由第一单体、第二单体和第三单体共聚而成的数均分子量为700万～1200万的共聚物；其中，所述第一单体为丙烯酰胺、丙烯酸钾中至少一种；所述第二单体为丙烯酸丁脂、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯中至少一种；所述第三单体的化学结构式为：
所述废旧轮胎颗粒由粒径为20～60目的轮胎外胎颗粒和粒径为20～60目的轮胎内胎颗粒混合而成；
所述锯末采用5～10重量份的粒径为20～40目的锯末、10～20重量份的粒径为60～80目的锯末和10～20重量份的粒径为100～120目的锯末混合而成；
所述玉米棒碎屑的粒径为10～30目；
所述碳酸钙粉末的粒径为100～400目；
所述贝壳碎屑的粒径为10-20目。
优选，所述锯末为经过10～20wt.％氢氧化钠或氢氧化钾溶液浸泡48h并晾晒72h后得到的干燥的碱化杨树锯末。
优选，构成所述废旧轮胎颗粒的轮胎外胎颗粒与轮胎内胎颗粒重量份比为1:5。
优选，所述玉米棒碎屑采用晾晒一年后的玉米棒经粉碎后得到的碎屑。
优选，所述第一单体、所述第二单体和所述第三单体的重量份比为30～40:15～20:10～15。
该适用于微-小漏速井段封堵的弹性-刚性组合物通过将上述废旧轮胎颗粒、玉米棒碎屑、吸水膨胀聚合物颗粒、锯末、碳酸钙粉末和贝壳碎屑，按一定比例进行混合，形成能够有效对微-小漏速地层实现封堵的弹性-刚性组合物。
与现有技术相比，该适用于微-小漏速井段封堵的弹性-刚性组合物由具有不同粒径的弹性颗粒、刚性颗粒与吸水膨胀聚合物颗粒组合而成，使得形成的堵漏材料粒径分布范围较为广泛，能够适用于填充不同类型、不同几何尺寸的裂缝和孔隙，其使用时现场配制堵漏浆简单、易操作、施工安全。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
在下述实施例1～4中，所用锯末为经过10wt.％氢氧化钠或氢氧化钾溶液浸泡48h并晾晒72h后得到的干燥的碱化杨树锯末；所用废旧轮胎颗粒为重量比为1:5的轮胎外胎颗粒与轮胎内胎颗粒的混合物；所述玉米棒碎屑采用晾晒一年后的玉米棒经粉碎后得到的碎屑。
实施例1
分别称量10重量份吸水膨胀聚合物颗粒，20重量份废旧轮胎，20重量份玉米棒碎屑，10重量份碳酸钙粉末，30重量份贝壳碎屑和10重量份锯末，并充分混合搅拌均匀，得到弹性-刚性材料组合物A；
其中，吸水膨胀聚合物颗粒为粒径为20～40目，其具体由30重量份的丙烯酰胺、15重量份的丙烯酸丁脂和丙烯酸甲酯的共聚物(二者摩尔比为1:2)和10重量份的第三单体A通过共聚反应制得的共聚物(数均分子量为700万)；第三单体A为：
R1为C2H5；
废旧轮胎由粒径为20～60目的轮胎外胎颗粒和粒径为20～60目的轮胎内胎颗粒按照重量比1:5混合而成；玉米棒碎屑的粒径为10～30目；碳酸钙粉末的粒径为100～400目；贝壳碎屑的粒径为10-20目；锯末采用由10重量份的粒径为20～40目的锯末、20重量份的粒径为60～80目的锯末和15重量份的粒径为100～120目的锯末形成的锯末混合物。
实施例2
分别称量20重量份吸水膨胀聚合物颗粒，30重量份废旧轮胎，20重量份玉米棒碎屑，10重量份碳酸钙粉末，10重量份贝壳碎屑和10重量份锯末，并充分混合搅拌均匀，得到弹性-刚性材料组合物B；
其中，吸水膨胀聚合物颗粒的粒径为20～40目，其具体由40重量份的丙烯酰胺和丙烯酸甲的混合物(二者摩尔比为1:5)、20重量份的丙烯酸丁脂、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯的混合物(三者摩尔比1:2:3)和15重量份的第三单体B通过共聚反应制得的共聚物(数均分子量为1200万)；第三单体B为：
R1为
废旧轮胎由粒径为20～60目的轮胎外胎颗粒和粒径为20～60目的轮胎内胎颗粒按照重量比1:5混合而成；玉米棒碎屑的粒径为10～30目；碳酸钙粉末的粒径为100～400目；贝壳碎屑的粒径为10-20目；锯末为采用5重量份的粒径为20～40目的锯末、10重量份的粒径为60～80目的锯末和20重量份的粒径为100～120目的锯末形成的锯末混合物。
对实施例1的弹性-刚性材料组合物A和实施例2的弹性-刚性材料组合物B进行实验室模拟堵漏实验，具体方法如下：
在实验室的堵漏模拟装置中，依次置入缝隙宽度为1mm、2mm、3mm、4mm和5mm的楔板，模拟漏失段地层缝隙；然后将装置内温度升至110℃，而后将配制好的堵漏浆全部导入堵漏仪中；将装置内压力调至0.2MPa同时打开堵漏仪阀门挤出少量堵漏浆，再将阀门关闭，模拟堵漏浆的泵送过程，以保证堵漏浆完全泵送至楔板的缝隙中；接着在110℃的条件下保温并静置4h，然后打开阀门开始逐步升压，观测堵漏浆的最大承压能力，即堵漏浆从楔板缝隙漏出时的压力值。其中，堵漏浆采用在1L清水中加入50g膨润土混拌均匀形成膨润土浆后再加入500g的弹性-刚性材料组合物混拌均匀得到。
承压压力的具体测试结果如下表1所示。
表1：
从上表1可知，实施例1的弹性-刚性组合物对缝宽为1～4mm的裂缝能有效封堵，堵漏过程中漏失量小，裂缝口处能形成致密的封堵层，承压能力达7MPa；实施例2的弹性-刚性组合物除了对缝宽为1～3mm的裂缝能有效封堵，同时也能够对缝宽为4～5mm的裂缝能有效封堵，堵漏过程中漏失量小，裂缝口处能形成致密的封堵层，承压能力达到7MPa及以上。
实施例3
实际施工过程中，L1井在钻进至井深3218米后，开始出现漏失迹象，具体表现为在3218-3221m井段(井段温度为95～100℃)，泥浆液罐标尺显示，共漏失5.75m3，测算出该地段以漏速3.58m3/h漏失；此时，钻井液泵送排量下降为27L/s，钻井液漏斗粘度为39s，塑性粘度16mPa·s，钻井液密度为1.23g/cm3。
基于上述问题，以30m3基浆(5wt.％的膨润土浆)为基准，按照每1m3基浆中加入500kg的实施例1的弹性-刚性组合物A配制得到堵漏浆，进行常规的随钻堵漏作业。
接着，补充20m3原钻井液，降低钻井液泵送排量，以排量23L/s，继续钻进至3225m，此时，泥浆液罐标尺有所抬升，抬升后的数值显示，较漏失前升高1.3m3；提高排量至30L/s，继续钻进至3230m，泥浆液罐标尺未发生变化。继续提高排量至33L/s，继续钻进至3235m，泥浆液罐标尺仍未发生变化。保持该排量直至完钻，表明此次随钻堵漏作业成功。
实施例4
实际施工过程中，L3井在钻进至井深3222米后，开始出现漏失迹象。具体表现为在3222-3230m井段(井段温度为95～100℃)，泥浆液罐标尺显示，共漏失33.78m3，测算出以漏速18.42m3/h漏失；此时，钻井液泵送排量下降为23L/s，钻井液漏斗粘度为39s，塑性粘度16mPa·s，钻井液密度为1.23g/cm3。
基于上述问题，以30m3基浆(5wt.％的膨润土浆)为基准，按照每1m3基浆中加入500kg的弹性-刚性组合物C配制得到堵漏浆，进行常规的随钻堵漏作业。
弹性-刚性组合物C由15重量份的吸水膨胀聚合物颗粒、10重量份的废旧轮胎、10重量份的玉米棒碎屑、20重量份的碳酸钙粉末、25重量份的贝壳碎屑和20重量份的锯末构成；其中，吸水膨胀聚合物颗粒的粒径为20～40mm，其具体由40重量份的丙烯酰胺和丙烯酸甲的混合物(二者摩尔比为1:5)、20重量份的丙烯酸丁脂、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯的混合物(三者摩尔比1:2:3)和10重量份的第三单体C通过共聚反应制得的共聚物(数均分子量为1000万)；第三单体C为：
R1为CH3；废旧轮胎由粒径为20～60目的轮胎外胎颗粒和粒径为20～60目的轮胎内胎颗粒按照重量比1:5混合而成；玉米棒碎屑的粒径为10～30目；碳酸钙粉末的粒径为100～400目；贝壳碎屑的粒径为10-20目；锯末为采用10重量份的粒径为20～40目的锯末、20重量份的粒径为60～80目的锯末和10重量份的粒径为100～120目的锯末形成的锯末混合物。
接着，补充20m3原钻井液，降低钻井液泵送排量，以排量22L/s，继续钻进至3236m，此时，泥浆液罐标尺有所抬升，抬升后的数值显示，较漏失前升高1.6m3，提高排量至25L/s，继续钻进至3241m，泥浆液罐标尺未发生变化。继续提高排量至28L/s，钻进至3247m泥浆液罐标尺仍未发生变化，保持该排量直至完钻，说明此次随钻堵漏作业成功。
实施例5
实际施工过程中，L5井在钻进至井深3332米后，开始出现漏失迹象。具体表现为在3332-3347m井段(井段温度为95～105℃)，泥浆液罐标尺显示，共漏失56.25m3，测算出以漏速19.95m3/h漏失；此时，钻井液泵送排量下降为24L/s，钻井液漏斗粘度为40s，塑性粘度19mPa·s，钻井液密度为1.23g/cm3。
基于上述问题，以30m3基浆(5wt.％的膨润土浆)为基准，按照每1m3基浆中加入500kg的实施例2的弹性-刚性组合物B配制得到堵漏浆，进行常规的随钻堵漏作业。
接着，补充20m3原钻井液，降低钻井液泵送排量，以排量23L/s，继续钻进至3338m，此时，泥浆液罐标尺有所抬升，抬升后的数值显示，较漏失前升高2.3m3，继续钻进至3346m，泥浆液罐标尺未发生变化，提高排量至25L/s，继续钻进至3357m，泥浆液罐标尺未发生变化，保持该排量直至完钻，表明此次随钻堵漏作业成功。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种适用于微-小漏速井段封堵的弹性-刚性组合物，其特征在于，包括以重量份计的10～20份吸水膨胀聚合物颗粒、10～30份废旧轮胎颗粒、10～20份锯末、10～20份玉米棒碎屑、10～20份碳酸钙粉末和10～30份贝壳碎屑；
所述吸水膨胀聚合物颗粒的粒径为20～40目，其为由第一单体、第二单体和第三单体共聚而成的数均分子量为700万～1200万的共聚物；其中，所述第一单体为丙烯酰胺、丙烯酸钾中至少一种；所述第二单体为丙烯酸丁脂、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯中至少一种；所述第三单体的化学结构式为：
所述废旧轮胎颗粒由粒径为20～60目的轮胎外胎颗粒和粒径为20～60目的轮胎内胎颗粒混合而成；
所述锯末采用5～10重量份的粒径为20～40目的锯末、10～20重量份的粒径为60～80目的锯末和10～20重量份的粒径为100～120目的锯末混合而成；
所述玉米棒碎屑的粒径为10～30目；
所述碳酸钙粉末的粒径为100～400目；
所述贝壳碎屑的粒径为10～20目。
2.根据权利要求1所述的适用于微-小漏速井段封堵的弹性-刚性组合物，其特征在于，所述锯末为经过10～20wt.％氢氧化钠或氢氧化钾溶液浸泡48h并晾晒72h后得到的干燥的碱化杨树锯末。
3.根据权利要求1所述的适用于微-小漏速井段封堵的弹性-刚性组合物，其特征在于，构成所述废旧轮胎颗粒的轮胎外胎颗粒与轮胎内胎颗粒重量比为1:5。
4.根据权利要求1所述的适用于微-小漏速井段封堵的弹性-刚性组合物，其特征在于，所述玉米棒碎屑采用晾晒一年后的玉米棒经粉碎后得到的碎屑。
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